PRARANCANGAN PABRIK VINYL CHLORIDE MONOMER DENGAN PROSES PIROLISIS ETHYLENE DICHLORIDE KAPASITAS 100.000 TON/TAHUN (PERANCANGAN MENARA DISTILASI 301)

(1)

ABSTRAK

PRARANCANGAN PABRIK VINYL CHLORIDE MONOMER DENGAN PROSES PIROLISIS ETHYLENE DICHLORIDE

KAPASITAS 100.000 TON/TAHUN (Perancangan Menara Distilasi (MD-301))

Oleh

AZLIA METTA YUNILASARI

Pabrik Vinyl Chloride Monomer berbahan baku Ethylene Dichloride, akan

didirikan di Bojonegoro, Banten. Pabrik ini berdiri dengan mempertimbangkan ketersediaan bahan baku, sarana transportasi yang memadai, tenaga kerja yang mudah didapatkan dan kondisi lingkungan.

Pabrik direncanakan memproduksi Vinyl Chloride Monomer sebanyak 100.000

ton/tahun, dengan waktu operasi 24 jam/hari, 330 hari/tahun. Bahan baku yang digunakan adalah Ethylene Dichloride sebanyak 12.626,3 kg/jam.

Jumlah karyawan sebanyak 143 orang dengan bentuk perusahaan adalah Perseroan Terbatas (PT) menggunakan struktur organisasi line dan staff.

Dari analisis ekonomi diperoleh:

Fixed Capital Investment (FCI) = Rp 378.833.626.208,-

Working Capital Investment (WCI) = Rp 66.740.262.066,-

Total Capital Investment (TCI) = Rp 444.935.080.443,-

Break Even Point (BEP) = 39,94%

Shut Down Point (SDP) = 30,70%

Pay Out Time after Taxes (POT)a = 1,9 tahun

Return on Investment after Taxes (ROI)a = 61,06 %

Internal Rate Return (IRR) = 37%

Annual Net Profit (Pa) = Rp 217.330.118.516/tahun

Mempertimbangkan paparan di atas, sudah selayaknya pendirian pabrik Vinyl Chloride Monomer ini dikaji lebih lanjut, karena merupakan pabrik yang

(2)

ABSTRACT

PRADESIGN OF VINYL CHLORIDE MONOMER PLANT BY PYROLISIS PROCESS OF ETHYLENE DICHLORIDE

CAPACITY 100.000 TONS/YEAR (Design Distillation Coloumn (MD-301))

By

AZLIA METTA YUNILASARI

Vinyl Chloride Monomer plant with raw material Ethylene Dichloride will established in Bojonegoro, Banten. This plant will established by considering the availability of raw materials, transportation facilities, readily available labor and environmental conditions.

Plant's production capacity is planned 100.000 tons/year, with operating time of 24 hour/day and 330 working days in a year. The raw materials used Ethylene Dichloride 12.626,3 kg/hr.

This plant need 143 labor with a company form is Perseroan Terbatas (PT) which is headed by a Director who assisted by the Director of Production and Director of Finance with line and staff organizational structure. From the economic analysis is obtained:

Fixed Capital Investment (FCI) = Rp 378.833.626.208,-

Working Capital Investment (WCI) = Rp 66.740.262.066,-

Total Capital Investment (TCI) = Rp 444.935.080.443,-

Break Even Point (BEP) = 39,94%

Shut Down Point (SDP) = 30,70%

Pay Out Time after Taxes (POT)a = 1,9 year

Return on Investment after Taxes (ROI)a = 61,06 %

Internal Rate Return (IRR) = 37%

Annual Net Profit (Pa) = Rp 217.330.118.516/ year

(3)

KAPASITAS 100.000 TON/TAHUN

(Perancangan Menara Distilasi (MD-301))

Oleh

AZLIA METTA YUNILASARI

0815041027

(Skripsi)

Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar

Sarjana Teknik

Pada

Jurusan Teknik Kimia

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

(4)

(5)

(6)

(7)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bandar Lampung pada tanggal 7 Desember 1990, sebagai anak kedua dari tiga bersaudara, dari pasangan Bapak (Alm) Slamet Yasri, S.E. dan Ibu Sri Wahyuni.

Lulus dari Sekolah Dasar (SD) di SDIT Thariq Bin Ziyad pada tahun 2002, Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama (SMP) di SMPIT Thariq Bin Ziyad pada tahun 2005 dan Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMAI Nurul Fikri Boarding School pada tahun 2008.

Tahun 2008, penulis terdaftar sebagai Mahasiswa Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur SNMPTN. Aktif di organisasi HIMATEMIA-FT Unila sebagai Sekretaris Divisi Kerohanian Islam (periode 2010-2011), Sekretaris Departemen Kaderisasi FOSSI FT (periode 2009-2010), Sekretaris Kajian Syiar (Periode 2010-2011) .

Pada tahun 2012, penulis melakukan Kerja Praktek di PT PINDO DELI PULP AND PAPER MILLS, Karawang, Jawa Barat di Unit Soda Caustic. Pada tahun 2012-2013

(8)

(9)

Sebuah Karya kecilku....

Dengan segenap hati kupersembahkan tugas akhir ini kepada:

Allah SWT

Atas kehendak-Nya semua ini ada

Atas Kasih Sayang-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 pernah berakhir.

Guru-guruku sebagai tanda hormatku,

terima kasih atas ilmu yang telah diberikan.

(10)

(11)

SANWACANA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, atas karunia dan rahmatNya, sehingga tugas akhir ini dengan judul “Prarancangan Pabrik Vinyl Chloride Monomer Dengan Proses Pirolisis Ethylene Dichloride Kapasitas

100.000 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. Ibuku yang telah memberikan cinta kasih, semangat, doa, dan bantuan materil kepada penulis.

2. Bapak Ir. Azhar, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Universitas Lampung.

3. Ibu Sri Ismiyati D, S.T.,M.Eng., selaku dosen pembimbing I, yang telah memberikan pengarahan, masukan, bimbingan, kritik dan saran selama penyelesaian tugas akhir.

(12)

5. Bapak Edwin Azwar,S.T.,PGD.,M.T.A.Ph.D dan Ir. Azhar, M.T, selaku Dosen Penguji yang telah memberikan saran dan kritik, juga selaku dosen atas semua ilmu yang telah penulis dapatkan. Serta seluruh Dosen Teknik Kimia Universitas Lampung, atas semua ilmu dan bekal masa depan yang akan selalu bermanfaat.

6. Keluargaku tercinta atas pengorbanan, doa, cinta dan kasih sayang yang selalu mengiringi disetiap langkahku. Kakakku Vidya Thika dan Yahya Wisudo serta adikku Bagus Rakhmanu atas doa dan semangatnya.

7. Wirna Yunita S, selaku rekan seperjuangan dalam suka dan duka yang telah membantu penulis dalam penyelesaian laporan tugas akhir.

8. Seluruh saudara/i di Teknik Kimia Unila dan angkatan 2008, Monika, Annisa, Ayu, Lisa, Eva, Adel, Rizka, Iffah, Mela, Eca, Fuzie Yuli, beserta teman-teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Terimakasih atas bantuan semangatnya selama penulis menyelesaikan tugas akhir ini.

9. Adik – Adik di FOSSI FT, Terimakasih atas doa dan dukungannya. 10. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan tugas akhir ini.

Penulis berharap agar skripsi ini dapat diterima dan bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.

Bandar Lampung, 16 Desember 2014 Penulis,

(13)

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

ABSTRAK ... ii

LEMBAR PENGESAHAN ... iv

PERNYATAAN ... v

RIWAYAT HIDUP ... vi

SANWACANA ... v

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xv

I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang ... 1

B. Kegunaan Produk ... 3

C. Ketersediaan Bahan Baku... 4

D. Analisis Pasar ... 5

E. Kapasitas Produksi Pabrik ... 9

F. Penentuan Lokasi Pabrik... 10

II. DESKRIPSI PROSES A. Jenis-Jenis Proses ... 14

B. Pemilihan Proses ... 18

C. Uraian Proses ... 31

III. SPESIFIKASI BAHAN DAN PRODUK A. Bahan Baku ... 38

B. Produk ... 39

IV. NERACA MASSA DAN ENERGI A. Neraca Massa ... 41

(14)

ix

V. SPESIFIKASI PERALATAN

A. Peralatan Proses ... 50

B. Peralatan Utilitas ... 71

VI. UTILITAS DAN PENGOLAHAN LIMBAH A. Unit Pendukung Proses ... 101

1. Unit Penyediaan Air ... 101

2. Unit Penyedia Steam ... 114

3. Unit Pembangkit Tenaga Listrik. ... 115

4. Unit Penyediaan Bahan Bakar ... 115

5 Unit Penyedia Udara Tekan. ... 116

B. Pengolahan Limbah ... 116

C. Laboratorium ... 117

D. Instumentasi Dan Pengendalian Proses ... 121

VII. TATA LETAK DAN LOKASI PABRIK A. Lokasi Pabrik ... 124

B. Tata Letak Pabrik ... 128

C. Tata Letak Peralatan Proses... 133

VIII. SISTEM MANAJEMEN DAN ORGANISASI PERUSAHAAN A. Bentuk Perusahaan ... 136

B. Struktur Organiasi Perusahaan ... 138

C. Tugas dan Wewenang... 142

D. Status Karyawan dan Sistem Penggajian ... 150

E. Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 151

F. Jumlah Tenaga Kerja ... 154

G. Kesejahteraan Karyawan ... 157

IX. INVESTASI DAN EVALUASI EKONOMI A. Investasi ... 163

B. Evaluasi Ekonomi ... 166

C. Angsuran Pinjaman ... 168

D. Discounted Cash Flow ... 169

X. SIMPULAN DAN SARAN A. Simpulan ... 170

(15)

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT LAMPIRAN D PERHITUNGAN UTILITAS

(16)

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

1.1. Data Impor VCM di Indonsia ... 5

1.2. Data Konsumsi VCM pada beberapa Industri di Indonesia ... 7

2.1. Harga Bahan Baku dan Produk ... 18

2.2. Data Energi Pembentukan Standar ... 24

2.3. Data Energi Gibbs ... 29

2.2. Perbandingan Proses ... 30

4.1. Neraca Massa Tangki Penyimpanan EDC(TP-101) ... 42

4.2. Neraca Massa Mixed Point (MP-101) ... 42

4.3. Neraca Massa Vaporizer (VP-101) ... 42

4.4. Neraca Massa Reaktor Furnace (RE-201) ... 43

4.5. Neraca Massa Menara Destilasi(MD-301)... 43

4.6. Neraca Massa Menara Destilasi(MD-302)... 44

4.7. Neraca Massa Absorber (AB-301) ... 44

4.8. Neraca Energi Mixed Point (MP-101) ... 45

4.9. Neraca Energi Vaporizer (VP-101) ... 45

4.10. Neraca Energi Reaktor Furnace (RE-201) ... 46

4.11. Neraca Energi Expander (EX-201) ... 46

4.12. Neraca Energi Cooler (CO-201) ... 46

4.14. Neraca Energi Condensor (CO-201) ... 47

4.15. Neraca Energi Menara Destilasi(MD-301) ... 47

4.17. Neraca Energi Menara Destilasi(MD-302) ... 48

(17)

4.19. Neraca Energi Expander (EX-302) ... 49

4.20. Neraca Energi Heater (HE-301) ... 49

4.21. Neraca Energi Absorber (AB-301) ... 49

4.22. Neraca Energi Condensor (CD-303) ... 49

5.1. Spesifikasi Tangki Penyimpanan EDC (TP-101) ... 50

5.2. Spesifikasi Tangki Penyimpanan VCM (TP-401) ... 51

5.3. Spesifikasi Tangki Penyimpanan HCl (TP-402) ... 51

5.4. Spesifikasi Vaporizer (VP-101) ... 52

5.5. Spesifikasi Reaktor Furnace (RE-201) ... 52

5.6. Spesifikasi Expander (EX-201)... 53

5.7. Spesifikasi Cooler (CO-201) ... 54

5.8. Spesifikasi Cooler (CO-202)... 55

5.9. Spesifikasi Condensor (CD-202) ... 55

5.10. Spesifikasi Accumulator (AC-201) ... 56

5.11. Spesifikasi Menara Destilasi (MD-301) ... 56

5.12.Spesifikasi Condensor Partial (CD-301) ... 57

5.13. Spesifikasi Separator Drum (SD-301) ... 58

5.14. Spesifikasi Reboiler (RE-301) ... 58

5.15. Spesifikasi Expansion Valve (EV-301) ... 59

5.16. Spesifikasi Cooler (CO-301) ... 59

5.17. Spesifikasi Menara Destilasi (MD-302)... 60

5.19. Spesifikasi Accumulator (AC-302) ... 61

5.20. Spesifikasi Reboiler (RB-302) ... 61

5.21. Spesifikasi Cooler (CO-302)... 62

5.22. Spesifikasi Expander (EX-302)... 63

5.23. Spesifikasi Heater (HE-301) ... 63

5.24. Spesifikasi Absorber (AB-301) ... 64

5.27. Spesifikasi Pompa Proses (PP-101) ... 65

(18)

xiii

5.34. Spesifikasi Membran Reserve Osmosis (MRO-01) ... 71

5.35. Spesifikasi Hot Basin (HB-01)... 71

5.36. Spesifikasi Cooling Tower (CT-01) ... 71

5.37. Spesifikasi Cold Basin (CB-01) ... 72

5.38. Spesifikasi Cation Exchanger (CE-01) ... 72

5.39. Spesifikasi Anion Exchanger (AE-01) ... 73

5.40. Spesifikasi Daerator (DA-01) ... 73

5.41. Spesifikasi Tangki Penyimpanan Air Filter(TU-01) ... 74

5.42. Spesifikasi Tangki Penyimpanan Air Domestik(TU-02) ... 75

5.43. Spesifikasi Tangki Air Kondensat(TU-03) ... 75

5.44. Spesifikasi Tangki Air Demin(TU-04) ... 76

5.45. Spesifikasi Tangki Penyimpanan Klorin(TI-01) ... 77

5.46. Spesifikasi Tangki Dispersant (TI-02)... 77

5.47. Spesifikasi Inhibitor (TI-03) ... 78

5.48. Spesifikasi Tangki Penyimpanan Asam Sulfat(TI-04) ... 79

5.49. Spesifikasi Tangki Penyimpanan Soda Kaustik(TI-05) ... 79

5.50. Spesifikasi Tangki Hidrazin(TI-06) ... 80

5.51. Spesifikasi Pompa Utilitas (PU-01) ... 81

(19)

5.65. Spesifikasi Pompa Injeksi (PI-01) ... 92

5.71. Spesifikasi Boiler (BO-01) ... 98

5.72. Spesifikasi Compressor (CP-01) ... 98

5.73. SpesifikasiTangki Penyimpanan Brine (TP-01) ... 98

5.74. Spesifikasi Compressor (CP-02) ... 99

5.75.Spesifikasi Condensor (CD-01) ... 99

5.76.SpesifikasiTangki Penyimpanan BBM (TB-01) ... 100

6.1. Air untuk Keperluan Umum ... 102

6.2. Peralatan yang Membutuhkan Air Pendingin ... 104

6.3. Peralatan yang Membutuhkan Steam ... 108

6.4. Kebutuhan Air Pabrik ... 110

6.5. Tingkatan Kebutuhan Informasi dan Sistem Pengendalian ... 122

6.6. Pengendalian Variabel Utama Proses ... 123

7.1. Pemilihan Lokasi Pabrik ... 124

8.1. Jadwal Kerja Masing-Masing Regu ... 153

8.2. Jumlah Operator Berdasarkan Jenis Alat ... 155

8.3. Penggolongan Jumlah Tenaga Kerja ... 156

9.1. Fixed Capital Investment ... 164

9.2. Manufacturing Cost ... 165

9.3. General Expenses ... 166

(20)

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

1.1.Kebutuhan ImporVCM ... 6

1.2. Konsumsi VCM ... 8

7.1. Peta Lokasi Pabrik... 125

7.2. Tata Letak Pabrik ... 132

7.3. Tata Letak Alat Proses ... 135

8.1. Struktur Organisasi Perusahaan ... 141

9.1. Analisa Ekonomi ... 168

(21)

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Dalam upaya bersama untuk meningkatkan kinerja perekonomian nasional, sektor industri kimia tetap menjadi salah satu tumpuan dan harapan. Peluang yang cukup baik dalam sektor industri kimia dimasa-masa yang akan datang diharapkan mampu berperan dalam meningkatkan pendapatan negara. Kondisi tersebut sangat ditunjang dengan kebijakan pemerintah Indonesia dalam bidang industri kimia yang mendukung berkembangnya industri-industri kimia. Selain itu, peningkatan kegiatan penelitian dan pengembangan di bidang teknologi industri merupakan salah satu faktor penunjang dalam mempercepat pertumbuhan industri-industri di Indonesia.

Vinyl Chloride Monomer (C2H3CI) merupakan salah satu komoditi internasional yang cukup penting. VCM pertama kali didapatkan dari reaksi antara dichloroethane dengan kalium hidroksida didalam tabung reaksi

(22)

2 antara hidrogen klorid dengan asetilen. Setelah etilen tersedia cukup banyak, maka pada awal tahun 1950 dikembangkan proses komersial dalam memproduksi VCM dari etilen dan gas klor, yaitu dengan proses chlorinasi ethylene menjadi Ethylene Dichloride (EDC) dan cracking EDC menjadi

VCM.

Produksi Vinyl Chloride Monomer (VCM) berkaitan erat dengan kebutuhan Polyvinyl Chloride (PVC). Kebutuhan VCM di Indonesia akan terus

mengalami peningkatan. Hal itu terjadi karena konsumsi VCM akan tetap tergantung pada kinerja bisnis PVC, yang diperkirakan akan meningkat secara global pada tingkat tahunan rata-rata 5,4 % pada tahun 2008-2013. (Datacon, 2013). Lebih dari 99 % dari produksi VCM diolah lebih lanjut menjadi PVC, salah satu bahan baku plastik yang paling sering dijumpai di dunia.

Hingga kini di Indonesia sendiri tercatat baru ada dua produsen VCM, yaitu PT. Asahimas Chemical dengan kapasitas produksi VCM 400.000 ton/tahun dan PT. Sulfindo Adi Usaha dengan kapasitas produksi VCM 100.000 ton/tahun.

(23)

devisa negara. Di samping itu, pendirian pabrik ini juga akan membuka lapangan kerja baru dan akan memacu tumbuhnya pabrik baru yang menggunakan bahan baku VCM. Pabrik VCM yang akan didirikan bertujuan untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri dan luar negeri. Adanya peningkatan kebutuhan dan berkembangnya industri hilir di Indonesia serta iklim investasi yang semakin membaik, maka dirasa penting untuk mendirikan pabrik baru yang memproduksi VCM di Indonesia.

B. Kegunaan Produk

VCM merupakan produk yang memiliki kegunaan di berbagai bidang. Adapun berbagai kegunaan VCM yang dihasilkan antara lain :

a) Bahan baku pembuatan PVC

VCM dalam perkembangannya tidak diproduksi sabagai produk akhir, namun sangat penting digunakan sebagai resin plastik, dan dalam volume besar dipakai untuk bahan baku industri plastik. Produk VCM meningkat seiring meningkatnya kebutuhan akan PVC. PVC resin banyak digunakan sebagai bahan yang merupakan bahan dasar pembuat alat-alat yang digunakan dalam bidang konstruksi seperti :

(24)

4 d. Tank lining (pelapis tangki)

e. Piringan hitam f. Pipa dan lain – lain

b) Untuk membuat plastik yang digunakan sebagai pembungkus maupun kantung selain itu dapat juga dibuat menjadi botol sebagai media penyimpan.

C. Ketersediaan Bahan Baku

Bahan baku yang dipakai dalam proses pembuatan VCM adalah Ethylene Dichloride. Dimana Ethylene Dichloride sebagai bahan baku proses

(25)

Analisis pasar merupakan langkah untuk mengetahui seberapa besar minat pasar terhadap suatu produk. Adapun analisis pasar meliputi data impor, data konsumsi, dan data produksi.

1. Data Impor

Berikut ini data impor VCM di Indonesia dari tahun 2009-2012

Tabel 1.1. Data Impor VCM di Indonesia Tahun Data Impor (ton/tahun)

2009 109.920,587 2010 106.646,529 2011 135.372,524 2012 128.312,688 (Sumber : Data.un, 2013)

(26)

6

y = 8390,2x + 99088

0 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 140.000 160.000

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Ju

m

lah

VC

M

Im

p

or

(t

on

)

Tahun

Data Impor VCM

Linear (Data Impor VCM)

Gambar 1.1. Kebutuhan Impor VCM

(27)

2. Data Konsumsi

Produksi Vinyl Chloride Monomer (VCM) berkaitan erat dengan kebutuhan Polyvinyl Chloride (PVC). Penggunaan VCM sebagai bahan baku PVC

mencapai 95 %. (Ulmann, 2007). Konsumen utama VCM didalam negeri adalah industri PVC. Berikut ini beberapa industri yang menggunakan VCM di Indonesia :

Tabel 1.2. Data Konsumsi VCM pada beberapa Industri di Indonesia

No. Nama Industri PVC

Konsumsi VCM ton/tahun

2009 2010 2011 2012 2013

1 PT. Eastern Polymer 34.200 39.900 47.500 47.500 47.500

2 PT. Standart Toyo Polimer 47.500 60.800 82.650 82.650 82.650

3 PT. Siam Maspiom Polymer 66.500 66.500 95.000 95.000 95.000

4 PT. TPC Indo Plastic & Chemical 61.750 66.500 76.000 76.000 76.000

5 PT. Inivilon Sagita 28.500 36.100 57.000 57.000 57.000

6 PT. Impack Pratama Industri 33.250 45.600 52.250 52.250 52.250

Total Konsumsi VCM ton/tahun 271.700 315.400 400.900 410.400 410.400

(Sumber : Datacon, 2013)

(28)

8

y = 37240x + 250040

0 50.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.000 350.000 400.000 450.000 500.000

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

K

on

su

m

si

VC

M

(t

on

)

Tahun

Konsumsi VCM

Linear (Konsumsi VCM)

Gambar 1.2 Konsumsi VCM

(29)

3. Data Produksi

Pabrik VCM yang sudah beroperasi di Indonesia yaitu :

1. PT. Asahimas Chemical terletak di Cilegon, Banten, Jawa Barat, dengan kapasitas produksi VCM 400.000 ton/tahun.

2. PT. Sulfindo Adi Usaha terletak di Merak, Banten, dengan kapasitas produksi VCM sebesar 100.000 ton/tahun.

Pada, PT. Asahimas Chemical pasokan untuk dalam negeri sekitar 60 % dan ekspor 40 % (Bisnis, 2013). Jadi, untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri PT. Asahimas Chemical hanya memasok VCM sebesar 240.000 ton/tahun. Sehingga total produksi VCM yang sudah ada di Indonesia dari 2 pabrik tersebut adalah 340.000 ton/tahun.

E. Kapasitas Produksi Pabrik

Kapasitas produksi suatu pabrik ditentukan berdasarkan data impor, kebutuhan konsumsi produk dalam negeri, serta data produksi yang telah ada. Berdasarkan data- data ini, kemudian ditentukan besarnya kapasitas produksi. Adapun persamaan kapasitas produksi adalah sebagai berikut:

KP = DK – DI – DP Dimana;

(30)

10 DK = Data Konsumsi Pada Tahun X

DI = Data Impor Pada Tahun X DP = Data Produksi Telah Ada

KP = DK – DI – DP

KP = (622.440 – 182.990 – 340.000) ton/tahun KP = 99.450 ton/tahun ≈ 100.000 ton/tahun

Berdasarkan pertimbangan diatas, maka kapasitas pabrik VCM baru yang akan berdiri pada tahun 2018 adalah sebesar 100.000 ton/tahun.

F. Penentuan Lokasi Pabrik

Pabrik Vinyl Chloride Monomer ini direncanakan akan didirikan di kecamatan

Bojonegara, Kabupaten Serang, Banten. Pertimbangan pemilihan lokasi adalah sebagai berikut :

1. Bahan baku

Bahan baku utama Vynil Chloride Monomer adalah Ethylene Dichloride

yang diperoleh dari PT. Asahimas Chemical dan PT. Sulfindo Adi Usaha yang letaknya di komplek industri Cilegon. Lokasinpabrik di kabupaten serang akan memudahkan transportasi bahan baku dan sekaligus mengurangi ongkos pengangkutan karena berada dalam satu provinsi.

(31)

membutuhkan VCM. Hal ini menekan biaya pendistribusian produk ke lokasi pasar dan pengiriman. Pemilihan lokasi di Banten mengingat sebagian besar pemasarannya meliputi Pulau Jawa secara umum. Produksi VCM diperlukan untuk bahan baku industri khususnya industri plastik. Daerah Cilegon, Serang, Merak dan Jabodetabek sebagai daerah industri merupakan lahan potensial bagi pemasaran produk

3. Transportasi

Sarana transportasi diperlukan untuk mengangkut bahan baku, memasarkan produk dan lain-lain. Oleh karena itu fasilitas jalan raya, rel kereta api atau pelabuhan udara mutlak sangat dibutuhkan. Kecamatan Bojonegara, Kabupaten Serang, Banten memiliki fasilitas yang cukup memadai, baik itu jalur darat (dekat dengan jalan tol)maupun jalur laut dengan adanya pelabuhan di kawasan merak yaitu pelabuhan merak sehingga menjadikan proses perkapalan dan pemasaran produk di luar Jawa menjadi lebih cepat dan efisien. Dan juga adanya jalur kereta api sehingga transportasi bahan baku dan produk lancar. Begitu pula dengan jaringan telekomunikasi seperti jaringan telepon, fax, dan internet sudah tersedia dengan lengkap.

4. Penyedian tenaga listrik

(32)

12 5. Penyediaan air

Penggunaan air pada industri sangatlah banyak jumlahnya. Kebutuhan air pendingin, umpan boiler, keperluan proses serta keperluan umum seluruhnya hasil pengolahan dari air laut. Pemilihan sumber ini ditunjang oleh letak pabrik yang dekat dengan laut.

6. Kebutuhan tenaga kerja

Tenaga kerja termasuk hal yang sangat menunjang dalam operasional pabrik, tenaga kerja untuk pabrik ini dapat direkrut dari :

Masyarakat sekitar pabrik.

Tenaga ahli yang berasal dari daerah sekitar pabrik dan luar daerah. Tenaga kerja ini merupakan tenaga kerja yang produktif.

7. Keadaan masyarakat

Lokasi pabrik di Kabupaten Serang, banyaknya industi serupa di sekitarnya sehingga masyarakat sudah terbiasa dengan kehadiran pabrik-pabrik dengan resiko tinggi. Selain itu, keberadaan pabrik juga akan membantu tersedianya lapangan kerja bagi masyarakat sekitar.

8. Kondisi Iklim dan Cuaca

Seperti daerah lain di Indonesia, maka iklim di sekitar lokasi pabrik relatif stabil. Suhu udara beragam antara 20-35°C.

(33)

(34)

II. DESKRIPSI PROSES

A. Jenis - Jenis Proses

a) Reaksi Acetylene (C2H2) dengan Hydrogen Chloride (HCl)

Menurut Nexant’s ChemSystem Process Evaluation/ Research planning (2007), metode pembuatan VCM dengan mereaksikan acetylene dengan

HCl merupakan metode yang pertama kali digunakan dalam memproduksi vinyl chloride monomer (VCM). Metode ini dilakukan

dengan mereaksikan acetylene yang berada pada fasa uapnya dengan HCl.

Reaksi ini berjalan dengan bantuan mercury chloride (HgCl2) dan karbon aktif sebagai katalis. Karbon aktif yang digunakan sebagai carrier mercury chloride ini dapat diperoleh dari batu bara atau coke petroleum.

Pada proses ini, HCl bebas air dihasilkan dari reaksi antara gas H2 dan gas Cl2, sedangkan asetilen dikeringkan terlebih dahulu kemudian dilewatkan tumpukan karbon dengan tujuan untuk menghilangkan zat-zat yang dapat merusak katalis seperti sulfida. Acetylene dan HCl dicampur dengan

(35)

masuk ke dalam reaktor. Reaksi yang terjadi pada proes ini cukup sederhana dan dinilai cukup efektif karena menghasilkan konversi yang cukup tinggi. Adapun reaksi yang terjadi pada proses ini adalah sebagai berikut:

... (2.1)

Reaksi di atas merupakan reaksi eksotermis dengan panas reaksi pada 25oC dan tekanan 1 atm adalah sebesar -22.451.77 Kkal/Kgmol, sehingga

panas yang timbul akibat reaksi harus diserap agar reaktor tetap bekerja secara isothermal. Reaksi ini berjalan pada temperature 90-140 0C dan

tekanan 1,5 atm sampai 1,6 atm. Pada kondisi operasi tersebut, konversi reaktan adalah sebesar 70-75%. Reaktor yang dipakai pada proses ini adalah fixed bed reactor dengan katalis yang diletakkan di dalam pipa-pipanya.

b) Pirolisis Ethylene dichloride

Vinyl chloride monomer (VCM) dapat diproduksi melalui proses pirolisis

etilen dikhlorida (EDC). EDC sendiri diperoleh melalui dua metode, yakni

direct chlorination (mereaksikan etilen dengan asam klorida). Proses ini

merupakan reaksi katalitik homogen dalam fase cair untuk menghasilkan EDC. Katalis yang digunakan dalam reaksi ini adalah ferric chloride

(36)

16

Cl2 (l) + CH2 = CH2 (l) → ClCH2CH2Cl (l) ... (2.2)

Proses ini dijalankan pada suhu operasi berkisar antara 75 °C dan tekanan operasi antara 2 atm. Pada reaksi ini konversi adalah 99,7% dan selektivitas terhadap EDC 99% (Lakshmanan, 1997). Produk samping yang dihasilkan dari reaksi ini yaitu 1,1,2 – trichloroethane. EDC yang

telah terbentuk kemudian dipurifikasi hingga menghasilkan 99,9 %wt

EDC yang akan menjadi umpan pada proses cracking EDC menjadi VCM.

Metode yang kedua adalah metode oxychlorination (mereaksikan etilen,

oksigen dan asam khlorida). Ethylene bereaksi dengan HCl dan oksigen

murni menghasilkan EDC dan air. Proses ini dapat dijalankan dengan

fluidized bed reaktor yang di dalamnya terdapat katalis chopper chloride.

Penggambaran sederhana reaksi yang terjadi :

C2H4 (l) + 2 HCl (g) + 0,5 O2 (g) C2H4Cl2(l) + H2O (l) ... (2.3)

Proses ini dijalankan pada suhu operasi berkisar antara 300°C dan tekanan operasi antara 14 atm pada reaktor fixed bed. Pada reaksi ini konversi

adalah 96 % dan selektivitas terhadap EDC 93% (Lakshmanan,1997). Produk samping yang dihasilkan dari reaksi ini yaitu trichloroethane dan chloral. EDC yang diproduksi pada proses Oxychlorination kemudian

(37)

bereaksi. Kemudian dipisahkan dengan menggunakan dekanter dan 2 buah menara distilasi hingga menghasilkan EDC 99,9 %wt yang akan menjadi

umpan pada proses cracking EDC menjadi VCM (Dimian A,2008).

Setelah melalui salah satu dari kedua proses tersebut, ethylene dichloride

di pirolisis. Pada proses ini reaksi yang terjadi adalah reaksi pemisahan hidrogen dan chlorine dari rantai EDC menghasilkan VCM dan HCl

dengan rasio molar 1:1. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

C2H4Cl2(g) C2H3Cl(g)+ HCl(g) ... (2.4)

Reaksi ini bersifat endotermis. Konversi yang dihasilkan dalam reaksi ini dihentikan pada kisaran 60 %, memiliki selektivitas terhadap VCM 99,9 % dan yield 95 %. Bahan baku EDC diuapkan dengan menggunakan media pemanas steam. Kemudian gas EDC diproses dalam reaktor furnace

dengan kondisi suhu operasi 480-650 °C dan tekanan operasi 20 atm (Dimian A, 2008). Saat ini, kebutuhan ethylene dichloride dapat dipenuhi

(38)

18

B. Pemilihan Proses

1. Berdasarkan Tinjauan Ekonomi

Tinjauan ekonomi ini bertujuan untuk mengetahui keuntungan bruto yang dihasilkan oleh pabrik ini selama setahun dengan kapasitas 100.000 ton/tahun. Berikut ini perbandingan beberapa harga bahan baku dan harga produk pada tahun 2013.

Tabel 2.1 Harga Bahan Baku dan Produk

Bahan Harga dalam $ Harga dalam Rp.

HCl(g) (Asam Klorida) 200 /ton 2.395.000/ton C2 H2 (g) (Asetilen) 2000 /ton 23.950.000/ton

C2H4Cl(l) (EDC) 600/ton 7.185.000/ton

C₂H₃Cl(l) (VCM) 1400 /ton 16.825.000/ton

Sumber : (Icis, 2013 danAlibaba, 2013)

a) Reaksi Acetylene (C2H2) dengan Hydrogen Chloride (HCl) Konversi : 75 %

Kapasitas produk : 100.000 ton VCM tiap tahun

Mol VCM = 100.000.000 kg

(39)

Dengan reaksi :

C₂H₂ + HCl C₂H₃Cl

Mula a b -

Bereaksi 1.600.025,6 1.600.025,6 1.600.025,6 Sisa a-1.600.025,6 b-1.600.025,6 1.600.025,6

Dari reaksi diatas, untuk menghasilkan 100.000 ton atau 1.600.025,6 kmol VCM dengan konversi reaksi 75% maka dibutukan reaktan sebagai berikut

Konversi = Mol reaktan yang bereaksi

Mol reaktan mula−mula

Mol reaktan mula−mula = 100 %

75 % x 1.600.025,6 kmol

= 2.133.367 kmol

C₂H₂ + HCl C₂H₃Cl

Mula 2.133.367 2.133.367 -

Bereaksi 1.600.025,6 1.600.025,6 1.600.025,6 Sisa 533.341,4 533.341,4 1.600.025,6

(40)

20

= 55.467.554 kg = 55.467,55 ton  Massa HCl yang dibutuhkan:

= mol HCl x BM HCl

= 2.133.367 kmol x 36,461 kg/kmol = 77.784.711 kg = 77.784,7 ton

Jumlah harga bahan baku Asetilen : = (massa Asetilen x harga Asetilen)

= (55.467,55 ton x $ 2000/ton) = $ 110.935.108 Jumlah harga bahan baku HCl :

= (massa HCl x harga HCl)

= (77.784,71 ton x $ 200/ton) = $ 15.556.942

Harga produk VCM:

= (massa VCM x harga VCM) = (100.000 ton/ tahun x $ 1400/ton) = $ 140.000.000 /tahun

Keuntungan per tahun = Harga Produk – Harga Reaktan = $ 140.000.000 - $ 126.492.051

= $ 13.507.949

= Rp. 161.757.695.178

(41)

=harga bahan baku kapasitas setahun kapasitas pabrik

=$126.492.051/tahun

100.000 ton/tahun

= $ 1.265/ton = $ 1,265/kg = Rp. 15.147/kg ($1 = Rp 11.975)

b) Proses Pirolisis EDC Yield : 95 %

Kapasitas produk : 100.000 ton VCM tiap tahun

Mol VCM = 100.000.000 kg

62,499 = 1.600.025,6 kmol

Dengan reaksi :

C₂H₄Cl₂ C₂H₃Cl + HCl

Mula a - -

Bereaksi 1.600.025,6 1.600.025,6 1.600.025,6 Sisa a-1.600.025,6 1.600.025,6 1.600.025,6

Dari reaksi diatas, untuk menghasilkan 100.000 ton atau 1.600.025,6 kmol VCM dengan yield reaksi 95% maka dibutukan reaktan sebagai berikut

Yield = Mol reaktan EDC yang bereaksi menjadi produk VCM

(42)

22

Mol reaktan EDC mula−mula = 100 %

95 % x 1.600.025,6 kmol

= 1.684.237,5 kmol

C₂H₄Cl₂ C₂H₃Cl + HCl

Mula 1.684.237,5 - -

Bereaksi 1.600.025,6 1.600.025,6 1.600.025,6 Sisa 84.211,9 1.600.025,6 1.600.025,6

 Massa EDC yang dibutuhkan : = mol EDC x BM EDC

= 1.684.237,5 kmol x 98,96 kg/kmol = 166.672.140,4 kg

= 166.672,1 ton

 Massa produk HCl yang dihasilkan : = mol HCl x BM HCl

= 1.600.025,6 kmol x 36,461 kg/kmol = 58.338.533,4 kg

= 58.338,5 ton

Jumlah harga bahan baku : = (massa EDC x harga EDC)

(43)

Harga produk VCM dan HCl dalam setahun :

= (massa VCM x harga VCM) + (massa HCl x harga HCl)

= (100.000 ton/ tahun x $ 1400/ton) + (58.338,5 ton/tahun x $ 200/ton) = $ 151.667.706 /tahun

Keuntungan per tahun = Harga Produk – Harga Reaktan = $ 151.667.706 - $ 100.003.284

= $ 51.664.422

= Rp. 510.186.171.400

Harga produksi/kg VCM :

=harga bahan baku kapasitas setahun

kapasitas pabrik

=$100.003.284/tahun

100.000 ton/tahun

= $ 1.000 /ton = $ 1,000/kg = Rp. 11.975/kg ($1 = Rp 11.975)

2. Berdasarkan Tinjauan Termodinamika  Panas reaksi (∆HR)

ΔH menunjukkan panas reaksi yang dihasilkan selama proses

(44)

24

besar juga energi yang dibutuhkan. Sedangkan ΔH bernilai negatif (-) menunjukkan bahwa reaksi tersebut menghasilkan panas selama proses berlangsungnya reaksi. Nilai ΔH tiap reaksi perlu dihitung untuk menentukan apakah reaksi tersebut bersifat menghasilkan panas atau membutuhkan panas.

Tabel 2.2 Data Energi Pembentukan Standar

Komponen

∆Hf(298) (J/mol) C2H2(g) 2,269.105

HCl(g) -9,236.104 C2H4Cl2(l) -1,298.105

H2O(g) -2,018.104 C₂H₃Cl(l) 3,517.104 (Reid and Prauznitz, 1987)

∆HRx = ∆HR+ ∆HRx(298)o+ ∆Hp ...(2.5)

∆H = R ni Cpig

R T2

T1 dT ... (2.6)

∆H =ΔCpmh x Δt ... (2.7)

ΔC_pmh

R = A + BTam +

C 3 4Tam

2 ₋_T

1T2 + D

T1T2 ... (2.8)

(45)

a) Reaksi Acetylene (C2H2) dengan Hydrogen Chloride (HCl)

∆HR = ∆H1 + ∆HRo + ∆H2

Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat dihitung dengan persamaan:

Dari persamaan reaksi (2.1) *∆HRx = ∆HR + ∆HRx(298)o + ∆Hp

ΔHRo(298oK) = (ΔHfo C2H3Cl) - (ΔHfo C2H2 + ΔHfo HCl) = (3,517. 104 + (2,269. 105)) – (-9,236.104) = -99.370 J/mol = -99,370 kJ/kmol

*ΔCpmh

R = A + BTam +

C 3 4Tam

2 ₋_T

1T2 + D T1T2

ΔCpmh

R = 31,411 + ((-3,23

-02_{) x (355,58) + ((6,54. 10}-05_{/3) x ( 4 x 355,58}2_– 413,15 x 298)) + (8.06.10 -08)/ (413,15 x 298)

ΔC_pmh

R = 28,3 J/kmol ΔCpmh = 235,138 J/kmol

T = 305 K

ΔH1

T = 298 K

ΔHR°298

T = 298 K

ΔH2

(46)

26

∆H1 = 27,076 kJ/k mol

**ΔCpmh

R = A + BTam +

C 3 4Tam

2 ₋_T

1T2 + D T₁T₂ ΔCpmh

R = 31,411 + ((-3,23

-02_{) x (301,58) + ((6,54. 10}-05_{/3) x ( 4 x 301,58}2_– 305,15 x 298)) + (8.06.10 -08)/ (305,15 x 298)

ΔC_pmh

R = 27,63 kJ/kmol ΔCpmh = 229,73 J/kmol

∆H2 = 1,642 kJ/k mol

*∆HR = ∆H1 + ∆HRo + ∆H2

∆HR = 27,076 + 1,642 + -99,370 = - 70,651 kj/kmol

Dari hasil yang diperoleh pada perhitungan di atas dapat terlihat bahwa reaksi pembentukan VCM dengan metode pirolisis merupakan reaksi yang melepas panas (eksoterm).

b) Pembuatan VCM dengan proses Pirolisis EDC

T = 473 K

ΔH1

T = 298 K

ΔHR°298

T = 298 K

ΔH2

(47)

∆HR = ∆H1 + ∆HRo + ∆H2

Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat dihitung dengan persamaan:

(48)

28

∆HR = ∆HRo+ ∆H1+ ∆H2

= 7,261. 104 + 1.645,96 + −48.043,21

= 26.212,75 J/mol = +26,213 kJ/kmol

Dari hasil yang diperoleh pada perhitungan di atas dapat terlihat bahwa reaksi pembentukan VCM dengan metode cracking merupakan reaksi

yang membutuhkan panas (endoterm).

Energi Bebas Gibbs (∆G)

Perhitungan energi bebas gibbs (∆G) digunakan untuk meramalkan arah reaksi kimia cenderung spontan atau tidak. ΔGo bernilai positif (+) menunjukkan bahwa reaksi tersebut tidak dapat berlangsung secara spontan, sehingga dibutuhkan energi tambahan dari luar yang cukup besar. Sedangkan ΔGo bernilai negatif (-) menunjukkan bahwa reaksi tersebut dapat berlangsung secara spontan dan hanya sedikit membutuhkan energi.

(49)

Tabel 2.3 Data Energi Gibbs

a) Reaksi Acetylene (C2H2) dengan Hydrogen Chloride (HCl)

Dari Persamaan reaksi (2.1)

ΔGo (298oK) = ΔGo produk - ΔGo reaktan

b) Proses Pirolisis EDC Dari Persamaan reaksi (2.4)

(50)

30

= (5,154.104+ (-9,53.104)) – (-7,385.104) = -117.260 J/mol = -117,26 kJ/kmol

ΔG = 26.215,67− 573 x 72,610−117,26

298 + (−1,163− −0,436

=−465,57 kJ/kmol

3. Perbandingan Proses

Tabel 2.4. Perbandingan Proses

Keterangan

Reaksi Asetilen dengan HCl (Proses I)

Pirolisis EDC (Proses II)

Bahan Baku Asetilen dan HCl Ethylene Dichloride

Kondisi Operasi P = 1,5 -1,6 atm T = 90 – 140 °C

P = 20 atm T = 480-650 °C

Katalis Katalis Hg Cl2 Tanpa Katalis

Yield/Konversi Konversi = 75 – 80% Konversi = 60% Selektivitas = 99,9% Yield = 95%

Biaya Produksi VCM

(51)

Panas Reaksi (∆HRx )

- 70,651 kJ/kmol +26,213 kJ/kmol

Energi Bebas Gibbs (∆G )

-59,295 kJ/kmol -465,6 kJ/kmol

Dalam perancangan ini, pembuatan VCM dibuat dengan proses II, alasan pemilihan ini adalah :

a) Telah terdapat pabrik di Indonesia yang memproduksi EDC sebagai bahan baku pembuatan VCM. EDC merupakan komoditi ekspor. Dengan demikian maka bahan baku berupa EDC lebih mudah diperoleh.

b) Pemakaian katalis (HgCl2) pada proses I akan membahayakan lingkungan.

c) Dilihat dari hasil perhitungan ekonomi kasar. Biaya produksi VCM/kg pada proses II lebih ekonomis dibandingkan proses I.

C. Uraian Proses

1. Reaksi

Proses pembuatan vinyl chloride monomer (VCM) dari ethylene dichloride

(EDC) merupakan reaksi pemisahan hidrogen dan chlorine dari EDC

dengan menggunakan panas (non catalytic cracking) dan merupakan

(52)

32

2. Kondisi Operasi

Pirolisis EDC menjadi VCM merupakan reaksi endotermis. Panas yang dibutuhkan untuk reaksi tersebut diperoleh dari pembakaran fuel dalam reaktor. Panas yang dibutuhkan oleh reaksi bernilai cukup besar sehingga reaksi dijalankan di dalam reaktor furnace. Kondisi suhu masuk umpan 295 °C dan tekanan 20 atm. Preheating terhadap umpan dilakukan dengan

memanfaatkan panas dari flue gas yang dihasilkan oleh reaktor. Operasi ini

dijalankan dalam seksi konveksi furnace.

(53)

3. Langkah Proses

Langkah pembuatan VCM dengan proses perengkahan EDC dapat dikelompokkan dalam tiga tahap proses, yaitu :

a. Tahap penyiapan bahan baku b. Tahap pembentukan VCM c. Tahap pemisahan produk

a. Tahap penyiapan bahan baku

Tahap ini bertujuan untuk menyiapkan EDC sebelum direaksikan di reaktor. Dalam reaksi cracking pembentukan VCM, EDC yang digunakan

sebagai bahan baku reaksi harus memiliki kemurnian tinggi, yaitu sekitar 99,8 % berat.

Tahap penyiapan bahan baku meliputi :

Umpan segar EDC dari tangki penyimpanan dengan suhu 35°C dan tekanan 1 atm dipompa untuk menaikkan tekanannya sampai 20 atm sesuai dengan kondisi operasi direaktor dan dicampur dengan EDC recycle yang berasal dari hasil bawah Menara Destilasi 302 di mix point.

Kemudian EDC menuju Vaporizer untuk diuapkan hingga suhu 221,36 °C

tekanan 20 atm. Vaporizer digunakan untuk menguapkan reaktan, Hal

(54)

34

b. Tahap pembentukan VCM

EDC dalam bentuk uap masuk ke dalam seksi konveksi reaktor furnace

melalui tube-tube yang terdapat dalam reaktor untuk mengalami proses

preheating. Hal ini bertujuan untuk memanfaatkan panas sisa yang

terdapat dalam flue gas sekaligus mengurangi beban panas reaktor untuk

menjalankan reaksi. Reaktor yang digunakan adalah jenis furnace yang

dilengkapi dengan tube-tube yang menempel pada dinding reaktor dan burner yang terletak di bagian tengah reaktor. Reaktor furnace beroperasi pada suhu 480-650 °C dengan tekanan 20 atm. Reaktor ini dipilih karena memiliki heat flux yang tinggi sehingga sangat efisien digunakan pada

proses pirolisis. Reaksi terjadi diseksi radiasi pada reactor furnace dengan konversi 60 %. Komponen gas produk keluar reaktor furnace antara lain: VCM, EDC, HCl. Pembakaran dalam reaktor furnace dihasilkan oleh

pembakaran gas alam dengan udara dengan menggunakan burner. Hasil

pembakaran bahan bakar ini adalah flue gas dengan suhu 1600 °C pada seksi radiasi. Furnace dilengkapi dengan stack sebagai jalan pembuangan

untuk flue gas ke lingkungan.

c. Tahap Pemisahan Produk

- Pemisahan HCl Gas

(55)

expander turbin hingga tekanannya sesuai dengan tekanan cooler yaitu

9 atm sehingga suhunya turun menjadi 117,3°C. Di dalam cooler, gas

produk reaktor akan mengalami pendinginan, hal ini bertujuan untuk menghentikan reaksi yang masih mungkin terjadi terhadap gas produk reaktor, sehingga pembentukan produk samping lebih lanjut dapat dicegah. Dalam cooler 1 menggunakan EDC hasil produk bawah

Menara Distilasi 302 berupa liquid sebagai media pendingin. Suhu EDC fase cair keluar dari cooler 1 yaitu 297,5°C.

Gas – gas hasil keluaran cooler kemudian diembunkan dalam condenser -201 dengan media pendingin cooling water untuk

selanjutnya diumpankan ke dalam menara distilasi-301 (MD-301). Dalam menara distilasi -301 terjadi pemisahan antara EDC dan VCM dengan HCl. EDCdan VCM keluar sebagai hasil bawah menara yang kemudian diumpankan ke dalam menara distilasi -302 (MD-302). Sedangkan HCI keluar sebagai hasil atas menara mengalami pengembunan sebagian dengan kondensor parsial -8°C dan tekanan 9 atm dengan menggunakan refrigerant brine sebagai media

pendinginnya. Sehingga keluaran Menara distilasi 302 masih berupa gas untuk selanjutnya diumpankan ke dalam absorber.

- Pemisahan VCM dan EDC dan Penyerapan HCl gas dengan air

(56)

36

menjadi 4 atm dan didinginkan di cooler hingga mencapai suhu cair

jenuhnya pada tekanan 4 atm, yaitu 43,1°C. Kemudian EDC dan VCM hasil bawah menara distilasi -301 (MD-301) mengalami proses pemisahan kembali di menara distilasi 302 (MD-302). Pada proses pemisahan ini, EDCkeluar dari menara sebagai hasil bawah sedangkan VCM keluar sebagai hasil atas dari menara. EDChasil bawah menara di-recycle sebagai umpan ke dalam reaktor dan sebagai media

pendingin pada cooler 1. Hasil atas menara distilasi yaitu VCM

mengalami pengembunan sempurna di kondensor total pada suhu 135,92°C, tekanan 4 atm akan diambil sebagai produk dan dialirkan ke dalam tangki penyimpanan -02 (TP-02) untuk mengalami proses penyimpanan.

Hydrochloric gas yang merupakan hasil atas dari MD-01 dilewatkan

(57)

- Penyimpanan Produk

(58)

III. SPESIFIKASI BAHAN DAN PRODUK

A. Bahan Baku

1. Ethylene Dichloride (EDC)

Rumus Molekul : CR2RHR4RClR2R

Fase : Cair

Berat Molekul : 98,96 kg/kgmol Berat Jenis (25 P

o

PC) : 1,2531 kg/L

Titik didih : 83,5 P

o

PC

Temperatur kritis : 292,85P

o

PC

Tekanan Kritis : 53,7 bar Viskositas (25 P

o

PC) : 0,77 cp

Kemurnian : 99,80 % berat Kelarutan : 0,87 g/100 ml, 20 P

o

PC (dalam air)

(59)

B. Produk

1. Vinyl Chloride Monomer (VCM)

Rumus Molekul : CR2RHR3RCl

Fase : Cair, Tidak Berwarna

Berat Molekul : 62,50 kg/kgmol Berat Jenis (- 13,4oC) : 0,969 kg/L Titik didih : -13 P

o

P

C Temperatur kritis : 151,85 P

o

PC

Tekanan Kritis : 51,5 bar Viskositas (- 13,4P

o

PC) : 0,26 cp

Kemurnian : 99,90 % berat

Kelarutan : 2,7 g/L (dalam air)

Larut dalam etanol, eter, karbon tetraklorida dan benzen

(60)

40

2. Hydrochloric Acid 33% (HCl 33%)

Rumus Molekul : HCl

Fase : Cair, Tidak Berwarna

Berat Molekul : 36,46 kg/kgmol Berat Jenis (32P

o

PC) : 1,14115 kg/L

Titik didih : 81,5 oPC

Temperatur kritis : 151,85 P

o

PC

Tekanan Kritis : 51,5 bar Viskositas (32P

o

PC) : 1,87 cp

Kemurnian : HCl = 33 % berat HR2RO = 67 % berat

(61)

IV. NERACA MASSA DAN NERACA ENERGI

Perhitungan neraca massa dan energi dilakukan dengan basis perhitungan dan data sebagai berikut :

Kapasitas Produksi : 100.000 ton/tahun

jam hari hari

tahun tahun

ton

24 1 330

1 /

000 .

100  

= 12,626262 ton/jam = 12.626,262 kg/jam

Operasi : 330 hari/tahun, 24 jam/hari Basis : 1 jam

Proses : kontinyu

Bahan baku : Etilen Dichlorida (EDC)

Produk : Vinyl Chloride Monomer (VCM)

Hidrochloride Acid (HCl)

A. Neraca Massa

Persamaan Umum Neraca Massa :

{Massa masuk} – {Massa keluar} + {Massa tergenerasi} – {Massa terkonsumsi} = {Akumulasi massa}

(62)

42

1. Tangki Penyimpanan EDC (TP-101)

Tabel 4.1. Neraca Massa Tangki Penyimpanan EDC (TP-101)

Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Fresh Feed EDC F1

C2H4Cl2 20.025,6128 20.025,6128

HCl 40,0512 40,0512

Total 20.065,6641 20.065,6641

2. Mixed Point (MP-101)

Tabel 4.2. Neraca Massa Mixed Point (MP-101)

F1 F7 F2

C2H4Cl2 20.025,6128 13.328,1727 33.353,7855

C2H3Cl - 12,6389 12,6389

Cl2 40,0512 0,0074 40,0586

Total 20.065,6641 13.340,8190 33.406,4830 33.406,4830

3. Vaporizer (VP-101)

Tabel 4.3. Neraca Massa Vaporizer (VP-101)

F2 F3

C2H4Cl2 33.353,7855 33.353,7855

C2H3Cl 12,6389 12,6389

Cl2 40,0586 40,0586

(63)

4. Reaktor Furnace (RE-201)

Tabel 4.4. Neraca Massa Reaktor Furnace (RE-201)

Komponen

Input (kg/jam)

Massa Tergenerasi

Massa Terkonsumsi

Output (kg/jam)

F3 (kg/jam) (kg/jam) F4

C2H4Cl2 33.353,7855 0,0000 20.012,2713 13.341,5142 C2H3Cl 12,6389 12.638,9142 0,0000 12.651,5531 HCl 40,0586 7.373,3572 0,0000 7.413,4158 Total 33.406,4830 20.012,2713 20.012,2713 33.406,4830

53.418,7543 53.418,7543

5. Menara Destilasi (MD-301)

Tabel 4.5. Neraca Massa Menara Destilasi (MD-301)

Komponen

Input

(kg/jam) Output (kg/jam)

F4 F5 F6

C2H4Cl2 13.341,5142 13.341,5142 0,0000 C2H3Cl 12.651,5531 12.638,9015 12,6516

HCl 7.413,4158 7,4134 7.406,0023 Total 33.406,4830 25.987,8291 7.418,6539

(64)

44

Tabel 4.6. Neraca Massa Menara Destilasi (MD-302)

Komponen

Input

(kg/jam) Output (kg/jam)

F5 F7 F8

C2H4Cl2 13.345,3027 13.328,1727 17,1300 C2H3Cl 16.224,2890 12,6389 16.211,6501

HCl 9,5164 0,0074 9,5090

Total 29.579,1081 13.340,8190 16.238,2891 29.579,1081

7. Absorber (AB-301)

Tabel 4.7. Neraca Massa Absorber (AB-301)

F6 F9 F10 F11

C2H3Cl 12,6516 0,0000 0,0017 12,6499 HCl 7.406,0023 0,0000 7406,0023 0,0000 H2O 0,0000 15.182,5242 15.182,5242 0,0000 Total 7.418,6539 15.182,5242 22.601,1781 12,6499

(65)

B. Neraca Energi

Dari hasil perhitungan neraca massa selanjutnya dilakukan perhitungan neraca energi. Perhitungan neraca energi didasarkan pada :

Basis waktu : Jam Satuan panas : kJ

Temperature referensi : 25 C (298,15 K)

Persamaan Umum Neraca Energi :

{Energi masuk} – { Energi keluar} + { Energi tergenerasi} – { Energi terkonsumsi} = {Akumulasi Energi }

(Himmelblau, 1996 : 144)

1. Mixed Point (MP-101)

Tabel 4.8. Neraca Energi Mixed Point (MP-101)

Q masuk (kJ/jam) Q keluar (kJ/jam) Q1 263.141,4562 Q2 7.859.409,6831 Q12 7.596.268,2269

Total 7.859.409,6831 7.859.409,6831

2. Vaporizer (VP-101)

Tabel 4.9. Neraca Energi Vaporizer (VP-101)

Q masuk (kJ/jam) Q keluar (kJ/jam)

Q2 (umpan) 7.859.409,6831 Q3 12.266.559,2910 Qsteam in 8.395.077,3554 Qkondensat 3.987.927,7475

(66)

46

3. Reaktor Furnace (RE-201)

Tabel 4.10. Neraca Energi Reaktor Furnace (RE-201)

Q masuk (kJ/jam) Q generasi (kJ/jam)

Q konsumsi

(kJ/jam) Q keluar (kJ/jam)

Q3 6.005.439,7242 Q4 21.329.207,8137

24.239.567,0601

Qsuplai 39.563.335,1497

Total 6.005.439,7242 39.563.335,1497 24.239.567,0601 21.329.207,8137

45.568.774,8738 45.568.774,8738

4. Expander (EX-201)

Tabel B.4.11 Neraca Energi Expander (EX-201)

Q4 (in) 21.329.207,8137 Q5 (out) 19.218.816,6087

Qev 2.110.391,

Total 21.329.207,8137 21.329.207,8137

5. Cooler (CO-201)

Tabel 4.12. Neraca Energi Cooler (CO-201)

Q5 17.565.256,25 Q6 12.757.054,51

Q p in 28.378.739,1773 Q p out 33.186.941,05

(67)

6. Cooler (CO-202)

Q6 12.757.054,5130 Q7 2.728.280,8446 Q cw in 2.500.324,1144 Q cw out 12.529.097,7828

Total 15.257.378,6274 15.257.378,6274

7. Condensor (CD-201)

Tabel 4.14. Neraca Energi Condensor (CD-201)

Q7 2.990.224,3175 Q8 127.159,4219

Q cw in 713.805,1407 Q cw out 3.576.870,0362

Total 3.704.029,4582 3.704.029,4582

Tabel 4.15. Neraca Energi Menara Destilasi (MD-301)

Q8 (umpan) 127.159,4219 Q10 (destilat) -1.96.054,6991 Qsteam in 14.850.639,2781 Q9 (bottom) 3.625.855,7859 Qkondensat 7.054.524,2097 Qcondensor 4.493.473,4035

(68)

48

9. Cooler (CO-301)

Q9 3.625.855,7859 Q11 638.970,9250 Q cw in 744.675,3204 Q cw out 3.731.560,1813

Total 4.370.531,1063 4.370.531,1063

Tabel 4.17. Neraca Energi Menara Destilasi (MD-302)

Q11(umpan) 638.970,9250 Q13 (distilat) 2.241.473,9862 Qcw in 640.890,3902 Q12 (bottom) 5.163.388,6428 Qsteam in 17.784.875,8662 Qcw out 3.211.494,9901

Qkondensat 8.448.379,5623

Total 19.064.737,1814 19.064.737,1814

11. Cooler (CO-302)

Q13 2.241.473,9862 Q14 176.030,9900 Q cw in 514.946,0044 Q cw out 2.580.389,0006

(69)

12. Expander (EX-302)

Tabel 4.19. Neraca Energi Expander (EX-302)

Q10 (in) -196.054,6991 Q14 (out) -197.546,3305 Qev 1.491,6314

Total -196.054,6991 -196.054,6991

13. Heater (HE-301)

Tabel 4.20. Neraca Energi Heater (HE-301)

Q15 -198.434,5733 Q16 59.225,1788

Qsteam in 490.810,1024 Qkondensat 233.150,3503

Total 292.375,5291 292.375,5291

14. Absorber (AB-301)

Tabel 4.21. Neraca Energi Absorber (AB-301)

Q16(umpan) 59.225,1788 Q18 (liquid) 356.462,9506 Q17 297.350,6414 Q19 (uap) 112,8697

Total 356.575,8203 356.575,8203

15. Condensor (CD-303)

Tabel 4.22. Neraca Energi Condensor (CD-303)

Q19 1.020,36 Q20 112,869

Q cw in 226,25 Q cw out 1.133,75

(70)

V. SPESIFIKASI PERALATAN

A. Peralatan Proses

Peralatan proses pabrik Vinyl Chloride Monomer dengan kapasitas 100.000

ton/tahun terdiri dari:

1. Tangki Penyimpanan EDC (TP-101)

Tabel 5.1. Spesifikasi Tangki Penyimpanan EDC (TP-101) Nama Alat Tangki Penyimpanan EDC

Kode Alat TP-101

Fungsi Menyimpan EDCsebanyak 20.065,6641 kg/jam Bentuk Silinder tegak (vertikal) dengan dasar datar (flat

bottom) dan atap (head) berbentuk torispherical.

Kapasitas 1.451,8089 m3

Dimensi Diameter shell (D) = 45 ft

Tinggi shell (Hs) = 32 ft

Tebal shell (ts) = 0,86 in Tinggi atap = 7,9951 ft Tinggi total = 39,9952 ft Tekanan Desain 21,5622 psi

Bahan Carbon Steel SA-283 Grade C

(71)

2. Tangki Penyimpanan VCM (TP-401)

Tabel 5.2. Spesifikasi Tangki VCM (TP-401)

Alat Tangki Penyimpanan VCM

Kode TP-401

Fungsi Menyimpan VCMsebanyak 12.659,6616 kg/jam Bentuk Silinder tegak (vertikal) dengan dasar datar (flat

Kapasitas 1.361,7821 m3

Tebal shell (ts) = 2,5 in Tinggi atap = 8,0784 ft Tinggi total = 38,0785 ft Tekanan Desain 75,9280psi

Bahan Carbon Steel SA-283 Grade C

Jumlah 2 buah

3. Tangki Penyimpanan HCl (TP-402)

Tabel 5.3. Spesifikasi Tangki HCl (TP-402) Nama Alat Tangki Penyimpanan HCl

Kode Alat TP-402

Fungsi Menyimpan HClsebanyak 23.105,1831 kg/jam Bentuk Silinder tegak (vertikal) dengan dasar datar (flat

Kapasitas 969,2664 m3

(72)

52

Tinggi total = 34,1068 ft Tekanan Desain 24,5067 psi

Bahan Stainless Steel SA-240

Jumlah 2 buah

4. Vaporizer (VP-101)

Tabel 5.4. Spesifikasi Vaporizer (VP-101) Nama Alat Vaporizer

Kode Alat VP–101

Fungsi Menguapkan bahan baku EDC dari MP-101 Jenis Shell and Tube Vaporizer

Dimensi ∆P terhitung (psi)

Shell (EDC)

5. Reaktor Furnace (RE-201)

Tabel 5.5. Spesifikasi Reaktor Furnace (RE-201) Nama Alat Reaktor Furnace

Kode Alat RE-201

Fungsi Mereaksikan Ethylene Dichloride (C2H4Cl2) menjadi

Vinyl Chloride Monomer (C2H3Cl) dan Hydrochloric

(73)

Bentuk Fire Box Furnace Kondisi

Operasi

Temperatur : 480 – 650 0C Tekanan : 20 atm Sifat Reaksi : Endotermis

Operasi : Non Adiabatis – Non Isotermal Fasa Reaksi : Gas – Gas tanpa katalis

Konversi 60 %

Bahan Bakar Natural Gas (LNG) Dimensi Tube

NPS : 2 in Sch.Number : 40 OD : 2,375 in ID : 2,067 in

Box (seksi radian) :

Tinggi = 19,30 ft = 5,88 m Lebar = 12,27 ft = 3,74 m Panjang = 38,5 ft = 11,73 m Jumlah tube 117 tube (Seksi konveksi) : Jumlah tube 35 tube Stack

ID = 4 ft = 1,22 m Tinggi = 45 ft = 12,19 m

6. Expander (EX-201)

Tabel 5.6. Spesifikasi Expander (EX-201)

Nama Alat Expander

Kode Alat EX-201

Fungsi Menurunkan tekanan gas keluaran reaktor (RE-201) dari 20 atm menjadi 9 atm.

Jenis Centrifugal

Dimensi Kerja Politropik,W : 180.224,63 kJ/kmol Kerja Aktual : 122.566,35 kJ/kmol Efisiensi polytropik : 68%

Power Ekspander : 200 hp

(74)

54

7. Cooler (CO-201)

Tabel 5.7. Spesifikasi Cooler (CO-201) Nama Alat Cooler

Kode Alat CO-201

Fungsi Menurunkan temperatur keluaran expander dari

temperatur 519,93oC menjadi temperatur 400oC Jenis Shell and Tube

Shell (EDC recycle MD-302)

25 in

1

10 6,39

Tube (Produk RE-201)

16 ft

8. Cooler (CO-202)

Tabel 5.8. Spesifikasi Cooler (CO-202) Nama Alat Cooler

Kode Alat CO-202

Fungsi Menurunkan temperatur keluaran cooler 201 dari temperatur 400oC menjadi temperatur 117,50oC

Jenis Shell and Tube

Dimensi Panjang

Shell (cooling water) Tube (Produk CO-201)

(75)

Jumlah

9. Condensor (CD-201)

Tabel 5.9. Spesifikasi Condensor (CD-201) Nama Alat Condensor

Kode Alat CD-201

Fungsi Mengkondensasi produk keluaran CO-202.

Shell (Cooling Water)

21,25 in 1

2 0,255

(76)

56

10.Accumulator (AC-201)

Tabel 5.10. Spesifikasi Accumulator (AC-201) Nama Alat Accumulator

Kode Alat AC-201

Fungsi Menampung sementara cairan yang keluar dari CD-301.

Jenis Tangki silinder dengan tutup torispherical

Bahan Konstruksi Carbon Steel SA-282 Grade C Kapasitas 104,29 ft3

Dimensi OD

Ltotal Tebal shell

Tebal head

= 3,625 ft = 12,574 ft = 0,75 in = 2,5 in

Jumlah 1 Buah

11.Menara Distilasi (MD-301)

Tabel. 5.11. Spesifikasi Menara Distilasi (MD-301) Nama Alat Menara Distiasi

Kode Alat MD-301

Fungsi Memisahkan HCl dari komponen yang keluar reaktor berdasarkan perbedaan tidik didih Jenis Plate tower (sieve tray)

Bahan Konstruksi Stainless Steel SA 240

Dimensi D kolom : 1,38 m Tinggi : 16,19 m Tebal shell : 0,625 in

Tebal head : 1,75 in

Jumlah tray : 35 buah

(77)

Diameter hole : 0,005 m

Jumlah 1 buah

12.Condensor Partial (CD-301)

Tabel 5.12. Spesifikasi Condensor Partial (CD-301) Nama Alat Condensor Partial

Kode Alat CD-301

Fungsi Mengkondensasikan sebagian produk keluaran MD-301

Tube (Produk MD-301) 20 ft

13.Separator Drum (SD-301)

Tabel 5.13. Spesifikasi Separator Drum (SD-301) Nama Alat Separator Drum

Kode Alat SD-301

Fungsi Memisahkan uap dari cairan yang keluar dari

Condensor Partial dari MD-301

(78)

58

Holding Time 13 menit

Tekanan Desain 158,72 psi

Bahan konstruksi Carbon Steel SA-283 Grade C

Jumlah 1 buah

14.Reboiler (RB-301)

Tabel 5.14. Spesifikasi Reboiler (RB-301) Nama Alat Reboiler

Kode Alat RB-301

Fungsi Memanaskan kembali dan menguapkan sebagian produk bawah MD-301

Shell (produk bawah MD-301)

(79)

15. Expansion Valve (EV-301)

Tabel 5.15. Spesifikasi Expansion Valve (EV-301) Nama Alat Expansion Valve

Kode Alat EV-301

Fungsi Menurunkan tekanan keluaran bawah MD-301 dari 9 atm hingga 4 atm

Jenis Globe Valve Half Open

Kapasitas 28.586,61 kg/jam Dimensi ID = 2,067 in

OD = 2,375 in

Bahan Konstruksi Commercial Stainless Steel (Austenitic) AISI tipe

316

16.Cooler (CO-301)

Tabel. 5.16. Spesifikasi Cooler (CO-301) Nama Alat Cooler

Kode Alat CO-301

Fungsi Menurunkan temperatur keluaran EV-301 dari temperatur 120,11oC menjadi temperatur 43,1oC Jenis Shell and Tube

(80)

60

Rd Jumlah

0,0036 1 Buah

17.Menara Destilasi (MD-302)

Tabel 5.17. Spesifikasi Menara Destilasi (MD-302) Nama Alat Menara Distiasi

Kode Alat MD-302

Fungsi Memisahkan EDC dari produk VCM berdasarkan perbedaan titik didih Jenis Plate tower (sieve tray)

Bahan Konstruksi Carbon Steel SA 285

Dimensi D kolom : 2,588 m Tinggi : 15,105 m Tebal shell : 0,5 in

Tebal head : 1,625 in

Jumlah tray : 33 buah

Tebal tray : 0,005 m Tray spacing : 0,3 m

Diameter hole : 0,005 m

Jumlah 1 buah

18.Condensor (CD-302)

Tabel 5.18. Spesifikasi Condensor (CD-302) Nama Alat Condensor

Kode Alat CD-302

Fungsi Mengkondensasi produk atas MD-302 Jenis Shell and Tube

Dimensi Panjang Jumlah

Shell (Produk Atas MD-302) Tube (cooling water)