PRARANCANG PABRIK LINEAR LOW DENSITY POLYETHYLENE (LLDPE) DENGAN BAHAN BAKU ETHYLENE DENGAN KAPASITAS 150.000 TON/TAHUN ( Tugas Khusus Heater 01 HE-01 )

(1)

ABSTRAK

PRARANCANGAN PABRIK LINEAR LOW DENSITY POLYETHYLENE (LLDPE) DENGAN BAHAN BAKU ETHYLENE DENGAN KAPASITAS

PRODUKSI 150.000 TON/TAHUN

Oleh CICI YULIANI

Pabrik Linear Low Density Polyethylene akan didirikan di Tanjung Bintang, Lampung Timur. Pabrik ini berdiri dengan mempertimbangkan ketersediaan bahan baku, daerah pemasaran, sarana transportasi yang memadai, tenaga kerja yang mudah didapatkan dan kondisi lingkungan.

Pabrik direncanakan memproduksi Linear Low Density Polyethylene sebanyak 150.000 ton/tahun, dengan waktu operasi 24 jam/hari, 330 hari/tahun. Bahan baku yang digunakan adalah ethylene sebanyak 18.939,39 kg/jam

Penyediaan kebutuhan utilitas pabrik Linear Low Density Polyethylene berupa pengadaan air, pengadaan steam, pengadaan listrik, kebutuhan bahan bakar, dan pengadaan air pendingin.

Bentuk perusahaan adalah Perseroan Terbatas (PT) menggunakan struktur organisasi line dan staff dengan jumlah karyawan sebanyak 125 orang.

Dari analisis ekonomi diperoleh:

Fixed Capital Investment (FCI) = Rp 177.102.551.742,13 Working Capital Investment (WCI) = Rp 31.253.391483,91 Total Capital Investment (TCI) = Rp 208.355.943.226,04 Break Even Point (BEP) = 45,92 %

Shut Down Point (SDP) = 27,19 % Pay Out Time before taxes (POT)b = 1,98 tahun

Pay Out Time after taxes (POT)a = 2,36 tahun

Return on Investment before taxes (ROI)b = 34,34 %

Return on Investment after taxes (ROI)a = 27,47 % %

Discounted cash flow (DCF) = 31,42 %

(2)

PRARANCANGAN PABRIK

LINEAR LOW DENSITY

POLYETHYLENE

(LLDPE) DENGAN BAHAN

BAKU

ETHYLENE

DENGAN KAPASITAS

PRODUKSI 150.000 TON/TAHUN

(Tugas Khusus

Heater

01 (HE-01))

Oleh

CICI YULIANI

Skripsi

Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar

SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Kimia

Fakultas Teknik Universitas Lampung

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

(3)

PRARANCANGAN PABRIK

LINEAR LOW DENSITY

POLYETHYLENE

(LLDPE) DENGAN BAHAN

BAKU

ETHYLENE

DENGAN KAPASITAS

PRODUKSI 150.000 TON/TAHUN

(Tugas Khusus

Heater

01 (HE-01))

( Skripsi )

Oleh

Cici Yuliani

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

(4)

(5)

(6)

(7)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Gistang pada tanggal 11 Juli 1988,

sebagai putri pertama dari dua bersaudara dari pasangan H. Supardan dan Hj. Endang Sulastri.

Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar Negeri 1 Gunung Sugih Kecil pada tahun 2000, Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama Negeri 1 Jabung pada tahun 2003 dan Sekolah Menengah Atas Negeri 6 Bandar Lampung pada tahun 2006.

Pada tahun 2006, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Kimia

Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB). Pada tahun 2013, penulis melakukan penelitian dengan judul

“Pengaruh Penambahan Urea pada Pembuatan Biogas Secara Anaerobik dari

Sampah Organik (Buah-Buahan) dengan menggunakan Starter Kotoran Sapi” dan

(8)

Sebuah Karya kecilku....

Dengan segenap hati kupersembahkan tugas akhir ini kepada:

Allah SWT,

Atas kehendak-Nya semua ini ada

Atas rahmat-Nya semua ini aku dapatkan

Atas kekuatan dari-Nya aku bisa bertahan.

Orang tuaku sebagai tanda baktiku, terima kasih atas segalanya,

doa, kasih sayang, pengorbanan dan keikhlasannya.

Ini hanyalah setitik balasan yang tidak bisa dibandingkan dengan

berjuta-juta pengorbanan dan kasih sayang

yang tidak akan pernah berakhir.

Guru-guruku sebagai tanda hormatku,

terima kasih atas ilmu yang telah diberikan.

(9)

MOTTO

(10)

i

SANWACANA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang Maha Kuasa dan Maha Penyayang, atas segala rahmat dan hidayah-Nya, sehingga tugas akhir ini

dengan judul “Prarancangan Pabrik Linear Low Density Polyethylene (LLDPE) dengan Bahan Baku Ethylene dengan Kapasitas Produksi 150.000 Ton/Tahun” dapat diselesaikan dengan baik.

Tugas akhir ini disusun dalam rangka memenuhi salah satu syarat guna memperoleh derajat kesarjanaan (S-1) di Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik

Universitas Lampung.

Penyusunan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan dan dukungan dari beberapa pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Ir. Azhar, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Universitas Lampung dan selaku Dosen Penguji atas ilmu, kritik dan saran, dalam penyelesaian tugas akhir.

2. Darmansyah, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing I, yang telah memberikan pengarahan, masukan, bimbingan, kritik dan saran selama penyelesaian tugas

(11)

ii

3. Yuli Darni, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing II, yang telah memberikan

pengarahan, masukan, bimbingan, kritik dan saran selama penyelesaian tugas akhir. Semoga ilmu bermanfaat yang diberikan dapat berguna dikemudian

hari.

4. Panca Nugrahini F., S.T., M.T., dan Lia Lismeri, S.T., M.T. selaku Dosen Penguji atas ilmu, kritik dan saran, dalam penyelesaian tugas akhir.

5. Seluruh Dosen Teknik Kimia Universitas Lampung, atas semua ilmu dan bekal masa depan yang akan selalu bermanfaat.

6. Keluargaku tercinta, untuk Ayah, Ibu, dan Adikku yang selalu memberikan

do’a, semangat, dan dukungan, skripsi ini juga ku persembahkan untuk

mereka semoga bisa menjadi pengobat hati yang pilu. 7. Garybaldi, selaku rekan seperjuangan pengerjaan skipsi.

8. Anggota “Paguyuban” (Kokom, Nope, Maya, Bejo, Nikong, dan Mbul) yang selalu kompak walaupun mengahadapi berbagai masalah tetap bisa tertawa dan saling memberi motivasi.

9. Adel dan Ika yang cantik dan baik hati, yang setia menemani dan

menyemangati.

10. Emakku yang subur, Aci si Anak Alay, Dora si Bontot, Bocil, Didik, Kur

yang selalu setia membantu dan memberiku semangat untuk menyelesaikan penelitian ini.

11. Seluruh teman-teman sperjuangan a.k.a Teknik Kimia 2006, Universitas

(12)

iii

12. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan-satu persatu oleh penulis yang telah

membantu penulis dalam pelaksanaan penelitian dan pengerjaan laporan hasil penelitian.

Semoga Allah membalas semua kebaikan mereka terhadap penulis dan semoga skripsi ini berguna.

Bandar Lampung, 22 Agustus 2014 Penulis,

(13)

iii

DAFTAR TABEL

Tabel halaman

1.1. Kebutuhan Linear Low Density Polyethylene di Indonesia... 4

1.2. Pabrik Linear Low Density Polyethylenedi Indonesia... 6

1.3. Kebutuhan Linear Low Density Polyethylene di empat negara besar di ASEAN………. 11

2.1. Perbandingan Proses Pembuatan Linear Low Density Polyethylene... 12

4.1. Neraca Massa Reaktor (RE-01) ... 30

4.2. Neraca Massa Cyclone (CY-01) ... 30

4.3. Neraca Massa Product Purge Bin – 01 (PP-01) ... 31

4.4. Neraca Energi Reaktor (RE-01)……... 32

4.5. Neraca Energi Product Blow Tank (PB-01) ……... 33

4.6. Neraca Energi Cyclone (CY-01) ... 33

4.7. Neraca Energi Kompresor (KO-03)……... 34

4.8. Neraca Energi Kompresor (KO-01) ………... ... 35

4.9. Neraca Energi Heater (HE-01) ... 35

4.10. Neraca Energi Kompresor (KO-02)……... 36

4.11. Neraca Energi Cooler (Co-01) .………... ... 37

4.12. Neraca Energi Extruder (Ex-01)……... 38

4.13. Neraca Energi Pelleter (PE-01) ... 38

5.1. Spesifikasi Storage Tank (ST-01) ...39

5.2. Spesifikasi Storage Tank (ST-02) …... 40

5.3. Spesifikasi Storage Tank (ST-03)... 41

5.4. Spesifikasi Storage Tank (ST-04) ... 42

5.5. Pompa Proses 1 (PO – 01) ……….…………. 43

5.6. Pompa Proses 2 (PO – 02) ... ... 44

(14)

iv

5.8. Spesifikasi Heat Exchanger (HE-02) ... ... 46

5.9. Spesifikasi Kompressor 1 (KO-01)... 47

5.12. Spesifikasi Reaktor(RE-01) ………... 48

5.13. Spesifikasi Flash Dryer (FD-01)... 49

5.14. Spesifikasi Cyclone 1 (CY-01) ... 50

5.15. Spesifikasi Cyclone 2 (CY-02)... 51

5.16. Spesifikasi Silo ( SI-01 )... 52

5.17. Spesifikasi Silo ( SI-02 )... 53

5.18. Spesifikasi Gudang Produk (W-01)... 53

5.19. Spesifikasi Bak Sedimentasi (BS-01)...54

5.20. Spesifikasi Bak Penggumpal (BP-01)...55

5.21. Spesifikasi Tangki Alum (TI-01)... 56

5.22. Spesifikasi Tangki Soda Kaustik(TI-02)... 57

5.23. Spesifikasi Tangki Larutan Klorin(TI-03)... 58

5.24. Spesifikasi Clarifier (CF-01)... 59

5.25. Spesifikasi Sand Filter (SF-01)... 60

5.26. Spesifikasi Tangki Air Filter (TF-01)…... 61

5.27. Spesifikasi Tangki Air Filter-2/Filtered Water Tank-2 (TF-02)...62

5.28. Spesifikasi Hot Basin (HB-01)………... …….63

5.29. Spesifikasi Cooling Tower (CT-01A/B)... 64

5.30. Spesifikasi Cold Basin (CB–01)... 65

5.31. Spesifikasi Tangki Natrium Fosfat (TI-06) ...66

5.32. Spesifikasi Tangki Dispersant (TI-07)...67

5.33. Spesifikasi Cation Exchanger (CE-01 A/B)...68

5.34. Spesifikasi Tangki Asam Sulfat 2 (TI-08)...69

5.35. Spesifikasi Anion Exchanger (AE-01 A/B)...70

5.36. Spesifikasi Tangki NaOH(TI-09)... 71

5.37. Spesifikasi Tangki Air Demin-01 (TP-01)...72

5.38. Spesifikasi Deaerator (DA-01)... 73

(15)

v

5.40. Spesifikasi Tangki Air Hidran (TF-03)... 75

5.41. Spesifikasi Tangki Penyimpanan Air Umpan Boiler (TP-02) ...76

5.42. Spesifikasi Tangki Air Kondensat (TP-01)... 77

5.43. Spesifikasi Boiler (BO-01)... 78

5.44. Spesifikasi Tangki Penyimpanan Air Demin TP-01...79

5.45. Spesifikasi Blower Steam-01 (BS-01)...80

5.46. Spesifikasi Kompresor Udara-01 (CO-01)...81

5.57. Spesifikasi Pompa Utilitas (PU-01) ... 82

5.58. Spesifikasi Pompa Utilitas (PU-02)... 83

5.60. SpesifikasiPompa Utilitas (PU-04)……... 85

5.61. SpesifikasiPompa Utilitas (PU-05)... 86

5.62. SpesifikasiPompa Utilitas (PU-06)……... 87

5.63. SpesifikasiPompa Utilitas (PU-07) ... 88

5.64. SpesifikasiPompa Utilitas (PU-08) ... …. 89

(16)

vi

6.1. Peralatan yang Membutuhkan Air Pendingin ... 112

6.2. Peralatan yang membutuhkan steam ... 116

6.3. Tingkatan Kebutuhan Informasi dan Sistem Pengendalian ... 134

6.4. Pengendalian Variabel Utama Proses ... 135

7.1. Rincian Luas Tanah sebagai Bangunan Pabrik... 138

8.1. Jadwal Kerja Regu Shift ... 159

8.2. Perincian Tingkat Pendidikan …………... 160

8.3. Jumlah Operator Berdasarkan Jenis Alat ... 161

8.4. Jumlah Karyawan……….162 9.1. Fixed Capital Investment ... 168

9.2. Manufacturing Cost ... 169

9.3. General Expenses ... 170

9.4. Biaya Administrasi ... 170

9.5. Minimum acceptable persent return on investment... 171

(17)

i DAFTAR ISI

Halaman ABSTRAK

DAFTAR ISI ... i

DAFTAR TABEL ... iii

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR GRAFIK ... viii

I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Pendirian Pabrik ... 1

B. Kegunaan Produk ... 3

C. Kapasitas Rancangan ... 4

D. Lokasi Pabrik ... 8

II. DESKRIPSI PROSES A. Macam-macam Proses Pembuatan Polyethylene………... . 10

B. Pemilihan Proses ... 12

C. Uraian Proses ... 13

III.SPESIFIKASI BAHAN BAKU DAN PRODUK A. Bahan Baku Utama ... 25

B. Bahan Baku Penunjang... 26

C. Produk Utama ... 28

IV. NERACA MASSA DAN NERACA ENERGI A. Neraca Massa ... 30

B. Neraca Energi ... 31

(18)

ii

B. Peralatan Utilitas ... 54

VI. UTILITAS DAN PENGOLAHAN LIMBAH A. Unit Pendukung Proses (Utilitas) ... 109

B. Pengolahan Limbah ... 128

C.Laboratorium ... 129

D.Instrumentasi dan Pengendalian Proses ... 133

VII. LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK A. Lokasi Pabrik ... 136

B. Tata Letak Alat Proses ... 140

VIII.SISTEM MANAJEMEN DAN OPERASI PERUSAHAAN A. Bentuk Perusahaan ... 144

B. Struktur Organisasi Perusahaan ... 147

C. Tugas dan Wewenang... 149

D. Status Karyawan dan Sistem Penggajian ... 157

E. Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 157

F. Penggolongan Jabatan dan Jumlah Karyawan ... 160

G. Kesejahteraan Karyawan ... 164

IX. INVESTASI DAN EVALUASI EKONOMI A. Investasi ... 167

B. Evaluasi Ekonomi ... 171

C. Angsuran Pinjaman ... 173

D. Discounted Cash Flow ... 174

X. KESIMPULAN DAN SARAN ... 175 DAFTAR PUSTAKA

(19)

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar halaman

6.1.Cooling Tower………... 114

6.2.Diagram Cooling Water System ... .. 116

6.3.Deaerator... ... 118

6.4.Diagram Alir Pengolahan Air ... 119

7.1.Tata Letak Pabrik LLDPE ... ... 139

7.2.Tata Letak Alat Proses ... 143

8.1.Struktur Organisasi Perusahaan ... 148

(20)

viii

DAFTAR GRAFIK

Grafik halaman

(21)

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Pembangunan industri nasional diarahkan guna meningkatkan daya saing agar mampu menerobos pasar internasional dan mempertahankan pasar dalam negeri.

Perkembangan yang pesat dalam pembangunan industri yang dialami oleh bangsa Indonesia berpengaruh pada pembangunan di sub-sektor industri.

Dari krisis ekonomi yang terjadi, industri Polyethylene termasuk salah satu industri yang cepat pulih dari keterpurukan seiring dengan perekonomian yang

mulai membaik pada tahun 1999. Hal ini dikarenakan sifat bahan plastik yang lebih tahan lama dan tidak mudah pecah, sehingga bahan plastik cenderung disukai masyarakat di banding bahan kaca atau lainnya. Kondisi ini tentunya ikut

mendorong kinerja industri pemakai produk Polyethylene seperti industri plastik, kabel dan lain – lain (Kompas, 2009).

Polyethylene atau polyethene merupakan polimer termoplastik yang banyak

digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Polyethylene tidak larut dalam pelarut

apapun pada suhu kamar. Polimer ini juga tahan terhadap asam dan basa tetapi tidak

(22)

2

Nama polyethylene berasal dari monomer penyusunnya yaitu etana (ethylene).

Polyethylene pertama kali disintesis secara tidak sengaja dari pemanasan

diazomethane oleh ahli kimia Jerman bernama Hans von Pechmann pada tahun 1898.

Secara industri, polyethylene pertama kali disintesis oleh E.W. Fawcett pada tahun

1936 di Laboratorium Imperial Chemical Industries, Ltd (ICI), Inggris dalam sebuah

percobaan tak terduga dimana ethylene yang merupakan bahan baku sisa reaksi

diteliti sampai tekanan 1.446,52 kg/cm2 _{dan temperatur 170}o_{C. Pada tahun 1940,}

polimer mulai diperkenalkan secara komersial, dan polimer ethylene yang pertama

kali diperdagangkan adalah polyethylene dengan densitas rendah (low density) dan

tekanan tinggi (high pressure). Setelah mengalami perkembangan, produksi low

density polyethtylene meluas dengan cepat. Pada tahun 1953, Ziegler berhasil

menemukan cara pembuatan polyethylene secara organometalic dan setahun

kemudian berhasil diproduksi. Polyethylene yang dihasilkan oleh Ziegler yaitu

polyethylene tanpa tekanan. Sampai sekarang, polyethylene merupakan jenis polimer

yang paling banyak diproduksi.

Kebutuhan Linear Low Density Polyethylene nasional dalam kurun waktu lima tahun terakhir cenderung meningkat seperti terlihat pada Tabel 1.1, tetapi produksi dalam negeri belum mampu memenuhi kebutuhan tersebut sehingga harus impor dari luar negeri. Untuk itu industri Linear Low Density Polyethylene mempunyai prospek yang cukup baik untuk dikembangkan di Indonesia. Disamping untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri yang tiap tahunnya

(23)

3

Berdasarkan pertimbangan – pertimbangan tersebut, maka pendirian pabrik Linear Low Density Polyethylene di Indonesia dapat dilaksanakan dengan alasan sebagai berikut:

1. Keberadaan industri Linear Low Density Polyethylene akan mengurangi kebutuhan impor yang setiap tahun cenderung meningkat sehingga dapat menghemat devisa negara dan mengurangi ketergantungan terhadap

negara lain.

2. Keberadaan Linear Low Density Polyethylene membuka peluang bagi pengembangan industri – industri dengan bahan baku Linear Low Density Polyethylene seperti : plastik film , pembungkus kabel , kursi, dll.

3. Pendirian pabrik Linear Low Density Polyethylene akan menciptakan lapangan kerja dalam rangka meningkatkan sumber daya manusia.

B. Kegunaan Produk

LLDPE diproduksi untuk berbagai macam barang, antara lain:

a. Film : plastik, plastik pembungkus baju, plastik karung

b. Kabel : pembungkus kabel tegangan rendah

(24)

4

C. Kapasitas Rancangan

Dalam pemilihan kapasitas perancangan pabrik Linear Low Density Polyethylene ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan antara lain:

1. Prediksi Kebutuhan Linear Low Density Polyethylene di Indonesia

Kenaikan kebutuhan Linear Low Density Polyethylene ini dapat dilihat dari peningkatan kebutuhan dalam negeri tiap tahunnya, seperti pada Tabel 1.1.

Tabel 1.1 Kebutuhan Linear Low Density Polyethylene di Indonesia

Sumber : Badan Pusat Statistik, 2012

Dari data di atas, maka terbuka peluang untuk dapat memenuhi kebutuhan Linear Low Density Polyethylene dalam negeri yang pada tahun – tahun mendatang yang akan mengalami kekurangan yang cukup banyak.

tahun

ke Kebutuhan (ton)

(25)

5

Gambar 1.1. Grafik Kebutuhan Linear Low Density Polyethylenedi Indonesia

Berdasarkan data tersebut, dapat diperkirakan kebutuhan Linear Low Density Polyethylene di Indonesia pada tahun 2018 dengan persamaan garis lurus: y = ax + b

Keterangan : y = kebutuhan low density polyurethane, ton/tahun x = tahun ke

b = intercept a = gradien

Diperoleh persamaan garis lurus: y = 44435x +16181 (ton/tahun)

Dari persamaan di atas diketahui bahwa kebutuhan Linear Low Density Polyethylene di Indonesia pada tahun 2018 adalah 549.401 ton/tahun.

y = 17233e0,174x

y = 44435x + 16181

-100.000 200.000 300.000 400.000 500.000 600.000

0 1 2 3 4 5 6 7

Series1

Expon. (Series1)

(26)

6

a) Ketersediaan Bahan Baku

Bahan baku yang digunakan adalah ethylene, diperoleh dari PT. Chandra Asri

Petrochemical Center, Cilegon. Sedangkan nitrogen, hidrogen dan comonomer

diperoleh dari PT. Bayer Material Science Indonesia, Cilegon, Banten dengan

kapasitas produksi 35.000 ton/tahun. Bahan pembantu berupa katalis Katalis

M-1 diperoleh dari Beyond Industries Co., Ltd, Cina dengan kapasitas

produksi 20.000 ton/tahun.

b) Kapasitas yang telah diproduksi

Pabrik Linear Low Density Polyethylene yang telah berdiri di Indonesia antara lain dapat dilihat pada Tabel 1.2.

Tabel 1.2. Pabrik Linear Low Density Polyethylenedi Indonesia

Nama Perusahaan Lokasi Kapasitas (ton/tahun) PT.Chandra Asri Petrochemical Center

(CAPC)

Cilegon 200.000

PT. TITAN Petrokimia Nusantara Cilegon 225.000

Sumber :www.foamextechnicalproduct.com

Berdasarkan pertimbangan - pertimbangan diatas, maka dalam prarancangan pabrik Linear Low Density Polyethylene ini dipilih kapasitas 150.000 ton/tahun dengan pertimbangan sebagai berikut:

(27)

7

pabrik yang sudah ada sedangkan sisanya 25% dipenuhi oleh pabrik ini

sehingga kebutuhan dalam negeri dapat terpenuhi.

b) Selain dapat memenuhi kebutuhan Linear Low Density Polyethylene dalam negeri, pabrik Linear Low Density Polyethylene ini juga diharapkan dapat membantu perekonomian Indonesia dengan mengekspor produk tersebut ke

luar negri, khususnya ke negara-negara besar ASEAN, seperti Malaysia, Thailand, Filipina, dan Singapura mengingat kabutuhan akan Linear Low Density Polyethylene di negara-negara tersebut cinderung meningkat setiap tahunnya. Kebutuhan Linear Low Density Polyethylene di empat negara besar di ASEAN dapat dilihat pada tabel 1.3.

Tabel 1.3. Kebutuhan Linear Low Density Polyethylene di empat negara besar di ASEAN

Negara Tahun Jumlah Kebutuhan Linear Low

Density Polyethylene (ton/tahun)

Malaysia 2012 336.992,388

Thailand 2012 201.339,650

Filipina 2012

Singapura 2011

80.436,156

714.781,248 Sumber : http://data.un.org/

c) Dari aspek bahan baku, kebutuhan bahan baku utama dapat tercukupi dari dalam negeri.

d) Dapat merangsang berdirinya industri furniture, otomotif dan industri lainnya yang menggunakan bahan baku Linear Low Density Polyethylene.

(28)

8

D. Lokasi Pabrik

Lokasi suatu pabrik memberikan pengaruh yang besar terhadap lancarnya kegiatan industri. Ada beberapa faktor yang harus dipertimbangkan untuk

menentukan lokasi pabrik yang akan dibangun agar secara teknis dan ekonomi menguntungkan. Pabrik Linear Low Density Polyethylene direncanakan akan didirikan di Lokasi pabrik direncanakan di Kawasan Industri Tanjung Bintang, Lampung Timur dengan pertimbangan sebagai berikut :

1. Bahan baku

Bahan baku utama berupa ethylene diperoleh dari PT. Chandra Asri

Petrochemical Center, Cilegon. Sedangkan bahan baku nitrogen, hidrogen, comonomer diperoleh dari PT. Bayer Material Science Indonesia, Cilegon, Banten.

2. Pemasaran

Lokasi pabrik mendekati pasar bertujuan agar produk cepat sampai ke

konsumen, menghindari kerusakan selama pengiriman dan agar dapat menekan biaya transportasi. Produk Linear Low Density Polyethylene diutamakan untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri. Dalam hal ini, Tanjung Bintang sangat mendukung mengingat letaknya sangat strategis yaitu dekat dengan konsumen terutama Sumatera dan pulau Jawa.

3. Transportasi

(29)

9

ekspor. Akan dibangunnya jalan Trans tol sumatra yang tersedia juga memberi

keuntungan tersendiri untuk memudahkan pengangkutan bahan baku dan produk.

4. Tenaga kerja

Daerah Kawasan industri Tanjung Bintang, merupakan kawasan industri dan lokasinya dekat dengan ibu kota negara sebagai pusat pendidikan sehingga mudah untuk memperoleh tenaga kerja ahli. Sedangkan tenaga kerja yang

berpendidikan menengah atau kejuruan dapat diambil dari daerah sekitar pabrik.

5. Utilitas

Fasilitas pendukung berupa air, listrik dan bahan bakar tersedia cukup

memadai karena merupakan kawasan industri. Kebutuhan tenaga listrik dipenuhi oleh PT. PLN yang lokasinya tidak jauh dari kawasan industri dan generator sebagai penunjang. Kebutuhan air dapat diperoleh dari sungai,

karena lokasi pabrik yang dekat dengan sungai.

6. Perijinan

Pemerintah menetapkan bahwa daerah Tanjung Bintang sebagai kawasan industri, sehingga segala macam perijinan menjadi lebih mudah dan fasilitas - fasilitas yang dibutuhkan sudah tersedia seperti kebutuhan listrik, air dan

(30)

BAB II

DESKRIPSI PROSES

A. Macam-macam Proses Pembuatan Polyethylene

Ada beberapa macam proses pembuatan produk polyethylene, diantaranya: 1. High Presure Process

Autoclave reaktor atau tubular reaktor (jacketted tube) yang mempunyai kondisi operasi yang berbeda seperti :

 Autoclave reaktor

 Tekanan operasinya antara 150-200 Mpa (typical)

 Waktu tinggal 30-60 detik (typical)

 Tubular Reaktor

 Tekanan operasi yang digunakan antara 200-250 Mpa (typical)

 Temperatur reaksinya tergantung dari jenis inisiator oksigen maka temperatur reaksinya 1900 °C dan jika menggunakan inisiator peroxycarbonate maka temperatur reaksinya menjadi 1400°C.

2. Suspension (Slurry) Process

Dalam proses ini polyethylene disuspensikan dalam diluent hidrocarbon untuk mempermudah proses. Ada 2 macam proses dalam suspension (slurry) proses,

(31)

11

 Autoclave Process

- Tekanan operasinya 0.5-1 Mpa (typical)

- Temperatur reaksinya antara 80-900°C (typical) - Diluent yang digunakan adalah hexane

- Katalis yang digunakan dicampur dengan alkyl alumunium

 Loop Reactor Process

- Tekanan operasinya 3-4 Mpa (typical) - Temperatur reaksinya 1000°C (typical)

- Diluent yang digunakan adalah isobutene

- Jika menggunakan Philip type maka katalisnya adalah campuran Ti dan Alkyl alumunium

3. Gas Phase Process

Union Carbide banyak menggunakan proses ini dengan menggunakan reaktor fluidized bed. Disebut gas phase process karena hampir semua bahan baku disuplai dalam bentuk gas.

- Tekanan operasi yang digunakan antara 0.7-2 Mpa (typical) - Temperatur reaksinya antara 80-100°C (typical)

(32)

12 Faktor Teknis Gas Phase (Unipol) Liquid Phase (Dupont)

Proses Tekanan Tinggi (ICI)

Tekanan Operasi

300 psig 15000 - 18000 psig 20.000 - 30.000 psig

Temperatur Operasi

(°C)

80-100 220-260 200-300

Jenis Reaktor

Fluidized Bed Stirred reactor

Autoclave reactor, Turbular reactor

Waktu Tinggal

1- 5 jam 2 - 5 menit 30 dtk - 2 mnt

Diluent - Cyclohexana Butene-1

C4/C2 (molar)

0.01-0.4 0.01-0.3 0.01-0.3

Tipe Polyethylene LLDPE, HDPE LDPE, HDPE, LLDPE LLDPE B. Pemilihan Proses

Tabel 2.1 Perbandingan Proses Pembuatan Linear Low Density Polyethylene

Dalam Pra-rancangan pembuatan Pabrik Linear Low Density Polyethylene (LLDPE) ini dipilih proses Gas Phase (Unipol). Pemilihan proses dilakukan denganmemperhatikan :

 Pengoperasiannya mudah karena proses yang sederhanan dengan unggun terfluidisasi menyebabkan proses lebih stabil dan fleksibel.

 Dengan menggunakan fase gas dan tidak adanya solvent, kemungkinan terjadinya aglomerasi lebih kecil

(33)

13

 Produk yang dihasilkan memiliki kemurnian yang tinggi

 Konversi reaksi yang diperoleh mencapai 98 % sehingga secara ekonomis proses ini layak dibuat dalam skala pabrik.

C. Uraian Proses

Proses pembuatan polietilen jenis homopolimer ini mendasarkan pada reaksi

polimerisasi pertumbuhan rantai atau yang dikenal dengan polimerisasi adisi. Reaksi tersebut terjadi menurut tiga tahapan reaksi sebagai berikut :

1. Inisiasi

Tahap ini dimulai dengan proses pengaktifan katalis oleh ko-katalis. Katalis

yang digunakan adalah TiCl4 dan ko-katalisnya adalah Al(C2H5)3. Setelah

katalis diaktifkan oleh ko-katalis, akan terbentuk rantai polietilen sebagai hasil

penyisipan monomer etilen di antara atom Ti dengan gugus metil.

2. Propagasi

Radikal etilen yang terbentuk akan menyerang monomer etilen lain secara

terus menerus sehingga membentuk rantai polimer yang panjang. Pada tahap ini tidak terjadi pengakhiran sampai tidak ada lagi gugus fungsi yang tersedia

untuk reaksi. Cara penghentian reaksi dengan menggunakan penghentian ujung.

3. Terminasi

(34)

14

polimer menjadi senyawa polimer dan senyawa hidrid. Senyawa hidrid akan

bergabung kembali dengan monomer etilen lainnya untuk membentuk rantai etilen yang baru.

Pada reaksi polimerisasi ini dibutuhkan partikel dan gas yang menyerupai suatu fluida, sehingga pengoprasiannya mudah dikontrol. Tidak ada hotspot seperti yang terjadi pada reaktor fixed bed. Fluida pendingin disirkulasikan melalui jacket

di sekeliling reaktor dengan coil pendingin atau dapat juga dengan aliran gas fluidisasi yang direcycle.

Reaksi polimerisasi etilen adalah reaksi polimerisasi koordinasi dan sangat sksotermis (melepas panas reaksi), sehingga selama pengoprasiannya perlu pengendalian yang lebih ketat terhadap panas reaksi yang timbul di dalam reaktor.

Hal ini dapat diatasi dengan membatasi reaksi sampai pada tingkat konversi per pass yang rendah, yaitu 2%. Pendinginan dilakukan dengan mendinginkan recycle

gas monomer yang tidak bereaksi.

Secara konvensional umumnya LLDPE dibuat melalui proses tekanan tinggi (1500-3000 atm). Namun dengan ditemukannya proses baru yang menggunakan

reaktor jenis fluidized bed, LLDPE dapat dibuat pada proses tekanan rendah, yaitu 7-20 atm dengan temperatur operasi sekitar 80-100 °C. Laju polimerisasi dapat

dipercepat dengan jalan menaikkan suhhu operasi, konsentrasi katalis dan tekanan operasinya. Tapi perlu diketahui bahwa derajat percabangan molekul dan berat molekul polietilen sangat tergantung pada kondisi tekanan dan temperatur operasi.

(35)

15

dengan densitas rendah (LLDPE). Sedangkan bila tekanan operasi diturunkan

akan menghasilkan polietilen dengan berat molekul yang lebih rendah. Hal tersebut terjadi pula bila temperatur operasi diturunkan akan menghasilkan polietilen dengan densitas yang terlalu rendah. Dan bila suhu operasi dinaikkan

terlalu tinggi, bisa mengakibatkan kenaikan berat molekul dan juga terjadinya reaksi balik (dekomposisi etilen) yang dapat menimbulkan ledakan. Sedangkan

bila konsentrasi katalis dinaikkan terus, pada batasan konsentrasi katalis tertentu dapat menimbulkan ledakan.

Reaksi dekomposisi

C2H4 2C + 2H2 ΔH = -11 kkal/mol

C2H4 C + CH4 ΔH = -30 kkal/mol

Sehingga dari keterangan di atas, reaksi dilakukan dalam reaktor fluidized bed yang dioperasikan secara adiabatis dengan suhu umpan 80°C dan tekanan 20 atm.

Perbandingan mol reaktan hidrogen : etilen = 1 : 8940 dengan menggunakan campuran TiCl4 dan MgCl2 sebagai katalis dengan produktifitasnya 16 kg

polietilen/gr katalis.

Ko-katalis yang dipergunakan adalah Tri Etil Aluminium (TEAL) dengan perbandingan 45 mol TEAL/mol Ti serta mempunyai panas reaksi (ΔH) sebesar -10 s.d -11 Btu/kg polietilen. Suhu 80°C dan tekanan 20 atm tersebut dipilih dengan mendasarkan pertimbangkan bahwa pada kondisi tersebut reaktan berada dalam fasa gas dan pada tekanan operasi yang tinggi (20 atm) diharapkan dapat

(36)

16

sedangkan suhu operasi ditetapkan pada suhu 80°C karena reaktor dioperasikan

secara adiabatis sehingga suhu masuk dan keluar tidak sama. Dengan suhu masuk 80°C, suhu keluar akan mencapai sekitar 100°C. Hal ini dimaksudkan agar suhu keluar dari reaktor tidak melebihi range suhu reaksi. Alasan lain untuk pemilihan

suhu 80°C adalah dimaksudkan supaya dapat mencapai harga konstanta kecepatan reaksi yang cukup besar, sehingga laju reaksi juga makin besar. Untuk menjaga

suhu reaktor, gas sisa reaktan yang tidak bereaksi direcycle dan didinginkan dengan menggunakan eksternal cooler.

Perbandingan mol yang digunakan berpengaruh dalam produk yang diinginkan, mengingat produk yang diinginkan adalah polietilen jenis yarn grade dengan melt flow 2,5 gr/ 10 menit maka diambil perbandingan mol H2 : C2H4 = 1 : 8940

karena pada perbandingan ini akan dihasilkan polietilen jenis yarn grade. Sedangkan pada perbandingan yang lain akan dihasilkan polietilen dengan melt

flow yang bervariasi sesuai dengan panjang rantai polimer polietilen.

Tinjauan Termodinamika dan Kinetika

1. Tinjauan Termodinamika

Reaksi polimerisasi etilen adalah reaksi polimerisasi koordinasi dan sangat

eksotermis (melepas panas reaksi) dengan ΔH reaksi = -93,6 kj/mol

(Ullman,Encyclopedia of Chemical Technology vol A.21 hal 496).

Karena reaksi berlangsung eksotermis dan reaktor adiabatis nonisotermal, maka

(37)

17

Secara umum untuk mengetahui apakah suatu reaksi reversibel atau irreversibel

dapat dihitung dari ΔG reaksi tersebut. Dengan persamaan ΔG = -RT ln K, dimana harga K bisa dihitung. Tetapi untuk reaksi polimerisasi etilen diketahui

bahwa reaksi yang terjadi adalah reaksi antar muka antara gas dan padatan, dimana gas harus mendifusi dan diadsorpsi dulu pada permukaan padatan supaya

bisa terjadi reaksi. Diketahui pula bahwa reaksi yang termasuk reaksi antar muka adalah reaksi yang irreversibel.

Selain itu sifat reaksi polimerisasi etilen menjadi polietilen, juga dapat dijelaskan sebagai berikut :

1. Reaksi ini menggunakan adisi koordinasi yang cenderung menangkap etilen, memecahkan ikatannya dan menggabungkannya dengan

molekul polimer yang sudah terbentuk. Dengan kata lain reaksi polimerisasi ini cinderung reaktif, sehingga reaksi balik dapat dikatakan tidak ada.

2. Konversi yang besar dengan waktu tinggal yang pendek menunjukkan bahwa reaksi polimerisasi etilen menjadi polietilen berjalan searah.

Seperti diketahui bahwa konversi overall yang dapat dicapai pada polimerisasi etilen menjadi polietilen sampai di atas 95%. Dan dari mekanisme reaksi diketahui bahwa reaksi polimerisasi etilen

(38)

18

Jadi dapat disimpulkan bahwa reaksi polimerisasi etilen ini adalah reaksi

irreversibel dan tidak perlu dihitung ΔG reaksi tersebut.

2. Tinjauan Kinetika

Reaksi polimerisasi etilen terjadi melalui mekanisme adisi koordinasi karena menggunakan katalis logam transisi yaitu TiCl4 dan ko-katalis Al2(C2H5)3. Misal

logam transisi = □ , alkil logam = AR dan monomer = M

Adsorpsi untuk mebentuk situs aktif

k1

□ + AR □-AR k2

□ + M M-□

Inisiasi ki

M-□-AR □-A-M-R

Propagasi

kp

M-□-A-Mx-R □-A-Mx+1-R

Tranfer antar monomer ktr

(39)

19

Dengan Mx adalah polimer

Terminasi

kt

M-□-A-Mx-R □-A-M- + MxR

Persamaan adsorpsi

θA =

θM =

Reaksi overall :

- = (kp+ktr)θM [C*]

Dengan C* adalah konsentrasi dari rantai yang sedang tumbuh. Asumsi bahwa [C*] mencapai kondisi stady state, maka kecepatan reaksi inisiasi dan terminasi

dianggap sama :

kiθAθM = kt[C*]θM

dengan eliminasi [C*] didapatkan:

- =

Karena tahap propagasi yang paling menentukan dalam kecepatan reaksi maka persamaan di atas disederhanakan menjadi :

(40)

-20

Bila ditinjau melalui persamaan kecepatan reaksi di atas maka kecepatan reaksi

polimerisasi adisi koordinasi bisa dipicu laju reaksinya dengan penambahan konsentrasi ko-katalis maupun penambahan pada konsentrasi monomernya.

Dari persamaan Arhenius : k = A .

Dengan k = konstanta kecepatan reaksi A = faktor tumbukan

Ea = energi tumbukan R = konstanta gas

T = suhu

Diketahui bahwa apabila suhu reaksi dinaikkan maka harga konstanta kecepatan reaksi akan semakin besar, hal ini akan mengakibatkan reaksi berjalan semakin

cepat.

Langkah Proses

Proses pembuatan polietilen dapat dibagi menjadi tiga tahap, yaitu :

1. Langkah penyiapan bahan baku

Langkah penyiapan bahan baku dimaksudkan untuk :

a. Memanaskan etilen dan hidrogen dari suhu 30°C menjadi 80°C agar sesuai dengan suhu reaktor sebelum dimasukkan ke dalam reaktor dengan menggunakan HE

b. Menaikkan tekanan gas etilen dari tekanan 16 atm menjadi 21 atm dan gas hidrogen dari tekanan 1 atm menjadi 21 atm agar sesuai

(41)

21

Umpan etilen dengan kondisi uap yang dialirkan dari PT Chandra Asri dan

sebagian disimpan dalam tangki stabilizer T-01 pada suhu 30°C dan tekanan 16 atm dicampur dengan aliran recycle dari cyclone dimasukkan ke dalam HE untuk dipanaskan sampai suhunya 80°C, kemudian dikompresi sampai mencapai 21

atm. Kemudian etilen dimasukkan dalam valve pengatur tekanan untuk dicampur dengan aliran etilen recycle dari reaktor yang telah didinginkan dan suhunya

80°C. Lalu etilen dicampur dengan butene cair yang dipompakan dari tangki T-03 dengan menggunakan nozzle sehingga butene cair yang disemprotkan langsung

menguap. Campuran tersebut lalu digabungkan dengan naliran hidrogen dari tangki T-02 yang telah dikompresi sampai 21 atm. Demikian halnya dengan TEAL cair dipompakan dari T-04 kemudian dicampur dalam pipa yang

menggunakan nozzle pada aliran campuran gas etilen, hidrogen dan butene sehingga TEAL cair langsung menguap.

2. Langkah Pembentukan Produk

Langkah pembentukan produk dimaksudkan untuk mereaksikan bahan

baku etilen, hidrogen, butene dengan menggunakan katalis TiCl4 dan

ko-katalis TEAL.

Reaktor beroprasi pada range suhu 80 - 100°C dan tekanan 20 – 21 atm dalam fasa gas padat dengan menggunakan reaktor fluidized bed. Campuran gas reaktan

dan ko-katalis dialirkan melewati bagian bawah reaktor dan dibiarkan berputar melewati bagian atas reaktor dan direcycle kembali ke bagian bawah reaktor. Hal

(42)

22

komposisi reaktan dan ko-katalis yang diinginkan) dan mencapai kondisi operasi

yang diinginkan. Bila konsentrasi dan kondisi operasi telah mencapai yang diinginkan maka katalis TiCl4 baru mulai diinjeksikan dari bagian tengah reaktor

dengan menggunakan screw conveyor sehingga reaksi dapat terjadi.

Karena reaksi bersifat eksotermis maka untuk menjaga suhu reaktor, gas yang

keluar pada suhu 100°C dari bagian atas reaktor direcycle untuk didinginkan dengan external cooler (HE-02) sampai suhu 80°C dan secara kontinyu dicampur

dengan aliran fresh feed menggunakan valve pengatur tekanan untuk dimasukkan ke dalam reaktor.

3. Langkah Pemisahan dan Pemurnian Produk

Langkah pemisahan dan pemurnian produk dimaksudkan untuk :

a. Menurunkan tekanan produk reaktor dengan menggunakan product blow tank

b. Memisahkan produk reaktor (resin padat) dari gas sisa reaktan

c. Mengambil kembali etilen yang terbawa dalam campuran gas produk dengan menggunakan unit pemisahan etilen

d. Mendeaktivasi katalis yang terikut produk dengan menggunakan product purge bin

e. Membentuk produk yang berwujud bubuk resin padat menjadi

(43)

23

Produk yang berupa resin secara berkala diambil dari reaktor untuk dimasukkan

ke dalam dua buah product blow tank (PBT) yang dioperasikan secara paralel dan saling berhubungan yang berfungsi sebagai penampung sementara sehingga tekanan turun dari 20 atm menjadi 10 atm. Penurunan tekanan tersebut disebabkan

karena aliran produk reaktor yang berupa campuran gas padat, ketika dialirkan ke PBT-01 maka pipa yang menghubungkan PBT-01 dan PBT-02 mengalirkan gas

aliran produk tersebut menuju PBT-02 sehinga tekanan aliran umpan turun menjadi 10 atm. Begitu pula halnya ketika aliran produk reaktor dialirkan ke

PBT-02. Prouk dari product blow tank selanjutnya dipindahkan ke cyclone (CY-01) yang berfungsi untuk memisahkan gas dan resin.

Gas hasil pemisahan cyclone yang berada pada bagian atas yang terdiri dari etilen pada 5 atm dialirkan kembali ke pipa aliran fresh feed etilen dengan terlebih

dahulu menaikkan tekanannya menjadi 16 atm dengan menggunakan kompresor.

Sedangkan resin berupa padatan hasil pemisahan cyclone (CY-01) dialirkan ke

dalam product purge bin (PPB) dengan gaya gravitasi. Dalam product purge bin, resin dikontakkan langsung dengan steam pada suhu 150°C dan tekanan 2 atm

sehingga katalis yang terikut di dalam product akan terdeaktivasi. Gas yang terjadi di dalam product purge bin ditarik dengan jet ejector (JE-01) untuk mencegah pengembunan steam dan membuang sisa katalis. Campuran tersebut kemudian

(44)

24

Resin dari product purge bin di alirkan ke dalam ekstruder (EX-01) untuk

dilelehkan pada suhu 165°C dengan menggunakan steam dan selanjutnya lelehan resin dari ekstruder dialirkan ke pelleter (PE-01). Di pelleter lelehan tersebut dibentuk menjadi seperti benang-benang tebal yang selanjutnya dipotong-potong

oleh pisau pemotong dan didinginkan secara mendadak dengan cara dikontakkan secara langsung dengan air sehingga resin berbentuk pellet. Pellet ini kemudian

dipisahkan dari air di Screener (SC-01) dan ditampung di Hopper (H-01). Dari Hopper pellet dialirkan ke Flash Drier (FD-01) dengan menggunakan udara kering

yang sekaligus berfungsi sebagai alat transportasi. Keluaran dari FD dimasukkan ke dalam cyclone untuk memisahkan gas (udara kering dan air). Padatan yang keluar dari cyclone ditampung dalam Silo (S-01 dan S-02). Dari Silo, produk

(45)

BAB III

SPESIFIKASI BAHAN BAKU DAN PRODUK

A. Bahan Baku Utama

Bahan baku yang digunakan pada LLDPE Plant terdiri dari bahan baku utama dan

bahan baku penunjang. Bahan baku utama yang digunakan yaitu ethylene dan bahan baku penunjang teridiri dari nitrogen, hydrogen dan comonomer. LLDPE

plant menggunakan bahan baku utama yaitu ethylene. Ethylene ini diperoleh dari hasil produksi ethylene plant.

Sifat Fisik ethylene (CH2=CH2)

Berat molekul : 28,05 gr/mol

Flash Point : -135 oC

Fase : gas

Titik didih : -103,9 oC

Titik leleh : 169 oC Temperatur kritis : 9,5oC

Tekanan kritis : 50,4 bar Volume kritis : 131 cm3/mol

(46)

26

B. Bahan Baku Penunjang 1. Comonomer

Comonomer yang digunakan pada LLDPE plant yaitu 1- butene. Sifat Fisik 1- butane (CH2=CHCH2CH3)

Berat molekul : 56,10 g/mol

Fase : cair

Titik didih : -5 oC Titik leleh : -130 oC

Density : 0,6 gr/cc (30 oC)

Temperatur kritis : 146,85oC Tekanan kritis : 39,7 atm

Volume kritis : 293,3 cm3/mol

Larut dalam pelarut organik tetapi tidak larut dengan air.

2. Hidrogen

Sifat fisik hidrogen (H2) yaitu :

Berat molekul : 2,016 gr/mol

Fase : gas

Titik didih : -252,7 oC

Titik leleh : -259,1 oC Flash Point : -28 oC

(47)

27

Tekanan kritis : 12,8 atm

Density : 0,071 gr/ml (30 oC) Viskositas gas : 0,009

3. Katalis TiCl4-MgCl2

Wujud : slurry

Kenampakan : bening

Bau : tidak berbau

Komposisi : TiCl4 97% berat

MgCl2 3% berat

4. Ko-katalis Tri Etil Alumunium (TEAL) Sifat fisik TEAL (C2H5)3 AL yaitu :

Wujud : cair

Kenampakan : bening

Bau : tidak berbau

Komposisi : TEAL minimum 92 % berat

Tri-n-propil alumunium maksimal 3% berat

(48)

28

C. Produk

Sifat fisik dari polyethylene–(CH2-CH2-)n, yaitu :

Berat molekul : 10.000 – 100.000 g/mol Specific gravity : 0,91-0,94

Fase : padat

Titik leleh : 109 oC