PRARANCANGAN PABRIK ASAM ASETAT DENGAN PROSES MONSANTO KAPASITAS 100.000 TON PER TAHUN Laporan Tugas Prarancangan Pabrik Prarancangan Pabrik Asam Asetatdengan Proses Monsanto Kapasitas 100.000 Ton Per Tahun.

(1)

PRARANCANGAN PABRIK ASAM ASETAT DENGAN PROSES

MONSANTO KAPASITAS 100.000 TON PER TAHUN

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada

Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik

Oleh :

SYIFDA RIYANDI WAHYU MARDIAN HASTUNGKORO

D500120073

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

(2)

i

PRARANCANGAN PABRIK ASAM ASETAT DENGAN PROSES

PUBLIKASI ILMIAH

Oleh :

SYIFDA RIYANDI WAHYU MARDIAN HASTUNGKORO

Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh :

Dosen Pembimbing

Hamid Abdillah, S.T., M.T

(3)

ii

HALAMAN PENGESAHAN

PRARANCANGAN PABRIK ASAM ASETAT DENGAN PROSES

OLEH

SYIFDA RIYANDI WAHYU MARDIAN HASTUNGKORO

D500120073

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji

Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Pada hari Jum’at, 17 Maret 2017 dan dinyatakan telah memenuhi syarat

Dewan Penguji :

1. Kusmiyati, S.T., M.T., Ph.D. (…………..…) (Ketua Dewan Penguji)

2. Hamid Abdillah, S.T., M.T. (…………..…) (Anggota 1 Dewan Penguji)

3. Ir. Haryanto, A.R., M.S. (……..….…...) (Anggota II Dewan Penguji)

Dekan,

Ir. H. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D.

(4)

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam naskah publikasi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya di atas, maka akan saya pertanggungjawabkan sepenuhnya.

Surakarta, April 2017

(5)

1

PRARANCANGAN PABRIK ASAM ASETAT DENGAN PROSES MONSANTO KAPASITAS 100.000 TON PER TAHUN

Abstrak

Pabrik asam asetat dirancang dengan kapasitas produksi 100.000 ton per tahun dengan bahan baku metanol dan karbon monoksida. Pabrik akan didirikan di kawasan industri Bontang, Kalimantan Timur, dengan luas tanah 25.000 m2, dan jumlah karyawan 160 orang. Pabrik beroperasi secara kontinyu selama 330 hari per tahun. Proses pembuatan asam asetat dilakukan dalam reaktor gelembung dengan pendingin air. Reaksi berlangsung pada fase cair-gas, sifat reaksi eksotermis, irreversible, dengan kondisi operasi isothermal, non adiabatic pada suhu 177oC dan pada tekanan 30 atm. Pabrik ini membutuhkan metanol sebanyak 6.779,95 kg per jam dan karbon monoksida sebanyak 6.024,49 kg per jam untuk menghasilkan asam asetat sebanyak 12.626,26 kg per jam. Utilitas meliputi penyediaan air yang diperoleh dari sungai, kebutuhan air sebanyak 561.028,661 kg per jam, penyediaan

steam 951,23 kg per jam yang diperoleh dari boiler dengan bahan bakar fuel oil sebanyak 451,78 liter per jam dan udara tekan sebanyak 50 m3 per jam. Kebutuhan listrik diperoleh dari PLN dan generator set sebanyak 350 kW sebagai cadangan. Pabrik asam asetat ini menggunakan modal tetap sebanyak Rp 682.197.984.948 dan modal kerja sebanyak Rp386.313.061.457. Dari hasil analisa ekonomi, pabrik ini menunjukkan keuntungan sebelum pajak sebanyak Rp296.050.149.313 per tahun dan setelah pajak Rp 148.025.074.656 per tahun. Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak 43,39% dan setelah pajak 21,69%.Pay Out Time (POT) sebelum pajak selama 1,87 tahun dan setelah pajak 3,15 tahun.

Break Event Point (BEP) sebesar 41,84%,Shut Down Point (SDP) sebesar 29,85%, dan

Internal Rate of Return (IRR) sebesar 34,01%.

Kata Kunci : asam asetat, proses Monsanto, karbonilasi methanol

Abstract

Acetic acid plant with a designed production capacity of 100,000 tons per year with the raw material of methanol and carbon monoxide. The plant will be established in an industrial area Bontang, East Kalimantan, with a land area of 25,000 m2, and the number of employees 160 people. Factories operated continuously for 330 days per year. The process of manufacture of acetic acid made in the bubble reactor with cooling water. The reaction takes place in the liquid-gas phase, the nature of the exothermic reaction, irreversible, isothermal operating conditions, non-adiabatic at a temperature of 177oC and at a pressure of 30 atm. This plant requires is 6,779.95 kg of methanol per hour and carbon monoxide is 6,024.49 kg per hour to produce acetic acid is 12,626.26 kg per hour. Utilities include the provision of water extracted from the river, the water needs 561,028.661 kg per hour, the provision of 951.23 kg per hour of steam obtained from the boiler with fuel oil is 451.78 liters per hour and compressed air is 50 m3 per hour. The demand for electricity obtained from the PLN and 350 kW generator set as a backup. The acetic acid plant uses Rp 682,197,984,948 of fixed capital and working capital Rp 386,313,061,457. From the results of the economic analysis,

this plant showed pre-tax profits Rp 296,050,149,313 per year and after tax Rp 148,025,074,656 per year. Percent Return On Investment (ROI) before tax is 43.39% and

after tax 21.69%. Pay Out Time (POT) before taxes for 1.87 years and 3.15 years after tax. Break Event Point (BEP) amounted to 41.84%, Shut Down Point (SDP) amounted to 29.85%, and Internal Rate of Return (IRR) of 34.01%.

(6)

2 1. PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang Pendirian Pabrik

Industri asam asetat di Indonesia merupakan salah satu industri kimia yang memiliki prospek cukup baik. Produk asam asetat ini memiliki pasar yang cukup luas seperti industri PTA (Purified Terephtalic Acid), industri etil asetat, industri tekstil, industri benang karet dan juga digunakan sebagai bahan setengah jadi untuk membuat bahan-bahan kimia, seperti vinil asetat, selulosa asetat, asam asetat anhidrid, maupun kloro asetat.

PT Indo Acidatama merupakan produsen asam asetat lokal, belum mampu memenuhi semua kebutuhan asam asetat dalam negeri, industri-industri yang menggunakan asam

asetat sebagai bahan baku masih memerlukan impor dari negara lain. Untuk mengurangi jumlah impor asam asetat yang akan terus meningkat, maka sangat perlu membangun pabrik asam asetat di dalam negeri.

Pendirian pabrik asam asetat di dalam negeri memiliki beberapa keuntungan, antara lain dapat memenuhi kebutuhan asam asetat dalam negeri dan mengurangi impor, menghemat devisa karena asam asetat diperoleh dari industri local, memacu dan mendukung perkembangan industri dengan bahan baku asam asetat di dalam negeri, dan membuka lapangan kerja baru

1.2Kapasitas Pabrik

[image:6.595.142.454.543.679.2]

Kapasitas prarancangan didasarkan atas beberapa aspek, yaitu kebutuhan asam asetat dalam negeri, ketersedian bahan baku serta kapasitas minimum pabrik yang sudah ada. Berikut ini data impor asam asetat tahun terakhir.

Tabel 1. Impor asam asetat di Indonesia

No. Tahun Jumlah Impor (Ton)

1 2010 104.391,139

2 2011 101.787,239

3 2012 104.975,190

4 2013 106.611,626

5 2014 111.864,124

(7)

3 2. METODE

Proses pembuatan asam asetat dilakukan dalam reaktor gelembung dengan menggunakan katalis rhodium pada fase gas-cair. Reaksi:

CH3OH(l) + CO(g) Rh CH3COOH(l) (1)

2.1Tinjauan Termodinamika

Untuk menemukan sifat reaksi apakah berjalan secara eksotermis atau endotermis dengan

menghitung panas pembentukan standar (ΔH0

f) pada tekanan 1 atm dan suhu 298 K dari reaktan dan produk.

Reaksi:

CH3OH(l) + CO(g) Rh CH3COOH(l) (2) Dari Tabel Entalpi Pembentukan pada 298,15 K, diketahui (Yaws, 1999):

ΔHf298,15CH3COOH = -239,1 kJ/mol

ΔHf298,15CH3COOH = -484,4 kJ/mol

ΔHf298,15CO = -110,53 kJ/mol

ΔH0

reaksi = ∑ΔHf produk - ∑ΔHf reaktan = -134,77 kJ/mol

Sedangkan ΔHreaksi pada suhu 1800C adalah: T= 180oC = 453,15 K

(∑ΔHf)produk = (∑ΔHf)produk,298,15 + (∫Cp.dT)produk

= -484,4 + 21,86 = -462,54 kJ/mol

(∑ΔHf)reaktan = (∑ΔHf)reaktan,298,15+ (∫Cp.dT)reaktan

= (-239,1 + (-110,53))+(13,98+4,55) = -331,1 kJ/mol

ΔHreaksi = (∑(nΔH0f)produk- ∑(nΔH0f)reaktan)453,15 = -462,54- (-331,1)kJ/mol

= -153,3 kJ/mol

Dari perhitungan ∑ΔHreaksi reaksi di atas, maka dapat disimpulkan bahwa reaksi pembentukan asam asetat bersifat eksotermis.

(8)

4

∑ΔG0

298 = - R T In K (3)

Dengan:

ΔG0

298 = energy bebas Gibbs standar suatu reaksi pada 298 K (kJ/mol) R = konstanta gas ( R = 8,314.10-3 kJ/mol.K)

T = temperatur (K)

Dari tabel energy Gibbs pembentukan gas pada 298 K, diketahui (Yaws, 1999):

ΔG0

CH3OH = -162,51 kJ/mol

ΔG0

CO = -137,28 kJ/mol

ΔG0

CH3COOH = -376,69 kJ/mol

ΔG0

298 = ΔG produk –ΔG reaktan

= (-376,69)-((-162,51)+(-137,28)) = -76,8 kJ/mol

In K =

RT G

In K = - 31,023

298 . / 10 . 314 , 8 / 9 , 76 3 K K mol kJ mol kJ

K = 2,972.1013 Dari persamaan: 1 1 1 1 T T R H K K In (4)

(Smith and Van Ness, 1987) Dengan:

K1 = konstanta kesetimbangan pada temperatur tertentu T1 = temperatur tertentu (K)

ΔH = panas reaksi pada 298 K = -153,3 kJ/mol

(9)

5 9 1 13 10 . 53 , 1 10 . 972 , 2 K 31 , 373 . 19 1 K

Dari perhitungan diketahui bahwa reaksi pembentukan asam asetat berlangsung searah atau irreversible, karena harga konstanta kesetimbangan (K) yang cukup besar.

2.2Tinjauan Kinetika

Menghitung harga konstanta kecepatan reaksi (k):

Reaksi : CH3OH(l) +CO Rh CH3COOH(l) (5) Jadi, kecepatan reaksi karbonilasi dapat ditulis (Yuying, Chen, Yuan G, dan Chen R, 1989) M= 2 . AL AL A K D kC (6)

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1Reaktor

Kode : R-201

Fungsi : Mereaksikan methanol dan karbon monoksida menjadi asam asetat sebanyak 15.574,32 kg/jam Jenis : ReaktorGelembung

Jumlah : 1 buah Kondisi operasi :

Suhu masuk : 177 oC Suhu keluar : 177 oC Tekanan : 30 atm Dimensi reactor :

Diameter reaktor : 1,056 m Tinggi reaktor : 2,402 m Volume reaktor : 2,1049 m3

Tebal head reaktor : 9,788 in Pendingin : koil

Diameter luar : 14 in Diameter dalam : 13,25 in

(10)

6 Diameter gelembung : 0,50 cm Bahan : Stainlees steel

3.2Menara Distilasi 1

Kode : D-401

Fungsi : Memisahkan asam asetat dengan metil asetat sebanyak 13.820,05 kg/jam

Jenis : Plate sieve tray

Kondisi operasi : Kolom Distilasi Atas

Tekanan : 1 atm

Temperatur : 177 oC Diameter : 0,577 m Tebal sheell : 0,138 in Tebal head : 0,1875 in Kolom Distilasi Bawah

Tekanan : 1 atm Temperatur : 177 oC Diameter : 0,657 m Tebal sheell : 0,138 in Tebal head : 0,1875 in

Tinggi menara distilasi : 11,167 m

Bahan : Stainless steel type 304(SA 167)

Jumlah : 1 buah

3.3Menara Distilasi 2

Kode : D-501

Fungsi : Memurnikan produk asam asetat hingga 99,7% berat sebanyak 12.626,26 kg/jam

Jenis : plate sieve tray

Kondisi operasi : Kolom Distilasi Atas

(11)

7 Tebal sheell : 0,1875 in Tebal head : 0,1875 in Kolom Distilasi Bawah

Tekanan : 1 atm Temperatur : 177 oC Diameter : 0,734 m Tebal sheell : 0,1875 in Tebal head : 0,1875 in Tinggi menara distilasi : 3,167 m

Bahan : Stainless steel type 304(SA 167)

Jumlah : 1 buah

3.4Unit Pendukung Proses Dan Laboratorium

Kebutuhan air pada unit pengolahan air yang meliputi air pendingin, sanitasi dan steam

sebesar 561.028,66 kg/jam. Kebutuhan solar pada unit pengadaan bahan bakar sebesar 451,78 l/jam. Kebutuhan listrik pada unit pengadaan listrik sebesar 350 kW yang disuplai langsung dari PLN.

3.5Manajemen Perusahaan

Bentuk perusahaan yang akan dijalankan pada pabrik Asam asetat ini adalah Perseroan Terbatas (PT) dimana sumber modalnya berasal dari penjualan saham. Pemegang saham adalah seseorang yang mengumpulkan modal untuk kepentingan perusahaan. Perusahaan dipimpin oleh direktur utama sekaligus bertanggung jawab seluruhnya terhadap perkembangan perusahaan. Alasan dipilihnya bentuk perusahaan ini didasarkan atas beberapa pertimbangan, antara lain (Isfardiyana, 2015) :

Mudah dalam mendapatkan modal yaitu dengan menjual saham di pasar modal atau melalui perjanjian tertutup dan meminta pinjaman dari pihak yang berkepentingan seperti badan usaha atau perseroan.

Tanggung jawab pemegang saham terbatas dimana para pemegang saham hanya bertanggung jawab sebatas pada sejumlah saham yang dimiliki, sehingga kelancaran produksi hanya dipegang oleh pimpinan perusahaan atau direksi. Direksi memiliki fungsi sebagai pengurus dan perwakilan perusahaan yang diawasi oleh dewan

(12)

8

Efisiensi dari manajemen dimana para pemegang saham dapat memilih orang yang ahli sebagai dewan komisaris dan direktur utama khususnya yang cakap dan berpengalaman.

Ketersediaan lapangan usaha lebih luas dan PT dapat menarik modal yang sangat besar dari masyarakat kemudian modal ini PT dapat memperluas usahanya.

PT merupakan badan usaha yang memiliki kekayaan tersendiri yang terpisah dari kekayaan pribadi.

Mudah mendapatkan kredit dari bank dengan perusahaan sebagai jaminan. Selain itu PT mudah bergerak di pasar modal.

3.6Analisa Ekonomi

[image:12.595.109.511.339.599.2]

Analisa ekonomi pada pabrik Asam asetat ini bertujuan untuk memperkirakan kelayakan investasi, besarnya laba yang didapat, lamanya modal investasi dapat dikembalikan dan memperkirakan titik impas.

Gambar 1. Grafik analisa ekonomi

Dari hasil analisa ekonomi, maka dapat disimpulkan bahwa pabrik Asam asetat melalui proses Monsanto dengan kapasitas 100.000 ton/tahun ini layak untuk didirikan.

4 PENUTUP

Hasil analisa ekonomi adalah sebagai berikut :

Modal tetap yang dibutuhkan sebesar Rp 682.197.984.948,- Modal kerja yang dibutuhkan sebesar Rp 386.313.061.457,-

0 50 100 150 200 250 300

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

D

o

ll

ar

/

tah

u

n

(

x 10

6 )

Kapasitas Produksi per tahun (%)

B

E

P

S

D

P

Fa Sa Ra

Va

(13)

9

Keuntungan sebelum pajak sebesar Rp 296.050.149.313,- dan sesudah pajak sebesar Rp 148.025.074.656,-

Percent Return on Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 43,39% dan sesudah pajak 21,69%. ROI untuk pabrik beresiko rendah sebelum pajak minimal 11% (Aries and Newton, 1955).

Pay Out Time (POT) sebelum pajak 1,87 tahun dan sesudah pajak 3,15 tahun. POT pabrik sebelum pajak maksimal 5 tahun (Aries and Newton, 1955).

Break Event Point (BEP) sebesar 41,84% dan Shut Down Point (SDP) sebesar 29,85%.

Internal Rate of Return atau IRR sebesar 34,01% sedangkan suku bunga pinjaman di

bank sekitar 10% per tahun.

DAFTAR PUSTAKA

Aries, R.S and Newton R.D., 1955, Chemical Engineering Cost Estimation, Mc Graw Hill Book Company, New York.

Badan Pusat Statistik. 2009. Tabel Ekspor-Impor Menurut Komoditi. In The Badan Pusat Statistik Homepage (online). http://dds.bps.go.id/exim.php

Brown, C.G., 1978. Unit Operation, John Wiley and Sons. Inc., New York.

Brownell, L.E., and Young E.H., 1978, Process Engineering Design, 3 rd ed., Wiley Eastrn Ltd. New Delhi.

Chemical Technology. 2009. Industry Projects. In the Chemical Technology Homepage (online). http://www.chemicals-technology.com/projects/.

Coulson, J.H., and Ricardson, J.F., 1994, Chemical Engineering Design, vol.6, Pergamon Press, New York.

Faith, W.L., ; D.B. Keyes; and R.L. Clark. 1961. Industrial Chemicals. London: John Wiley and Sons Inc.

(14)

10

Indonesia. Direktorat Statisktik Perdagangan dan Jasa, Sub Direktorat Statistik Impor. 2014.

Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia Impor 2013. Jilid 1. Jakarta: Badan Pusat Statistik.

Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia Impor 2014. Jilid 1. Jakarta: Badan

Pusat Statistik.

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

Kirk, R.E., and D.F. Othmer. 1983. Encyclopedia of Chemical Technology. New York: A Wiley Inter Science Publisher Inc.

Levenspiel, O., 1999, Chemical Reaction Engineering, 3th ed., John Wiley and Sons Inc., New York.

McKetta, J. J., and W.A. Cunningham. 1976. Encyclopedia of Chemical Processing and Design. New York: Marcen Dekker Inc.

Perry R.H. and Green D., 1999. Perry’s Chemical Engineer’s Hand Book,7th Ed., Mc. Graw Hill Book Co., New York

(15)

11

PT Kaltim Methanol Industri. 2009. Produk dan Layanan. In The Kaltim Methanol Industri Homepage(online).

http://www.kaltimmethanol.com/inco/index.php?page=product_service.php

Sigma Aldrich. 2009. Safety Data Sheet. In The Sigma-Aldrich Homepage(online). http://www.sigmaldrich.com/MSDS/MSDS?DisplayMSDSPage.do

Smith, J. M., and H.C. Van Ness. 1987. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics. 4th ed. Tokyo: Mc Graw Hill International book Company.

Suwarni, Eka S. 2006. Proses Produksi Asam Asetat di PT Sarasa Nugraha Tbk. Lapora Kerja Praktek Jurusan Teknik Kimia, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta, Indonesia.

Treybal, R.E., 1981. Mass Transfer Operation, 3th ed., Mc. Graw Hill Book Company Inc., Singapore.

Yaws, Carl. L. 1999. Chemical Properties Handbook. New York: Mc Graw-Hill.