PRARANCANGAN PABRIK METIL AKRILAT DARI METANOL

DAN ASAM AKRILAT DENGAN PROSES ESTERIFIKASI

KAPASITAS 30.000 TON/TAHUN

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada

Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik

Oleh :

WIRA YUDHA PERDANA

D 500 110 044

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2016

i

ii

iii

1

PRARANCANGAN PABRIK METIL AKRILAT DARI METANOL DAN

ASAM AKRILAT DENGAN PROSES ESTERIFIKASI

KAPASITAS 30.000 TON/TAHUN

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

Abstrak

Metil akrilat (CH2CHCOOCH3) adalah bahan kimia yang digunakan sebagai

bahan baku untuk produksi polimer (poliakrilat). Polimer ini digunakan sebagai

pembuatan cat (coating), bahan perekat, dan binder untuk industri kulit, kertas dan

tekstil serta bahan baku untuk kopolimer dari acrylic fiber. Bahan baku yang

digunakan pada proses produksi metil akrilat adalah asam akrilat dan metanol.

Metode yang digunakan dalam pembuatan metil akrilat adalah dengan esterifikasi

asam akrilat dan metanol dengan temperatur 80°C dan tekanan 1 atm dalam fase cair

yang direaksikan dalam reaktor alir tangki berpengaduk yang dipasang seri pada

kondisi isotermal.

Pabrik membutuhkan bahan baku asam akrilat sebesar 3750,00 kg/jam dan

metanol sebesar 3782,20 kg/jam. Sebagai katalis asam sulfat dibutuhkan sebanyak

1856,06 kg/jam dengan berat total air sebagai impuritas sebesar 81,44 kg/jam. Untuk

utilitas, total air yang digunakan sebanyak 497.248,88 kg/jam. Sedangkan untuk

bahan bakar dibutuhkan sebanyak 265,61 L/jam, listrik sebesar 178,33 kW dan

kebutuhan steam sebesar 20.049,23 kg/jam.

Pabrik direncanakan berdiri tahun 2020. Pabrik metil akrilat akan didirikan

dengan kapasitas 30.000 ton per tahun di kawasan industri Cilegon, Banten dan luas

tanah mencapai 5830 m2. Modal tetap pabrik atau yang disebut dengan fixed capital

investment (FCI) sebesar Rp. 484.524.262.835, sedangkan modal kerjanya sebesar

Rp. 97.547.781.740. Biaya produksi total per tahun adalah sebesar Rp.

393.230.689.964. Evaluasi ekonomi menunjukkan bahwa: percent return on

investment (ROI) sebelum pajak 24,21%, dan sesudah pajak 18,15%, pay out time

(POT) sebelum pajak 2,92 tahun dan sesudah pajak 3,55 tahun, break event point

(BEP) 50,05%, shut down point (SDP) 22,76%, dan discounted cash flow (DCF)

30,23%. Dari hasil data perhitungan evaluasi ekonomi, pabrik ini layak untuk

didirikan di Indonesia.

Kata kunci : metil akrilat, asam akrilat, 30.000 ton/tahun.

Abstract

Methyl acrylate (CH2CHCOOCH3) is a chemical used as a raw material for the

production of polymers (polyacrylate). These polymers are used as the manufacture

2

of paints (coatings), adhesives and binders for leather industry, paper and textiles as

well as raw materials for polymers of acrylic fiber. Raw materials used in the

production process of methyl acrylate is acrylic acid and methanol. The method used

in the manufacture of methyl acrylate is by esterification of acrylic acid and methanol

with a temperature of 80°C and a pressure of 1 atm in the liquid phase is reacted in a

stirred tank flow reactor mounted on a series of isothermal conditions.

The factory requires raw materials acrylic acid of 3750,00 kg/hour and

methanol amounted to 3782,20 kg/hour. Sulfuric acid as a catalyst is needed as much

as 1856,06 kg/hour with a total weight of water as an impurity of 81,44 kg/hour. For

utilities, the water used as 497,248,88 kg/hour. As for the fuel needed as much as

265.61 L/hour, amounting to 178,33 kW of electricity and steam needs of 20.049,23

kg/hour.

The factory is planned to stand 2020. Methyl acrylate plant will be established

with a capacity of 30,000 tons per year in the industrial estate in Cilegon, Banten and

a land area reaches 5830 m2. Fixed capital plant or it called as fixed capital

investment (FCI) Rp. 609.104.713.279, while the working capital of Rp.

116.281.332.356. Total production cost per year is Rp. 472.260.614.815. Economic

evaluation showed that: percent return on investment (ROI) before taxes 24,21% and

18,15% after tax, pay out time (POT) before tax and after tax 2,92 years to 3,55 years,

break even point (BEP) 50,05%, shut down point (SDP) 22,76%, and the discounted

cash flow (DCF) 30,23%. From the results of the calculation data of economic

evaluations, it feasible to set up factories in Indonesia.

Keyword : methyl acrylic, acrylic acid, 30.000 tons/year

1. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pada era pasar bebas sekarang ini, Indonesia dituntut untuk menjadi

negara yang dapat bersaing dengan negara asing dalam sektor perdagangan,

industri maupun aspek yang lain. Dalam sektor industri, Indonesia sebenarnya

sudah mampu untuk bersaing dengan negara asing namun dengan adanya

modal yang sedikit kita hanya mampu memproduksi bahan baku dengan

kapasitas yang sedikit pula sehingga bahan baku yang diperlukan harus di

impor dari negara asing.

Produk bahan baku yang masih sering kita impor salah satunya adalah

Metil Akrilat. Metil Akrilat adalah senyawa kimia yang biasanya digunakan

dalam bahan baku pada produksi polimer. Polimer ini digunakan untuk bahan

3

baku pembuatan cat, binder untuk industri kulit, kertas dan tekstil serta bahan

baku untuk kopolimer dari acrylic fiber.

Menurut Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (4th

Edition), Metil Akrilat memiliki rumus monomer molekul C4H6O2 dan pada

suhu kamar memiliki sifat berbentuk karet dan merupakan polimer yang

sangat keras dibanding dengan polimer lain.

Manfaat dari pendirian pabrik Metil Akrilat yaitu dapat membuka

lapangan pekerjaan baru, dapat menekan biaya impor untuk mendatangkan

bahan baku, dapat mencukupi kebutuhan akan Metil Akrilat di Indonesia,

dapat meningkatkan sumber daya manusia dan diharapkan dapat mengekspor

ke negara asing sehingga dapat menambah pendapatan negara.

2. DESKRIPSI PROSES

2.1. Spesifikasi bahan Baku dan Produk

2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku

a. Asam akrilat (CH2CHCOOH)

- Fase : Cair

- Kemurnian : 99%

- Impuritas, %berat : air, 1%

(www.shokubai.co.jp)

b. Metanol (CH3OH)

- Fase : Cair

- Kemurnian : 99,85%

- Impuritas, %berat : air, 0,15%

(www.kaltimmethanol.com)

2.1.2. Spesifikasi Bahan Pembantu

Asam sulfat (H2SO4)

- Fase : Cair

- Kemurnian : 98%

4

- Impuritas, %berat : air, 2%

(www.indoacid.com)

2.1.3. Spesifikasi Produk

Metil akrilat (CH2CHCOOCH3)

- Fase : Cair

- Kemurnian : 99,89%

- Impuritas, %berat : air, 0,11%

(www.basf.com)

2.2. Konsep Proses

2.2.1. Dasar Reaksi

Pembuatan metil akrilat (CH2CHCOOCH3) berlangsung pada

suhu 80oC dan tekanan 1 atm menggunakan katalis asam sulfat (H2SO4).

Menggunakan Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) dengan

mereaksikan asam akrilat (CH2CHCOOH) dengan metanol (CH3OH)

dengan proses esterifikasi dan reaksi bersifat eksoterm.

2.2.2. Sifat Reaksi

a. Tinjauan Kinetika

Reaksi yang berlangsung merupakan reaksi orde dua.

Reaksi : Asam akrilat + Metanol Metil akrilat + Air

Persamaan kecepatan reaksi :

-rA= k.CA.CB ................................................................(II-2)

-rA= k[CAO(1-XA)].[CBO-CAOXA] …………………….......(II-3)

CBO/CAO = R

-rA = k.CAO2.[1-XA][R-XA]…......………………………...(II-4)

Dengan :

CAO = Konsentrasi asam akrilat mula-mula, kmol/L

CBO = Konsentrasi metanol mula-mula, kmol/L

XA = Konversi dari asam akrilat

(US Patent 3.875.212)

5

b. Tinjauan Termodinamika

Reaksi :

CH2CHCOOH + CH3OH CH2CHCOOCH3 + H2O

Berikut tabel harga ∆Gf0 masing-masing komponen pada suhu 298

K :

Tabel 2.1 ∆Gf0 Masing-masing Komponen

Komponen Harga ∆Gf0 (Kj/mol)

Asam akrilat (CH2CHCOOH) -286,06

Metanol (CH3OH) -162,51

Metil akrilat (CH2CHCOOCH3) -257,32

Air (H2O) -228,6

Total ∆G0r298K = ∆Gf

0 produk - ∆Gf

0 reaktan

= (∆Gf0 CH2CHCOOCH3 + ∆Gf

0 H2O) + (∆Gf

0

CH2CHCOOH + ∆Gf0 CH3OH)

= (-257,32 + -228,6) + (-286,06 + -162,51)

= (-485,92) – (-448,57)

= -37,35kJ/mol

= -37,350kJ/kmol

ln Ko = *

+ =

=

=15,075

Ko = 3,524x106

ln

=

x (

)………………………….….(II-5)

(Smith VanNess, 1987)

Dengan :

Ko = Konstanta kesetimbangan pada suhu 298 K

K = Konstanta kesetimbangan pada suhu tertentu

T = Temperatur tertentu

6

∆H298 = Panas reaksi standart pada 298 K

Untuk harga ∆Hf0 masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat

dilihat pada tabel 2.2

Tabel 2.2 ∆Hf0 Masing- masing Komponen

Komponen Harga ∆Hf0 (Kj/mol)

Asam akrilat (CH2CHCOOH) -336,23

Metanol (CH3OH) -201,17

Metil akrilat (CH2CHCOOCH3) -333

Air (H2O) -241,80

∆H0r298K = ∆Hf

0 produk - ∆Hf

0 reaktan

= (∆Hf0 CH2CHCOOCH3 + ∆Hf

0 H2O) - (∆Hf

0

CH2CHCOOH + ∆Hf0 CH3OH)

= (-333 + (-241,80)) – (-336,23 + (-201,17))

= -574,8 – (537,4)

= -37,4 kJ/kmol

Pada suhu 80oC (353 K) besarnya konstanta kesetimbangan

dapat dihitung sebagai berikut :

ln

=

x (

)

ln K = 8,288.106

K = 3,976.106

Karena harga K >>>1 maka reaksi dianggap irreversible (berjalan

satu arah).

7

3. SPESIFIKASI ALAT

3.1. Reaktor (R-210)

Fungsi : Mereaksikan metanol sebanyak 3782,20 Kg/jam dan

asam akrilat sebanyak 3750,00 Kg/jam menggunakan katalis

asam sulfat

Jenis : Tangki berpengaduk

Bahan konstruksi : Stainless steel SA-167 (Tipe 316)

Kondisi operasi :

­ Tekanan : 1 atm

­ Suhu : 80°C

Shell dan Head :

­ Diameter shell (D) : 1,89 m

­ Tinggi cairan dalam tangki (h) : 0,62 m

­ Tinggi shell (H) : 1,89 m

­ Tebal shell (ts) : 0,005 m

­ Tebal head (th) : 0,005 m

Pengaduk dan baffle :

­ Diameter pengaduk (d) : 0,63 m

­ Lebar pengaduk (L) : 0,16 m

­ Lebar baffle (b) : 0,19 m

­ Jarak pengaduk dari dasar tangki (zi) : 0,63 m

­ Jumlah pengaduk : 1 buah

­ Kecepatan putaran pengaduk : 400 rpm

­ Daya motor yang diperlukan : 20 Hp

Volume reaktor : 3,10 m3

Tinggi total reaktor : 2,62 m

Jumlah : 3 buah

8

Pendingin :

­ Tekanan : 1 atm

­ Suhu : 30oC

Harga : $ 143300

3.2. Decanter (H-310)

Fungsi : Memisahkan campuran berdasarkan kelarutan

sebanyak 9469,70 Kg/jam

Jenis : Continuous gravity decanter silinder horizontal

Bahan : Stainless steel

Kondisi Operasi :

­ Tekanan : 1 atm

­ Suhu : 80oC

Waktu tinggal dekanter : 1,74 menit

Dimensi dekanter :

­ Diameter : 0,16 m

­ Panjang : 0,78 m

Volume : 0,32 m3

Jumlah : 1 buah

Harga : $ 20900

4. UNIT PENDUKUNG PROSES (UTILITAS) DAN LABORATORIUM

4.1. Unit Pendukung Proses

Unit pendukung proses atau sering disebut unit utilitas merupakan salah

satu bagian penting untuk mendukung berlangsungnya proses produksi pabrik.

Unit pendukung proses antara lain penyediaan air (air pendingin, air sanitasi, air

pemadam, air umpan boiler, dan air proses), listrik, pengadaan bahan bakar,

penyedia udara bertekanan, dan pengolahan limbah. Unit utilitas ini untuk

menyediakan sarana-sarana proses untuk kelancaran operasi pabrik.

9

Unit pendukung proses yang terdapat dalam pabrik metil akrilat antara

lain :

1. Unit penyediaan dan pengolahan air

Unit ini berfungsi untuk mengolah air dari sumber air untuk

keperluaan air proses, air sanitasi, air untuk umpan boiler dan air

pendingin.

2. Unit pembangkit steam

Berfungsi untuk menyediakan steam untuk keperluan pemanas

pada reboiler dan HE (Heat Exchanger).

3. Unit pengadaan listrik

Berfungsi sebagai tenaga penggerak untuk peralatan proses,

maupun untuk penerangan. Listrik disuplai dari PLN dan dari

generator set sebagai cadangan bila listrik dari PLN mengalami

gangguan..

4. Unit pengolahan limbah

Berfungsi mengolah limbah sanitasi dan air limbah proses.

5. Unit Laboratorium

Unit laboratorium berfungsi untuk menjaga mutu produk dan

juga menganalisis kualitas bahan baku dan kualitas produk.

5. MANAJEMEN PERUSAHAAN

5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji

Jumlah Karyawan harus ditentukan dengan tepat, sehingga semua

pekerjaan dapat diselenggarakan dengan baik dan efisien.

10

Tabel 5.2. Jumlah Karyawan Menurut Jabatan

NO. JABATAN JUMLAH

1 Direktur Utama 1

2 Direktur Teknik dan Produksi 1

3 Direktur Keuangan dan Umum 1

4 Staff Ahli 2

5 Sekretaris 3

6 Kepala Bagian 5

7 Kepala Seksi 14

8 Karyawan Proses 27

9 Karyawan Pengendalian 8

10 Karyawan Laboratorium 8

11 Karyawan Litbang 4

12 Karyawan Safety & Lingkungan 4

13 Karyawan Pemeliharaan 8

14 Karyawan Utilitas 8

15 Karyawan Administrasi 8

16 Karyawan Pembelian 8

17 Karyawan Personalia 4

18 Karyawan Humas 8

19 Satpam 8

20 Karyawan Pemasaran 8

21 Dokter 2

22 Paramedis 4

23 Sopir 6

24 Pesuruh 6

TOTAL 156

11

Tabel 5.3. Perincian Golongan dan Gaji Karyawan

Gol. Jabatan Gaji/bulan (Rp) Kualifikasi

I. Direktur Utama 50.000.000 S1 Pengalaman 10 Tahun

II. Direktur 40.000.000 S1 Pengalaman 10 Tahun

III. Staff Ahli 20.000.000 S1 Pengalaman 5 Tahun

IV. Litbang 15.000.000 S1 pengalaman

V. Kepala Bagian 9.500.000 S1 pengalaman

VI Kepala Seksi 6.000.000 S1/D3 pengalaman

VII. Sekretaris 5.000.000 S1/D3 pengalaman

VIII. Karyawan Biasa 3.000.000 – 5.000.000 SLTA/D1/D3

6. ANALISIS EKONOMI

6.6. Analisis Kelayakan Ekonomi

a. Keuntungan (Profit)

Sales price = Rp. 510.510.000.000

Total biaya produksi = Rp. 393.230.689.964

Keuntungan sebelum pajak = Rp. 117.279.310.036

Keuntungan sesudah pajak = Rp. 87.959.482.527

b. Persent Return of Investment (ROI)

ROI = FCI

ofitPrx 100%

ROIb = Pb / FC * 100 % = 24,21 %

ROIa = Pa / FC * 100 % = 18,15 %

c. Pay Out Time (POT)

POT = DepresiasiKeuntungan

FCI

x 100%

POTb = FC / (Pb + 0.1FC) = 2,92 Tahun

POTa = FC / (Pa + 0.1FC) = 3,55 Tahun

12

d. Break Even Point (BEP)

Fixed Expense (Fa) = Rp. 72.678.639.425

Regulated Expense (Ra) = Rp. 202.104.729.651

Variabel Expense (Va) = Rp. 102.667.965.099

Sales (Sa) = Rp. 510.510.000.000

BEP = RaVaSa

RaFa

7,0

3,0

x 100%

BEP = 50,05 %

e. Shut Down Point (SDP)

SDP = RaVaSa

Ra

7,0

3,0

x 100 %

SDP = 22,76 %

f. Discounted Cash Flow (DCF)

Umur Pabrik = 10 tahun

Fixed Capital (FC) = Rp 484.524.262.835

Working Capital (WC) = Rp 97.547.781.740

Cash Flow = Rp 187.462.908.810

Salvage Value (SV) = Rp 48.452.426.284

DCF = 30,232%

Bunga Bank rata-rata saat ini = 8 % sampai 10 %

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2000, PT Kaltim Methanol Industri, www.kaltimmethanol.com, 10 Maret

2015

Anonim, 2004, Sumitono Chemical Divests Singapore-Based Acrylic Acid

Operations, www.sumitomo-chem.co.jp, 21 Maret 2015

Anonim, 2005, Safety Data Sheet Methyl Acrylate, www.basf.com, 12 Maret 2015

Anonim, 2010, Asam Sulfat, www.indoacid.com, 10 Maret 2015

Anonim, 2012, Harga Alat, www.matche.com, 21 Maret 2016

13

Anonim, 2016, Cost Equipment Simulator, www.mhhe.com, 21 Maret 2016

Anonim, 2012, Speciality Chemicals, www.shokubai.co.jp, 10 Maret 2015

Aries, R.S. and Newton, R.D, 1955, Chemical Engineering Cost Estimation, McGraw

Hill International Book Company, New York

Branan, C.R., 1994, Rules of Thumb for Chemical Engineering, Gulf Publishing

Company, Texas.

Brown, G.G., 1986, Unit Operations, John Wiley and Sons, Inc., New York

Brownell, L.E. and Young, E.H, 1959, Process Equipment Design, 1st edition, John

Wiley & Sons Inc., New York

Coulson, J.M. and Richardson, J.F., 1989, An Introduction to Chemical Engineering,

Allyn and Bacon Inc., Massachusets

Fesseden, R.J., dan Fesseden, J.S., 1986, Kimia Organik, Erlangga, Jakarta

Fogler, S.H., 1999, Element of Chemical Reaction Engineering, Prentice Hall PTR,

New Jersey

Kern, D.Q., 1983, Process Heat Transfer, McGraw Hill Intrenational Book

Company, Tokyo

Kirk, R.E. & Othmer, D.F., 1998, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 6, 4th

edition, A Wiley Interscience Publisher Inc., New York

Ludwig, E.E., 1996, Apllied Process Design for Chemical and Petrochemical Plant,

Vol. II, Gulf Publishing Inc., Houston

Patent, United States Patent 3.875.212, 1 April 1975

Perry, R.H. and Green, D.W., 1997, Perry’s Chemical Engineers Handbooks, 7th

edition, McGraw Hill Book Co. New York.

Rase H.F., and Holmes, J.R., 1977, Chemical Reactor Design for Process Plant, Vol

2 : Principles and Techniques, John Wiley & Sons Inc., Kanada

Smith, et. al., 1987, Introdustion to Chemical Engineering Thermodynamics, 3th

edtion, McGraw Hill International Book Company, Tokyo

14

Timmerhauss, K.D and Peters, M.S. 2003, Plant Design and Economic for Chemical

Engineering. 5th

edition, McGraw Hill International Book Company, New

York

Ullman, Fritz, 1985, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry Vol. 3, John

Wiley and Sons Inc. New York.

Ullrich, G.D., 1984, A Guide to Chemical Engineering Process Design and

Economics, John Wiley and Sons Inc., Kanada

United Nations Statistics Divison, 2011, UN Data A World of Information,

www.data.un.org

Vilbrant, F.C., 1959, Chemical Engineering Plant Design, 4th

ed., Mc Graw-Hill

Book Company, Japan

Wallas, S.M., 1988, Chemical Process Equipment (Selection and Design), 3rd

edition,

Butterworths, U.S.A

Widjaja, G., dan Yani, A., 2003, Perseroan Terbatas, Raja Grafindo Persada, Jakarta

Yaws, C.L., 1999, Chemical Properties Handbook, McGraw Hill Company, New

York

Zamani, 1998, Manajemen, Badan Penerbit IPWI, Jakarta