i

PRARANCANGAN PABRIK FATTY ALCOHOL ETHOXYLATE DARI

FATTY ALCOHOL DAN ETILEN OKSIDA

KAPASITAS 50.000 TON/TAHUN

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Srata I pada

Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik

Oleh:

SUCI AMALIA FEBRIYANTI

D 500 120 046

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2016

i

ii

iii

1

PRARANCANGAN PABRIK FATTY ALCOHOL ETHOXYLATE DARI FATTY

ALCOHOL DAN ETILEN OKSIDA KAPASITAS 50.000 TON/TAHUN

Abstrak

Prarancangan pabrik fatty alcohol ethoxylate (FAE) dari fatty alcohol dan etilen oksida dengan

kapasitas 50.000 ton/tahun ini direncanakan beroperasi selama 330 hari per tahun. Pabrik ini

akan didirikan di kawasan industri Cilegon, Provinsi Banten dengan luas tanah 21.968 m2 dan

jumlah karyawan 192 orang. Bahan baku berupa fatty alcohol diperoleh dari PT Ecogreen

Oleochemicals, Batam dan etilen oksida diperoleh dari PT. Polychem Indonesia, Cilegon.

Reaksi yang digunakan dalam pembuatan FAE adalah etoksilasi. Reaksi berlangsung di dalam

reaktor gelembung dengan menggunakan katalis potasium hidroksida (KOH). Reaksi

berlangsung pada fasa cair-gas, irreversible, isothermal, nonadiabatis dan eksotermis pada suhu

180 °C dan tekanan 2 atm. Produk samping dari reaksi ini berupa dietilen glikol. Kebutuhan

bahan baku fatty alcohol pada pembuatan FAE sebesar 40.127 ton/tahun dan etilen oksida

sebesar 18.974 ton/tahun. Utilitas pendukung proses meliputi unit penyediaan air sebesar

141,075 m3/jam, unit penyedia bahan bakar solar sebesar 488,6 kg/jam, unit pembangkit listrik

membutuhkan daya sebesar 344,6 kWh yang diperoleh dari PLN. Pabrik FAE menggunakan

modal tetap Rp 760.406.850.974. Keuntungan sebelum pajak Rp 323.005.900.175, keuntungan

setelah pajak Rp 242.254.425.131. Percent Return On Investment before tax = 42,37 %; Percent

Return On Investment after tax = 31,78%, Pay Out Time before tax = 1,91 tahun; Pay Out Time

after tax = 2,39 tahun. Dari analisa ekonomi, maka diperoleh Break Even Point (BEP) =

40,97%; Shut Down Point (SDP) = 20,08% dan Interal Rate of Return berdasarkan Discounted

Cash Flow (DCF) = 39,51%.

Kata kunci : etoksilasi, fatty alkohol etoksilat, reaktor gelembung

Abstract

Preliminary design of fatty alcohol ethoxylate (FAE) from fatty alcohol and ethylene oxide

with a capacity of 50.000 tons/year is planned to operate for 330 days per year. The factory

will be established in CIlegon, Banten Province with a land area of 21.968 m2 and the number

of employees are 192 people. Raw material of fatty alcohol obtained from PT. Ecogreen

Oleochemicals, Batam and ethylene oxide obtained from PT. Polychem Indonesia, Cilegon.

The manufacturing process of FAE is ethoxylation. The reaction occured in bubble column

reactor with potassium hydroxide as catalyst. The reaction occured in the liquid-gas phase,

irreversible, isothermal, non-adiabatic and exothermic at temperature of 180 °C and pressure

of 2 atm. The by-product of this reaction is diethylene glycol. Raw material of fatty alcohol

required for the plant is 40.127 tons/year and 18.974 tons/year of ethylene oxide. The utilities

for supporting process are water supply of 141,075 m3/hour, power plants unit as much as 344,6

kWh is obtained from the PLN. FAE factory requires a fixed capital of IDR 760.406.850.974.

The profit before tax is IDR 323.005.900.175, the profit after tax is IDR 242.254.425.131.

Percent Return On Investment before tax = 42,37 %; Percent Return On Investment after tax =

31,78%, Pay Out Time before tax = 1,91 years; Pay Out Time after tax = 2,39 years. From

2

economic analysis, shows Break Even Point (BEP) = 40,97%; Shut Down Point (SDP) =

20,08% and Internal Rate of Return based on Discounted Cash Flow (DCF) = 39,51%.

Keywords : bubble column reactor, ethoxylation, fatty alcohol ethoxylate

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik

Meningkatnya taraf hidup penduduk Indonesia mendorong kesadaran yang lebih terhadap

perawatan tubuh. Hal ini memicu pula berkembangnya industri-industri yang menghasilkan

produk-produk perawatan tubuh seperti sampo, sabun dan kosmetik sehingga berakibat pada

meningkatnya kebutuhan industri. Kelompok industri ini banyak membutuhkan surfaktan dan

salah satu surfaktan yang banyak digunakan oleh kelompok industri ini adalah fatty alcohol

ethoxylate (FAE).

FAE merupakan surfaktan nonionik yang digunakan sebagai bahan baku ataupun bahan

pembantu dalam industri kimia. Industri kimia yang menggunakan bahan baku FAE adalah

industri detergen. Selain itu juga digunakan sebagai wetting dan cleaning agents dalam

kosmetik, pertanian, tekstil, kertas, minyak dan berbagai industri lainnya. Saat ini kebutuhan

FAE di Indonesia dipenuhi oleh PT. Polychem Indonesia dan sebagian besar masih mengimpor

dari Singapore dan Jerman.

1.2 Kapasitas Perancangan

Kebutuhan FAE tidak hanya diperlukan di Indonesia tetapi juga di luar negeri. Pabrik FAE

yang sudah berdiri secara global beserta kapasitasnya dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 1. Perusahaan FAE di Dunia

Perusahaan Kapasitas (Ton)

Venus Ethoxyethers Pvt. Ltd 30.000

Thai Ethoxylate Co., Ltd 50.000

India Glycols. Ltd 70.000

Dalam penentuan kapasitas pabrik, salah satu persyaratan yang digunakan adalah

kapasitas minimum pabrik yang sudah berdiri di Indonesia. Pabrik FAE yang sudah berdiri di

Indonesia adalah PT. Polychem di Cilegon dengan kapasitas 60.000 ton/tahun. Berdasarkan

pertimbangan dari kapasitas pabrik yang sudah berdiri dan kebutuhan impor, maka kapasitas

untuk prarancangan pabrik FAE yang akan didirikan adalah sebanyak 50.000 ton/tahun.

3

2. DESKRIPSI PROSES

Dasar reaksi pembentukan FAE adalah reaksi etoksilasi, dengan reaksi sebagai berikut:

Reaksi utama FAE (Serio dkk, 2005) :

C12H25OH + 2 C2H4O katalis C12H25O(C2H4O)2H (1)

Reaksi samping (Kosswig dkk, 2012) :

H2O + 2 C2H4O (HOCH2CH2)2O (2)

Proses ini berjalan dalam reaktor gelembung yang berlangsung pada fase cair-gas,

dengan kondisi eksotermis pada suhu 180 °C dan tekanan 2 atm menggunakan katalis KOH.

2.1 Tinjauan Termodinamika

Perhitungan tinjauan termodinamikanya adalah sebagai berikut:

Data panas pembentukan pada 298 K (Yaws, 1999) :

ΔHof C12H26O : -442,83 kJ/mol

ΔHof C2H4O : -52,63 kJ/mol

ΔHof C12H25O(C2H4O)2H : -760,84 kJ/mol

ΔH298 =ΣΔH°f produk – ΣΔH°f reaktan (3)

= -760,84 kJ/mol – (-442,83 kJ/mol + 2(-52,63 kJ/mol))

= -212,75 kJ/mol

Pada suhu operasi 180 °C = 453,15 K

ΔH(T) = ΔH298 + ∫ Cpdt produk - ∫ Cpdt reaktan

ΔH (T) = (-212,75 + 99,1326 – 100,6318) kJ/mol

= -214,2491 kJ/mol

Karena harga entalpinya negatif maka reaksi termasuk eksotermis sehingga sistem

membebaskan energi. Perubahan energi Gibbs dapat dihitung dengan persamaan (Smith and

VanNess, 1975):

∆𝐺298 = −𝑅 𝑇 ln 𝐾 (4)

dimana :

ΔG298 : Energi bebas Gibbs standar reaksi pada 298K (kJ/mol)

R : Konstanta gas (R = 8,314.10-3 kJ/mol.K)

T : Temperatur (K)

Data energi Gibbs pada 298°K (Yaws, 1999) :

ΔGof C12H26O : -87,07 kJ/mol

ΔGof C2H4O : -13,10 kJ/mol

ΔGof C12H25O(C2H4O)2H : -245,7 kJ/mol

4

ΔG298 = ΣΔG°f produk – ΣΔG°f reaktan (5)

= -245,7 – (-87,07+(2×(-13,10)))

= -132,43 kJ/mol

ΔG298 = - R T ln K

-132,43 kJ/mol = -8,314 x 10-3 kJ/mol × 298 K × ln K

-132,43 kJ/mol = -2,4776 kJ/mol × ln K

ln K = 53,4246

K = 1,5923 x 1023, pada 298 K

Dari persamaan (Smith and VanNess, 1975) :

Ln (K/K1) = (ΔH298/R) x (1/T – 1/T1) (6)

dimana:

K1 : Konstata kesetimbangan pada temperatur tertentu

T1 : Temperatur tertentu

ΔH(T) : Panas reaksi pada 453,15 K = -214,2491 kJ/mol

Pada suhu T1 = 180 °C = 453.15 K besarnya konstanta kesetimbangan dapat dihitung

sesuai dengan persamaan 6 sebagai berikut:

Ln (K/K1) = (ΔH(T) / R) x (1/T – 1/T1)

Ln (1,5923x1023/ K1) = -(-214,2491 / 8,314.10-3) x (1/298,15 – 1/453,15)

Ln (1,5923x1023/ K1 ) = 29,5641

(1,5923x1023/ K1) = 6,9104 x 1012

K1 = 2,3042x1010 pada 453,15 K

Reaksi pembentukan FAE berlangsung searah atau irreversible karena harga konstanta

kesetimbangan (K) yang besar.

2.2 Tinjauan Kinetika

Reaksi yang terjadi di dalam reaktor adalah reaksi pembentukan FAE

(C12H25(CH2CH2O)2OH). Etilen oksida masuk ke dalam reaktor dan bereaksi dengan chain

starter. Reaksi berlangsung pada temperatur 180°C pada awal reaksi.

Perhitungan kinetika reaksinya adalah (Serio dkk, 1995) :

k = A exp (−𝐸𝑎

𝑅𝑇) = 0,1828 dm3/mol detik

5

3. SPESIFIKASI ALAT

3.1 Reaktor

Kode : R-101

Fungsi : Mereaksikan fatty alcohol dengan etilen oksida

untuk menghasilkan produk utama berupa fatty

alcohol ethoxylate dan produk samping berupa

diethylene glycol dengan bantuan katalis

potassium hidroksida yang dilarutkan dalam air

Tipe : Reaktor Gelembung

Jumlah : 1 buah

Volume : 4,6036 m3

Kondisi Operasi : T = 180 °C

P = 2 atm

Material : Stainless Steel 304

Diameter : 1,480 m

Tebal head : 3/16 in

Tebal shell : 3/16 in

Tinggi head : 0,3115 m

Tinggi total : 1,962 m

Lubang gas masuk (Orifice)

Diameter

Jumlah

: 3 mm

: 52166,9585 buah

Pendingin

Tipe

Susunan Koil

Bahan Pendingin

: Koil dan Jaket

: Helix

: Air

Jumlah lilitan : 12 lilitan

IPS : 2 ½ in

Diameter Luar : 2.88 in

SN : 40

Diameter dalam : 2.469 in

Diameter helix : 1.4056 m

Jarak antar lilitan : 0.0732 m

6

Diameter luar jaket : 2,431 m

Tebal Jaket : 3/18 in

3.2 Mixer

Kode : M-101

Fungsi : Mencampur fatty alcohol dengan

katalis potassium hidroksida

Tipe : Tangki berpengaduk, silinder tegak

dengan torispherical head

Jumlah : 1 buah

Material : Low Alloy Steel SA 204 Grade C

Volume : 5,4376 m3

Diameter : 1,7586 m

Tinggi shell : 1,7586 m

Tebal shell : 0,25 in

Tebal head : 0,25 in

Tinggi head : 0,3643 m

Tinggi total : 2,4873 m

Pengaduk

Jenis Pengaduk

Diameter

Kecepatan

Daya

: Turbin 6 blade disk standard

: 0,5862 m

: 150 rpm

: 10 Hp

Pemanas

Tipe

Diameter

Tebal Jaket

: Jaket

: 2,7136 m

: 3/16 in

4. UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM

Utilitas pendukung proses meliputi unit penyediaan air sebesar 141,075 m3/jam, unit penyedia

bahan bakar solar sebesar 488,6 kg/jam, unit pembangkit listrik membutuhkan daya sebesar

344,6 kWh yang diperoleh dari PLN.

7

5. MANAJEMEN PERUSAHAAN

Bentuk Perusahaan yang akan digunakan pada Prarancangan Pabrik FAE ini adalah Perseroan

Terbatas (PT). Perseroan Terbatas adalah bentuk perusahaan yang modalnya didapat dari

penjualan saham, yang berarti dalam tiap kelompok dapat ikut mengambil bagian sebanyak

satu saham atau lebih.

Alasan pemilihan bentuk perusahaan Perseroan Terbatas (PT) adalah:

1. Saham didapatkan dengan mudah yaitu dengan cara menjualnya di pasar modal atau

dengan melakukan pinjaman dari pihak yang berkepentingan, seperti badan usaha atau

perseorangan.

2. Pemegang saham memiliki tanggung jawab yang terbatas, sehingga kelancaran produksi

hanya dipegang oleh pimpinan perusahaan.

3. Para pemegang saham dapat memilih orang yang ahli sebagai dewan komisaris dan

direktur utama yang berpengalaman.

6. ANALISA EKONOMI

Pada prarancangan pabrik FAE ini akan dilakukan analisa ekonomi agar dapat memperkirakan

kelayakan investasi, besarnya laba yang diperoleh, lamanya modal investasi dapat

dikembalikan dan kapan terjadinya titik impas. Titik impas adalah dimana total biaya produksi

sama dengan keuntungan yang diperoleh. Analisa ekonomi juga bertujuan untuk mengetahui

apakah pabrik yang didirikan dapat menguntungkan atau tidak.

Gambar 1. Grafik Analisa Ekonomi

Dari hasil analisa ekonomi, maka dapat diambil kesimpulan bahwa pabrik FAE melalui proses

etoksilasi dengan kapasitas 50.000 ton/tahun ini layak didirikan.

0

25

50

75

100

125

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Do

llar/

tah

un

( x

10

6

Kapasitas Produksi per tahun (%)

BEP

SDP

Fa

Sa

Ra

Va

8

7. KESIMPULAN

Hasil analisa kelayakan ekonomi adalah sebagai berikut :

a. Modal tetap yang dibutuhkan sebesar Rp. 760.406.850.974

b. Modal kerja yang dibutuhkan sebesar Rp. 131.019.863.192

c. Keuntungan sebelum pajak sebesar Rp. 323.005.900.175 dan sesudah pajak sebesar Rp.

242.254.425.131

d. Percent Return on Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 42,37% dan sesudah pajak

31,78%. ROI untuk pabrik beresiko rendah sebelum pajak minimal 11% (Aries and

Newton, 1955).

e. Pay Out Time (POT) sebelum pajak 1,91 tahun dan sesudah pajak 2,39 tahun. POT

pabrik sebelum pajak maksimal 5 tahun (Aries and Newton: 1955).

f. Break Event Point (BEP) sebesar 40,97% dan Shut Down Point (SDP) sebesar 20,08%.

g. Discounted Cash Flow atau DCF sebesar 39,51% sedangkan suku bunga pinjaman di

bank sekitar 10% per tahun.

DAFTAR PUSTAKA

Aries, R.S., Newton, R.D., 1955, Chemical Engineering Cost Estimation, McGraw-Hill Book

Company, New York.

Brown, G.G. dkk, 1950, Unit Operations. John Wiley & Sons, Inc, New York.

Brownell, L.E., Young E.H., 1959, Process Equipment Design. John Wiley & Sons, Inc, New

York.

Chiu, Y.N., Naser, J., Ngian, K.F., Pratt, K.C., 2009, Computation of The Flow and Reactive

Mixing in Dual-Rushton Ethoxylation Reactor, Chemical Engineering and Processing,

48 : 977-987.

Froment, G.F., Bischoff, K.B., Wilde, J.D., 2011, Chemical Reactor Analysis and Design, John

Wiley & Sons, Inc., New York.

Kern, D.Q., 1950, Process Heat Transfer, McGraw-Hill Book Company Inc, New York.

Kirk, R.E., Othmer, V.R., 1999, Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons

Inc., New York.

Kosswig, K., Huls, A., Marl, 2012, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, John

Wiley and Sons Inc., Jerman.

Kusmiyati, 2014, Kinetika Reaksi Kimia dan Reaktor, Graha Ilmu, Yogyakarta.

Ludwig, E.E., 1997, Process Design for Chemical and Petrochemical Plants, 2th ed, Gulf

Publishing Company, Amerika.

9

Perry, R.H., Green, D., 1999, Perry’s Chemical Engineer’s Handbook, 7th ed, McGraw-Hill

Book Company, New York.

Peters, M.S., Timmerhaus, K.D., West, R.E., 1991, Plant Design and Economics for Chemical

Engineers, 4th ed, McGraw-Hill Inc, New York.

Richardson, J.F., Peacock, D.G., 1994, Chemical Engineering, 3rd ed, Elsevier Ltd, London.

Santacesaria, E., Serio, M.D., Garaffa, R., Addino, G., 1992, Kinetics and Mechanisms of Fatty

Alcohol Polyethoxylation. 1. The Reaction Catalyzed by Pottasium Hydroxide, Ind.

Eng, Chem. Res., 31(11) : 2413-2418.

Serio, M.D., Tesser, R., Felippone F., Santacesaria E., 1995, Ethylene Oxide Solubility and

Ethoxylation Kinetic in The Synthesis of Nonionic Surfactant, Ind. Eng. Chem. Res,

34(11) : 4092-4098.

Serio, M.D., Tesser, R., Santacesaria, E., 2005, Comparison of Different Reactor Type Used

in The Manufacture of Ethoxylated, Propoxylated Products, Ind. Eng. Chem. Res, 44(25)

: 9482-9289.

Smith, J.M and Van Ness, H.C., 1987, Introduction to Chemical Engineering

Thermodynamics, 4th ed, McGraw-Hill Book Company, New York.

Treybal, R.E., 1981, Mass-Transfer Operations, 3th ed, McGraw-Hill Companies Inc., New

York.

Ulrich, G.D., 1954, A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economics, John

Willey & Sons, Kanada.

Yaws, C.L., 1999, Chemical Properties Handbook, McGraw-Hill Companies Inc, USA.

US Patents : 2.586.767

US Patents : 3.359.331

http://www.polychemindo.com/polyester-chemical/32/3/1 Diakses pada tanggal 3 Juni 2015

www.alibaba.com Diakses pada tanggal 15 September 2016

http://search.molinstincts.com/properties/constantProperty.ce?0001-mii3 Diakses pada

tanggal 5 Juni 2016

https://www.bps.go.id/all_newtemplate.php Diakses pada tanggal 3 Juni 2015

http://www.ecogreenoleo.com/products.html Diakses pada tanggal 15 September 2016