TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK PARAXYLENE

DENGAN PROSES DISPROPORSIONASI TOLUENE

KAPASITAS 350.000 TON/TAHUN

Disusun Oleh :

LISTIANI

D500120017

Dosen Pembimbing :

1. Dr.Ir. Ahmad M Fuad, M.T., Ph.D.

2. Ir. Herry Purnama, M.T., Ph.D.

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

uesnJnf snla)

?99 )INq'qil'I'B( ?ur€urnd ArreH'{

w'/lg Eugqulqueduesog

orn[np(ua141

,l0Z l.r?nJqeg'ugelurng

G't{d 'I'1\t 'euruuln4 .{ueg 'r1 '7

I'1,{'psnc N peuqv'rt'rc'lunqel/uol 000'0E g settsedex auanpl

rseuors.todordsrg sesoJd ue8ueq

auaytmn4 {lJqed ue8uecuu;er4

t r002I009(!uellsl-I

Eurqturqued uesoq

{lrqud ue8uucuere"r4 se8nl 1nPn1

TUIN

etU€N

YIIAiDI XrN)tf,r NvsnumXIIDIST SYTA{D[Y.{

YIIIY)IflUOS HYAI(IY}IIWYH{Tfi SYIISf,flAINfiNYI{YSISNtrd NY[t[YTYfl

viii

MOTTO

jadilah yang terbaik diantara yang terbaik dengan usaha semaksimal mungkin

Doa dan usaha tidak akan mengecewakan, karena Allah akan mengabulkan segala

doa dengan cara-NYA

ix

Dedikasi

Skripsi ini saya pesembahkan untuk orang – orang yang selalu saya sayangi dan

sangat penting :

1. Buat orang tua saya yang selalu mendoakan saya (semoga sehat selalu),

dan kakakku yang sering ngomel tapi demi kebaikanku juga (makasih)

2. Buat delta dan hani (patner,temen ngobrol,temen makan,temen gokil

gokilan, bisa jadi suster kalo aku sakit makasihh pokonya), nanik (emak

yang sering ngomelin kalo salah padahal dia yang paling muda), anggi

(semangat S2nya yaa), mala & yulira (cepet diselesein skripsinya, ayo

wisuda bareng-bareng), anto & rio (semangat revisiannya)

3. Buat minong sama mintuk (aku udah nyusul kalian kan?????, sekali2

kalian pake rok yaa....cantik kok)

4. Adek – adekku IMM sekaligus teman seperjuanganku disana yang bisa

buat nangis, ketawa, seneng, sedih pokonya itu rumah keduaku yang

sangat nyaman. Lanjutkn perjuanganmu nak karna “diam adalah

kehancuran dan mundur adalah penghianatan” dan satu lagi “yang strong

ya kalau di IMM berhati baja lah disana biar tidak menjadi pohon yang

tumbang sebelum menjadi benar – benar kuat”

5. Teman – teman yang tidak bisa saya sebut satu per satu (terimakasih

kalian termasuk teman yang bisa membuatku menjadi seperti ini)

x

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Alhamdulillah, segala puji dan syukur penulis haturkan ke hadirat Allah

SWT yang telah melimpahkan rahmat, hidayah, dan karunia-Nya, sehingga

penulis dapat menyelesaikan Skripsi Prarancangan Pabrik dengan judul

“Prarancangan Pabrik Paraxylene dengan Proses Disproporsionasi Toluene

Kapasitas 350.000 ton / tahun”. Salam dan salawat semoga senantiasa tercurah

kepada junjungan dan Uswatun Khasanah kita Nabiullah Muhammad SAW

beserta keluarga dan sahabatnya, serta para pengikutnya yang setia hingga akhir

jaman.

Melalui skripsi prarancangan pabrik ini diharapkan mahasiswa dengan

bekal daya penalaran dan improvisasi yang tinggi mampu secara komprehensif

menerapkan semua teori dan kemahiran Teknik Kimia ke dalam bentuk

prarancangan pabrik, sehingga mampu membuat rancangan pabrik sampai tahap

rancang bangun yang dibukukan.

Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-

besarnya kepada :

1. Bapak Rois Fatoni ST.,MSc.,PhD selaku ketua Program Studi

Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

2. Ibu Eni Budiyati, S.T., M.Eng., selaku koordinator tugas akhir

3. Bapak Dr.Ir. Ahmad M Fuad, M.T selaku dosen pembimbing 1

4. Bapak Herry Purnama, Ph.D., seebagai dosen pembiming II

5. Seluruh dosen dan staf Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah

Surakarta yang tak bisa saya sebutkan satu per satu

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih terdapat kesalahan, oleh karena

itu penulis berharap agar semua pihak bisa menahan diri, karena penulis yakin

xi

bahwa semua pasti tahu kalau penulis juga manusia biasa yang bisa saja berbuat

salah, hina dan nista. Semoga laporan ini bermanfaat bagi semuanya.

Surakarta, 9 Januari 2017

Penulis

xii

DAFTAR ISI

Halaman Judul ................................................................................................. i

Lembar Pengesahan ......................................................................................... ii

Motto dan Persembahan ................................................................................... iii

Ucapan Terima Kasih ...................................................................................... v

Kata Pengantar ................................................................................................. vi

Daftar Isi .......................................................................................................... viii

Daftar Tabel ..................................................................................................... xii

Daftar Gambar ................................................................................................. xiv

Intisari ............................................................................................................. xv

BAB I PENDAHULUAN .............................................................................1

1.1. Latar belakang pendirian pabrik ............................................. 1

1.2. Ketersediaan bahan baku ........................................................ 3

1.3. Lokasi pabrik ......................................................................... 4

1.4. Tinjauan pustaka .................................................................... 5

1.5. Sifat fisis kimia..........................................................................10

BAB II DESKRIPSI PROSES .......................................................................15

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ....................................... 15

2.1.1 Spesifikasi bahan baku ............................................... 15

2.1.2 Spesifikasi bahan pembantu........................................ 15

2.1.3 Sifat produk utama.........................................................16

2.1.4 Sifat produk samping.....................................................16

2.2. Konsep Proses ....................................................................... 16

2.2.1 Latar belakang proses ................................................. 17

2.2.2 Mekanisme reaksi ....................................................... 17

2.2.3 Kondisi operasi .......................................................... 18

2.2.4 Tinjauan termodinamika ............................................. 28

2.2.5 Tinjauan kinetika ........................................................ 21

2.3. Diagram alir dan langkah proses ............................................ 21

2.3.1 Diagram alir kualitatif....................................................22

xiii

2.3.2 Diagram alir kuantitatif..................................................23

2.3.3 Langkah proses..............................................................24

a. Tahap penyimpanan bahan baku ............................. 24

b. Tahap penyiapan bahan baku .................................. 24

b. Tahap reaksi ........................................................... 24

c. Tahap pemisahan dan pemurnian produk ................ 24

d. Tahap penyimpanan produk ......................................25

2.4. Diagram neraca massa dan panas ........................................... .25

2.4.1 Neraca massa ............................................................ .26

2.4.2 Neraca panas alat ........................................................ .30

2.5. Tata Letak Peralatan Proses dan Pabrik .................................. .35

2.5.1 Tata letak pabrik ......................................................... .35

2.5.2 Tata letak peralatan .................................................... .38

BAB III SPESIFIKASI PERAALATAN PROSES ....................................... .41

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM.............64

4.1. Unit Pendukung Proses .......................................................... 64

4.1.1 Unit penyediaan air .................................................... 65

4.1.2 Unit pengolahan air .................................................... 67

4.1.3 Unit penyediaan steam...................................................82

4.1.5 Unit penyediaan bahan bakar ...................................... 87

4.1.6 Unit penyediaan udara tekan ....................................... 88

4.1.7 Unit laboraturium ....................................................... 90

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN......................................................94

5.1 Bentuk perusahaan ................................................................. 94

5.2 Struktur organisasi ................................................................. 95

5.3. Tugas dan wewenang ............................................................. 98

5.4. Pembagian jam kerja karyawan .............................................. 103

5.5 Status karyawan dan sistem upah ........................................... 105

5.6 Penggolongan jabatan, jumlah karyawan dan gaji .................. 105

5.7 Kesejahteraan sosial karyawan ............................................... 107

xiv

5.8 Kesehatan dan keselamatan kerja ........................................... 108

5.9 Manajemen produksi .............................................................. 109

BAB VI ANALISA EKONOMI..................................................................... 112

6.1 Dasar perhitungan .................................................................. 112

6.2. Biaya perhitungan .................................................................. 115

6.3. Penentuan total capital investment ......................................... 118

6.4. Penentuan total manufacturing cost ........................................ 118

6.5. Penentuan total production cost ............................................. 121

6.5. Analisa Kelayakan ................................................................. 122

BAB VII KESIMPULAN..................................................................................127

Daftar Pustaka ................................................................................................. 128

Lampiran...............................................................................................................130

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1. Data pabrik impor paraxylene ..................................................... 2

Tabel 1.2. Data kebutuhan paraxylene di Indonesia ..................................... 3

Tabel 2.1. Data panas pembentukan reaksi ................................................. 19

Tabel 2.2. Data energi bebas gibbs .............................................................. 20

Tabel 2.3. Neraca massa disekitar reaktor.................................................... 28

Tabel 2.4. Neraca massa disekitar separator ................................................ 28

Tabel 2.5 Neraca massa disekitar menara distilasi 1 .................................... 29

Tabel 2.6 Neraca massa disekitar menara disilasi 2 ..................................... 29

Tabel 2.7 Neraca massa disekitar kristalizer ................................................ 30

Tabel 2.8 Neraca massa disekitar centrifuge ................................................ 30

Tabel 2.9 Neraca massa disekitar hidrogen .................................................. 30

Tabel 2.10 Neraca massa disekitar Tangki ................................................... 31

Tabel 2.11 Neraca massa disekitar T-01 ...................................................... 31

Tabel 2.12 Neraca panas di vaporizer .......................................................... 32

Tabel 2.13 Neraca panas di reaktor ............................................................. 33

Tabel 2.14 Neraca panas separator ............................................................... 33

Tabel 2.15 Neraca panas menara distilasi 1 .................................................. 34

Tabel 2.16 Neraca panas MD-02 .................................................................. 35

Tabel 2.17 Neraca panas kristalizer .............................................................. 36

Tabel 2.18 Neraca panas centrifuge .............................................................. 36

Tabel 2.19 Neraca panas melter ................................................................... 37

Tabel 2.20 Neraca panas total ...................................................................... 37

Tabel 4.1 Jumlah kebutuhan air pendingin .................................................. 74

Tabel 4.2 Jumlah kebutuhan perkantoran dan pabrik .................................. 75

Tabel 4.3 Daftar kebutuhan steam .............................................................. 86

Tabel 4.4 Keperluan proses.......................................…………………….... 88

Tabel 4.5 Konsumsi unit pendukung proses ................................................ 89

Tabel 4.6 Udara tekan ................................................................................ 95

Tabel 5.1 Jadwal pembagian kelompok shift .............................................. 109

xvi

Tabel 5.2 Jumlah karyawan dan gaji karyawan ........................................... 110

Tabel 6.1 Index harga alat........................................................................... 118

Tabel 6.2 Fixed capital investment ............................................................. 121

Tabel 6.3 Working capitaliInvenstment....................................................... 122

Tabel 6.4 Total capita Iinvesment ............................................................... 122

Tabel 6.5 Direct manufacturing cost .......................................................... 123

Tabel 6.6 Indirect manufacturing cost ........................................................ 124

Tabel 6.7 Fixed manufacturing cost............................................................ 125

Tabel 6.8 Manufacturing cost ..................................................................... 125

Tabel 6.8 Total general expense ................................................................. 126

Tabel 6.8 Working capital .......................................................................... 125

Tabel 6.8 Fixed manufacturing cost............................................................ 128

Tabel 6.8 Total variabel cost ...................................................................... 128

Tabel 6.8 Total regulated cost .................................................................... 129

Tabel 6.8 Analisa Kelayakan ...................................................................... 130

xvii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Diagram alir kualitatif ................................................................ 24

Gambar 2.1. Diagram alir kuantitatif ............................................................. 25

Gambar 2.2 Diagram alir proses .................................................................... 26

Gambar 2.3 Diagram alir proses .................................................................... 18

Gambar 2.4 Tata letak peralatan pabrik ......................................................... 38

Gambar 2.5 Tata letak peralatan proses ......................................................... 41

Gambar 4.1. Skema pengolahan air sungai .................................................... 77

Gambar 4.2. Unit penyedia udara tekan ......................................................... 94

Gambar 4.3. Pengolahan limbah.................................................................... 98

Gambar 5.1. Struktur organisasi perusahaan .................................................. 101

Gambar 6.1. Grafik index harga alat .............................................................. 117

xviii

INTISARI

Paraxylene bisa digunakan sebagai bahan baku dimetyl terephtalate

(DMT) dan terephtalate acid (TPA), keduanya merupakan perantara dalam

memproduksi polyester. Kebutuhan paraxylene di Indonesia masih sangat besar

karena masih impor dari luar negeri. Kapasitas pabrik yang akan didirikan adalah

350.000 ton/tahun beroprasi selama 330 hari per tahun dan bersifat kontinyu.

Pabrik yang direncanakan berdiri pada tahun 2020 ini di Cilegon, Banten.

Pemilihan tempat tersebut didasarkan pada penyediaan bahan baku, transportasi,

tenaga kerja dan sarana lainnya. Jumlah kebutuhan tenaga kerja yaitu 164 orang.

Bahan baku pembuatan paraxylene yaitu toluena dan hidrogen dengan

bantuan katalis ZSM-05 pada suhu 400–450⁰C dan tekanan 30 atm. Reaktor yang

digunakan yaitu fixed bed multitube non-isotermal adiabatic. Konversi pada

reaksi ini 31% bersifat endotermis. Tahap yang diperlukan adalah tahap

penyimpanan bahan baku, penyiapan bahan baku dan tahap pembentukan produk.

Kemurnian yang dibutuhkan yaitu 95%. Fase yang terjadi merupakan fase gas.

Tahap pertama toluene cair yang diuapkan menjadi gas direaksikan dengan

hidrogen dengan bantuan katalis ZSM-5. Suhu reaksi yaitu 450⁰C. Proses tersebut

menghasilkan produk utama paraxylene dan produk samping berupa benzene.

Kebutuhan untuk toluene pada pabrik paraxylene yaitu 76.737 kg/jam. Produk

utama paraxylene yang dihasilkan 43.732 kg/jam. Kebutuhan hidrogen sebesar

2.680 kg/jam. Utilitas pendukung yaitu air untuk pendingin sebesar 729.609

kg/jam, steam sebesar 31.188 kg/jm, amonia sebesar 3.901.785 kg/jam dan bahan

bakar 4.745 L/jam. Pendingin yang digunakan berasal dari air sungai Ciujung.

Pabrik paraxylene merupakan perseroan terbatas yang dipegang oleh

beberapa pemegang saham. Pabrik di bangun diatas tanah dengan luas 3.800 m2.

Modal kerja yang dibutuhkan sebesar Rp 142.200.962.196,00.Percent return on

investmen (ROI) sebelum pajak yaitu 68,07% dan setelah pajak menjadi 51,05%.

Pay out time (POT)sebelum pajak 1,3 tahun dan setelah pajak 1,6 tahun. Break

event point (BEP) sebesar 42,31% dan shut down Point (SDP) sebesar 25,15%.

Berdasarkan analisis ekonomi yang telah diperhitungkan pabrik paraxylene layak

untuk didirikan.