TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK METIL AKRILAT DARI METANOL DAN ASAM AKRILAT DENGAN PROSES ESTERIFIKASI KAPASITAS TON/TAHUN

(1)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK METIL AKRILAT DARI METANOL DAN ASAM AKRILAT DENGAN PROSES ESTERIFIKASI

KAPASITAS 55.000 TON/TAHUN

Disusun Oleh :

1. Luthfiana Nurul H. ( I 0508051 ) 2. Maharini Retnomartani ( I 0508054 )

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2012

(2)

commit to user

iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena limpahan rahmat dan hidayah-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan Laporan Tugas Akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Metil Akrilat dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/Tahun”.

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Dr. Sunu H. Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia atas bimbingannya. 2. Ir. Paryanto, M.S. dan YC. Danarto, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing atas

bimbingan dan arahannya dalam penyelesaian tugas akhir ini.

3. Seluruh dosen, laboran, dan administrasi Jurusan Teknik Kimia atas ilmu, arahan, dan bantuannya selama ini.

4. Seluruh teman – teman Tekkim’08 UNS untuk semangatnya.

5. Seluruh pihak yang telah membantu, yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.

Surakarta, Agustus 2012

Penulis

(3)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user iv DAFTAR ISI Halaman Judul ... i Lembar Pengesahan ... ii

Kata Pengantar ... iii

Daftar Isi... iv

Daftar Tabel ... ix

Daftar Gambar ... xi

Intisari ... xii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik ... 1

1.2. Penentuan Kapasitas Pabrik ... 2

1.3. Penentuan Lokasi Pabrik ... 5

1.4. Tinjauan Pustaka ... 6

1.4.1 Macam-Macam Proses ... 6

1.4.2 Alasan Pemilihan Proses ... 7

1.4.3 Kegunaan Produk ... 9

1.4.4 Sifat Fisis dan Kimia ... 9

1.4.5 Tinjauan Proses Secara Umum ... 13

BAB II DESKRIPSI PROSES ... 15

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ... 15

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku... 15

(4)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user v 2.1.3 Spesifikasi Produk ... 16 2.2. Konsep Proses ... 16 2.2.1 Dasar Reaksi... 16 2.2.2 Mekanisme Reaksi ... 16 2.2.3 Sifat Reaksi ... 17

2.3. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ... 20

2.3.1 Diagram Alir Proses ... 20

2.3.2 Tahapan Proses... 24

2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas ... 25

2.4.1 Neraca Massa ... 25

2.4.2 Neraca Panas ... 29

2.5. Lay Out Pabrik dan Peralatan ... 32

2.5.1 Lay Out Pabrik ... 32

2.5.2 Lay Out Peralatan ... 35

BAB III SPESIFIKASI ALAT ... 38

3.1 Reaktor ... 38 3.2 Decanter ... 39 3.3 Menara Distilasi ... 41 3.4 Condenser ... 46 3.5. Reboiler ... 44 3.6. Accumulator ... 46 3.7. Tangki Penyimpanan ... 48 3.8. Heat Exchanger ... 50

(5)

commit to user

vi

3.9 Pompa ... 52

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ... 54

4.1. Unit Pendukung Proses ... 54

4.1.1 Unit Pengadaan Air ... 55

4.1.1.1 Air Pendingin dan Air Pemadam Kebakaran ... 55

4.1.1.2 Air Konsumsi Umum dan Sanitasi ... 56

4.1.1.3 Air Umpan Boiler ... 58

4.1.1.4 Pengolahan Air ... 58

4.1.2 Unit Pengadaan Steam... 64

4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan... 66

4.1.4 Unit Pengadaan Listrik ... 66

4.1.4.1 Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas .... 67

4.1.4.2 Listrik untuk Penerangan ... 68

4.1.4.3 Listrik untuk AC ... 71

4.1.4.4 Listrik untuk Laboratorium dan Instrumentasi 71 4.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar... 72

4.2. Laboratorium ... 73

4.2.1 Laboratorium Fisik ... 74

4.2.2 Laboratorium Analitik ... 75

4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan... 75

4.2.4 Prosedur Analisa Bahan Baku ... 76

4.2.4.1 Infra Red Spectrofotometer (IRS) ... 76

(6)

commit to user

vii

4.2.4.3 Densitas ... 76

4.2.4.4 Viskositas ... 77

4.2.5 Prosedur Analisa Produk ... 77

4.2.5.1 Infra Red Spectrofotometer (IRS) ... 77

4.2.5.2 Gas Chromathography (GC) ... 77

4.2.6 Analisa Air ... 77

4.3 Unit Pengolahan Limbah... 78

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ... 80

5.1 Bentuk Perusahaan ... 80

5.2 Struktur Organisasi ... 81

5.3 Tugas dan Wewenang ... 86

5.3.1 Pemegang Saham ... 86

5.3.2 Dewan Komisaris ... 86

5.3.3 Dewan Direksi ... 87

5.3.4 Staf Ahli ... 88

5.3.5 Penelitian dan Pengembangan (Litbang) ... 88

5.3.6 Kepala Bagian ... 89

5.3.7 Kepala Seksi ... 92

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 93

5.4.1 Karyawan non shift ... 93

5.4.2 Karyawan Shift ... 93

5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah ... 95

(7)

commit to user

viii

5.6.1 Penggolongan Jabatan ... 96

5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji ... 97

5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ... 99

BAB VI ANALISIS EKONOMI ... 101

6.1 Penaksiran Harga Peralatan... 102

6.2 Penentuan Total Capital Investment (TCI) ... 105

6.2.1 Modal Tetap (Fixed Capital Investment) ... 106

6.2.2 Modal Kerja (Working Capital Investment) ... 107

6.3 Biaya Produksi Total (Total Production Cost) ... 107

6.3.1 Manufacturing Cost ... 107

6.3.1.1 Direct Manufacturing Cost (DMC) ... 107

6.3.1.2 Indirect Manufacturing Cost (IMC) ... 108

6.3.1.3 Fixed Manufacturing Cost (FMC) ... 108

6.3.2 General Expense (GE) ... 109

6.4 Keuntungan Produksi ... 109

6.5 Analisa Kelayakan ... 110

Daftar Pustaka ... xiii Lampiran

(8)

commit to user

ix DAFTAR TABEL

Tabel 1.1. Data Impor Metil Akrilat Indonesia ... 2

Tabel 1.2. Kapasitas Produksi Berbagai Pabrik di Dunia ... 4

Tabel 1.3. Perbandingan Proses Pembuatan Metil Akrilat ... 8

Tabel 2.1. Harga ΔGof Masing-masing Komponen ... 18

Tabel 2.2. Harga ΔHof Masing-masing Komponen ... 19

Tabel 2.3. Neraca Massa Tee ... 26

Tabel 2.4. Neraca Massa Reaktor I ... 26

Tabel 2.5. Neraca Massa Reaktor II ... 27

Tabel 2.6. Neraca Massa Dekanter ... 27

Tabel 2.7. Neraca Massa Menara Distilasi I ... 28

Tabel 2.8. Neraca Massa Menara Distilasi II ... 28

Tabel 2.9. Neraca Massa Overall ... 29

Tabel 2.10. Neraca Panas Tee ... 29

Tabel 2.11. Neraca Panas Reaktor I ... 30

Tabel 2.12. Neraca Panas Reaktor II ... 30

Tabel 2.13. Neraca Panas Dekanter ... 30

Tabel 2.14. Neraca Panas Menara Distilasi I ... 31

Tabel 2.15. Neraca Panas Menara Distilasi II ... 31

Tabel 3.1. Spesifikasi Menara Distilasi ... 41

Tabel 3.2. Spesifikasi Condenser ... 42

(9)

commit to user

x

Tabel 3.4. Spesifikasi Accumulator ... 46

Tabel 3.5. SpesifikasiTangki ... 48

Tabel 3.6. Spesifikasi Heat Exchanger ... 50

Tabel 3.7. SpesifikasiPompa ... 52

Tabel 4.1. Kebutuhan Air Pendingin ... 56

Tabel 4.2. Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi ... 57

Tabel 4.3. Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas ... 67

Tabel 4.4. Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan ... 69

Tabel 4.5. Total Kebutuhan Listrik Pabrik ... 71

Tabel 4.6. Total Kebutuhan Bahan Bakar Pabrik ... 72

Tabel 5.1. Jadwal Pembagian Kelompok Shift ... 94

Tabel 5.2. Jumlah Karyawan Menurut Jabatan ... 97

Tabel 5.3. Perincian Golongan dan Gaji Karyawan ... 98

Tabel 6.1. Indeks Harga Alat... 103

Tabel 6.2. Modal Tetap ... 106

Tabel 6.3. Modal Kerja... 107

Tabel 6.4. Direct Manufacturing Cost ... 107

Tabel 6.5. Indirect Manufacturing Cost ... 108

Tabel 6.6. Fixed Manufacturing Cost ... 108

Tabel 6.7. General Expense ... 109

(10)

commit to user

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Grafik Data Impor Metil Akrilat di Indonesia ... 3

Gambar 2.1. Mekanisme Reaksi Proses Esterifikasi ... 17

Gambar 2.2. Diagram Alir Proses ... 21

Gambar 2.3. Diagram Alir Kualitatif ... 22

Gambar 2.4. Diagram Alir Kuantitatif ... 23

Gambar 2.5. Lay Out Pabrik ... 34

Gambar 2.6. Lay Out Peralatan Proses... 37

Gambar 4.1. Skema Pengolahan Air Laut ... 60

Gambar 4.2. Skema Pengolahan Air KTI ... 63

Gambar 5.1. Struktur Organisasi PabrikMetil Akrilat ... 85

Gambar 6.1. Chemical Engineering Cost Index... 104

(11)

commit to user Prarancangan Pabrik Metil Akrilat

Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun

Bab I Pendahuluan

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik

Di negara yang sedang berkembang seperti Indonesia, berbagai kebutuhan produk-produk kimia belum seluruhnya dapat dihasilkan sendiri. Sebagian atau seluruhnya masih diimpor dari berbagai negara, terutama bahan-bahan yang merupakan produk antara untuk dijadikan berbagai produk lain yang lebih bermanfaat dan luas penggunaannya.

Produk antara yang banyak dibutuhkan tersebut antara lain produk-produk akrilat, salah satunya adalah metil akrilat. Metil akrilat adalah senyawa kimia yang mempunyai ikatan rangkap yang biasa digunakan sebagai bahan baku untuk produksi polimer (poliakrilat). Polimer ini digunakan sebagai cat (coating), bahan perekat, dan binder untuk industri kulit, kertas dan tekstil serta untuk komponen kopolimer dari acrylic fiber.

Hasil polimerisasi dari metil akrilat ini bisa memiliki sifat fisis yang bervariasi dengan mengontrol rasio monomer yang digunakan. Sifat dari hasil polimerisasi pada umumnya mempunyai daya tahan tinggi terhadap bahan-bahan kimia dan juga terhadap lingkungan, sangat jernih dan kuat. Begitu banyak manfaat dari metil akrilat sehingga pendirian pabrik metil akrilat di Indonesia tentu berdampak bagus bagi industri-industri yang menggunakannya dalam proses-proses kimia karena akan semakin mudah untuk mendapatkannya di dalam negeri, mengingat bahwa industri metil akrilat masih jarang terdapat di Indonesia.

(12)

Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₂

Bab I Pendahuluan

1.2 Penentuan Kapasitas Pabrik

Kapasitas produksi dari pabrik akan mempengaruhi perhitungan teknis maupun ekonomis dalam perancangan pabrik. Semakin besar kapasitas produksinya maka kemungkinan keuntungannya juga semakin besar. Namun ada faktor-faktor lain yang harus dipertimbangkan dalam penentuan kapasitas produksi, seperti kebutuhan pasar dan ketersediaan bahan baku.

a. Kebutuhan metil akrilat di Indonesia

Impor metil akrilat di dalam negeri tahun 2004 - 2010 dapat dilihat pada tabel 1.1.

Tabel 1.1 Data Impor Metil Akrilat Indonesia Tahun Impor (ton)

2004 13289 2005 12955 2006 16725 2007 23682 2008 34228 2009 29387 2010 26807 (Undata, 2011) Dari tabel 1.1 dibuat grafik linier untuk memperkirakan impor metil akrilat pada tahun 2017.

(13)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₃

Bab I Pendahuluan

Gambar 1.1 Grafik Data Impor Metil Akrilat di Indonesia

Dari Gambar 1.1 diperoleh suatu persamaan regresi linier untuk mengetahui kebutuhan metil akrilat pada tahun 2017 :

y = (3247,16 X) - 6494603 y = (3247,16 x 2017 ) – 6494603 y = 54.999 ton

b. Kapasitas produksi pabrik metil akrilat yang sudah berdiri

Untuk memproduksi metil akrilat harus diperhitungkan juga kapasitas produksi yang menguntungkan. Sebagai perbandingan kapasitas produksi dari berbagai pabrik yang telah ada sebagaimana terlihat pada tabel 1.2.

y = 3.247,16x - 6.494.603 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 2003 2005 2007 2009 2011 K a pa sit a s (t o n/ta hu n) Tahun

(14)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₄

Bab I Pendahuluan

Tabel 1.2 Kapasitas Produksi Berbagai Pabrik di Dunia

Pabrik Kapasitas

Toa GoseiCo., Ltd. 22.000 ton/tahun

Arkema Inc. 45.000 ton/tahun

Singapore Acrylic EsterPte., Ltd. 82.000 ton/tahun

( www.sumitomo-chem.co.jp ) Dari Tabel 1.2 dapat diketahui kapasitas produksi minimal di dunia sebesar 22.000 ton/tahun. Sedangkan kebutuhan metil akrilat di dalam negeri adalah sebesar 54.999 ton/tahun. Maka dapat disimpulkan bahwa kapasitas pabrik metil akrilat sebesar 55.000 ton/tahun, sehingga diharapkan:

1. Dapat memenuhi kebutuhan metil akrilat dalam negeri.

2. Dapat memberikan keuntungan karena kapasitas rancangan berada diatas kapasitas terkecil pabrik yang ada di dunia.

3. Dapat merangsang berdirinya industri-industri lainnya yang menggunakan bahan baku metil akrilat.

c. Ketersediaan bahan baku

Bahan baku Metanol yang digunakan dalam pembuatan metil akrilat diperoleh dari PT. Kaltim Methanol Industri, Kalimantan Timur, yang mempunyai kapasitas produksi 660.000 ton/tahun. Sedangkan asam akrilat diperoleh dari PT. Nippon Shokubai Indonesia (NSI), Cilegon, yang mempunyai kapasitas produksi 80.000 ton/tahun sehingga ketersediaan bahan baku tidak menjadi masalah karena cukup tersedia.

(15)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₅

Bab I Pendahuluan

1.3 Penentuan Lokasi Pabrik

Letak geografis suatu pabrik mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap keberhasilan perusahaan. Beberapa faktor dapat menjadi acuan dalam menentukan lokasi pabrik antara lain, penyediaan bahan baku, pemasaran produk, transportasi dan tenaga kerja. Berdasarkan tinjauan tersebut maka lokasi pabrik metil akrilat ini dipilih di Cilegon, Banten dengan pertimbangan sebagai berikut :

a. Dekat dengan pabrik salah satu bahan baku yaitu PT. Nippon Shokubai Indonesia (NSI) penghasil asam akrilat, sedangkan metanol dari P.T. Kaltim Methanol Industri, Kalimantan Timur.

b. Wilayah Cilegon termasuk salah satu kawasan industri yang ditetapkan oleh pemerintah, sehingga permasalahan perijinan pendirian pabrik tidak menjadi masalah.

c. Pemasaran produk metil akrilat yang akan didirikan ditujukan untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, diantaranya akan dijual ke berbagai pabrik yang menggunakan metil akrilat sebagai bahan baku produksi polimer diantaranya PT. Shin-Etsu Polymer Indonesia, Karawang dan PT. WMK (Polymer&Plastic Chemicals) Indonesia, Bandung.

d. Tersedianya sarana transportasi yang memudahkan lalu lintas kegiatan produksi dan kemudahan distribusi dan juga dekat dengan laut sehingga transportasi lebih mudah.

(16)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₆

Bab I Pendahuluan

Gambar 1.2 Gambar Pemilihan Lokasi Pabrik

1.4. Tinjauan Pustaka 1.4.1. Macam-Macam Proses

Ada beberapa cara pembuatan metil akrilat, antara lain : a. Proses Asetilen

Pada proses ini metil akrilat dibuat dengan mereaksikan asetilen dengan alkohol dalam suasana asam dengan katalis nikel karbonil pada tekanan atmosferis pada suhu 40 0C. Kerugian proses ini adalah kesulitan dalam penanganan nikel karbonil yang beracun dan korosif. Reaksi :

4C2H2 + 4CH3OH + 2HCl + Ni(CO)4 → 4CH2=CHCOOCH3 + NiCl2 + H2

(17)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₇

Bab I Pendahuluan

b. Proses Ketene

Pada proses ini bahan baku yang digunakan adalah asam asetat. Bahan ini dipirolisa menjadi ketene. Lalu ketene direaksikan dengan monomer formaldehid membentuk β-propiolactone. Senyawa ini selanjutnya dikonversi menjadi akrilat. Metode ini tidak dipakai karena banyaknya tahapan yang harus dilewati dan juga sifat racun dari β-propiolactone.

Reaksi :

CH3COOH → CH2=C=O → CH2-C=O → H2=CHCOOCH3 + H2O

(Ullman, 1985) c. Proses Esterifikasi Asam Akrilat.

Pada proses ini, asam akrilat direaksikan dengan metanol dengan katalis asam sulfat membentuk metil akrilat. Reaksi esterifikasi ini berlangsung pada suhu 50-100oC dan tekanan atmosferis. Perbandingan mol asam akrilat dan metanol yang digunakan adalah 1:1. Reaksi tersebut berlangsung pada reaktor alir tangki berpengaduk. Reaksi :

CH2CHCOOH + CH3OH → CH2CHCOOCH3 + H2O

(Ullman, 1985) 1.4.2 Alasan Pemilihan Proses

Perbandingan antara proses pembuatan metil akrilat dapat dilihat pada Tabel 1.3

(18)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₈

Bab I Pendahuluan

Tabel 1.3 Perbandingan Proses Pembuatan Metil Akrilat Proses Kondisi Operasi Kelebihan Kekurangan Proses Asetilen P= 1atm T= 40 oC - Produk samping bukan merupakan zat beracun.

- Bahan baku gas alam terbatas. - Menggunakan katalis nikel karbonil yang beracun dan korosif Proses Ketene P= 1 atm T= 150oC - Bahan baku mudah didapatkan - Menghasilkan β-propiolactone

yang bersifat racun - Prosesnya melalui banyak tahapan Proses Esterifikasi P=1 atm T=60-100oC - Bahan baku relatif mudah didapat. - Produk samping bukan merupakan zat beracun. - Membutuhkan katalis asam yang bersifat korosif. - Waktu reaksi

(19)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₉

Bab I Pendahuluan

Dari Tabel 1.3 proses pembuatan metil akrilat yang dipilih adalah proses esterifikasi, dengan pertimbangan:

a. Bahan baku yang relatif mudah didapatkan. b. Kondisi operasi yang relatif lebih aman. c. Proses relatif lebih sederhana.

d. Produk samping yang dihasilkan tidak beracun. 1.4.3. Kegunaan Produk

Metil akrilat merupakan bahan baku untuk produksi polimer (poliakrilat). Polimer ini digunakan sebagai bahan perekat, binder untuk industri kulit, kertas, dan untuk komponen kopolimer dari acrylic fiber. Selain itu, polimer ini juga digunakan oleh berbagai pabrik cat (coating) yaitu PT. ICI Indonesia, Jakarta dan berbagai industri tekstil seperti PT. Acryl Textile Mills, Jakarta.

1.4.4. Sifat Fisis dan Kimia 1. Bahan baku

a. Asam akrilat ( CH2CHCOOH )

Sifat fisis :

- Berat molekul : 72 kg/kgmol - Titik didih : 141 oC - Titik lebur : 13,5 oC - Tekanan kritis : 56,6 bar - Suhu kritis : 380 oC - Densitas (30oC) : 1,040 g/mL

(20)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₁₀

Bab I Pendahuluan

- Viskositas (25oC) : 1,149 mPa.s - Panas penguapan (1 atm) : 45,6 kJ/mol - Panas pembakaran : 1.376 kJ/mol

(Perry, 1997) Sifat kimia :

- Reaksi esterifikasi

Reaksi esterifikasi terjadi jika asam akrilat direaksikan dengan suatu alkohol membentuk ester dari asam akrilat dan air. Reaksi :

CH2CHCOOH + ROH CH2 CHCOOR + H2O

- Reaksi addisi

Asam akrilat dapat diadisi dengan halogen, hidrogen, dan hidrogen sianida. Reaksi : CH2CHCOOH + HX H2CX-CH2COOR (Kirk Othmer, 1998) b. Metanol ( CH3OH ) Sifat Fisis :

- Berat molekul : 32 kg/kgmol - Titik didih : 64 oC - Titik lebur : -97,68 oC - Tekanan kritis : 79,9112 atm - Suhu kritis : 234,49 oC

(21)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₁₁

Bab I Pendahuluan

- Volume kritis : 0,118 m3/kmol - Rapat massa (30 oC) : 0,7957 g/cm3 - Viskositas (25 oC) : 0,5344 mPa.s - Panas pembentukan : -1.498,81 kcal/kg

(Perry, 1997) Sifat kimia :

Metanol adalah alkohol yang mempunyai ikatan karbon paling pendek. Metanol murni sangat penting dalam sintesa kimia. Metanol juga sangat beracun. Ada beberapa reaksi penting yang melibatkan Metanol, antara lain :

- Reaksi oksidasi

Reaksi oksidasi Metanol dengan bantuan katalis K2Cr2O7,

KmnO4, Na2Cr2O7 menghasilkan formaldehid.

Reaksi : CH3OH + O2 HCHO + H2O

- Reaksi Esterifikasi

Reaksi Esterifikasi antara Metanol dengan Asam format akan menghasilkan metil format.

Reaksi : CH3OH + HCOOH HCOOCH3 + H2O

- Reaksi Substitusi

Reaksi ini antara Metanol dan HCl dengan bantuan katalis ZnCl2 menghasilkan Metil klorida.

Reaksi : CH3OH + HCl CH3Cl + H2O

(22)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₁₂

Bab I Pendahuluan

2. Bahan pembantu

Asam sulfat ( H2SO4 ), sebagai katalis

Sifat fisis :

- Bentuk : Cairan tidak berwarna - Berat molekul : 98,08 kg/kgmol - Spesific gravity : 1,834

- Titik didih : 336,85 oC - Titik leleh : 10,49 oC - Densitas pada suhu 25 oC : 1,833 g/mL

(Perry, 1997) Sifat Kimia :

- Dengan basa membentuk garam dan air

H2SO4 + 2 NaOH Na2SO4 + 2 H2O

- Dengan garam membentuk garam dan asam lain H2SO4 + 2 NaCl Na2SO4 + 2HCl

(Kirk Othmer, 1998) 3. Produk

Metil akrilat ( CH2CHCOOCH3 )

Sifat Fisis :

- Berat molekul : 86 kg/kmol - Titik didih : 80 oC - Titik lebur : -76 oC - Tekanan kritis : 41,9442 atm

(23)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₁₃

Bab I Pendahuluan

- Suhu kritis : 262,85 oC - Volume kritis : 270 liter/kmol - Densitas (30 oC) : 0,9565 g/cm3 - Viskositas (25 oC) : 0,49 mPa.s - Panas Pembentukan : -92,465

- Kapasitas panas cairan : 275500 -1147T + 2,568T2 J/KmolC (Perry, 1997) Sifat kimia :

- Bereaksi secara tak terkendali dengan oksidan kuat yang akan menyebabkan ledakan dan kebakaran.

- Mudah terpolimerisasi pada suhu yang tinggi.

(Ullman, 1985) 1.4.5. Tinjauan Proses Secara Umum

Proses pembuatan metil akrilat dijalankan pada fasa cair dengan mereaksikan metanol dan asam akrilat dengan katalis asam sulfat pada temperatur 60-100˚C dan tekanan atmosferis. Reaksi yang terjadi tergolong reaksi esterifikasi.

Esterifikasi didefinisikan sebagai suatu proses yang menghasilkan senyawa ester. Proses esterifikasi yang paling umum digunakan adalah esterifikasi antara asam karboksilat dengan alkohol yang menghasilkan ester dan air.

Reaksi : RCOOH + R’OH RCOOR’ + H2O

Reaksi esterifikasi dapat dipercepat dengan katalis asam kuat, seperti asam sulfat. Katalis hanya menaikkan kecepatan esterifikasi tetapi tidak merubah

(24)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₁₄

Bab I Pendahuluan

kesetimbangan reaksi. Dengan adanya katalis berupa asam kuat, dapat menambah muatan positif, sehingga asam akan mengesterifikasi lebih cepat. Asam sulfat dipilih sebagai katalisator karena efisien, harganya murah, efek korosif terhadap logam lebih rendah dari pada asam lain. Tetapi bila suhu terlalu tinggi dan digunakan terlalu banyak, asam sulfat dapat mendehidrasi alkohol yang digunakan. Untuk mengatasi efek korosi dari asam organik dan asam sulfat pada suhu yang relatif tinggi, peralatan yang digunakan berupa bahan yang tahan korosif. (Kirk Othmer, 1998)

(25)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₁₅

Bab II Deskripsi Proses

15 BAB II

DESKRIPSI PROSES

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk 2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku

a. Asam akrilat (CH2CHCOOH)

- Bentuk : cair - Kemurnian, % berat : min 99 %

- Impuritas, % berat : air, maksimal 1 %

(www.shokubai.co.jp) b. Metanol (CH3OH)

- Bentuk : cair

- Kemurnian, % berat : min 99,85 %

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

(www.kaltimmethanol.com) 2.1.2. Spesifikasi Bahan Pembantu

Asam sulfat (H2SO4)

- Bentuk : cair

- Kemurnian, % berat : 98 % - Impuritas, % berat : air, 2 %

(26)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₁₆

2.1.3. Spesifikasi Produk

Metil akrilat (CH2CHCOOCH3)

- Bentuk : cair

- Kemurnian, % berat : min 99,5 %

- Impuritas, % berat : air, maksimal 0,5 %

(www.basf.com) 2.2. Konsep Proses

2.2.1. Dasar Reaksi

Proses pembuatan metil akrilat ( CH2CHCOOCH3 ) ini berlangsung di

dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) pada suhu 80 oC dan tekanan 1 atmosfir dengan bantuan katalis asam sulfat ( H2SO4 ).

Reaksi antara asam akrilat ( CH2CHCOOH ) dengan metanol ( CH3OH )

adalah suatu reaksi substitusi gugus radikal organik dengan ion hidrogen yang berasal dari asam. Dengan putusnya ikatan karbonil-oksigen atau ikatan alkil oksigen, maka terbentuklah air.

Reaksi :

CH2CHCOOH + CH3OH CH2CHCOOCH3 + H2O …….. (II-1)

2.2.2. Mekanisme Reaksi

Proses pembuatan metil akrilat dengan proses esterifikasi dilakukan dalam reaktor alir tangki berpengaduk. Di dalam reaktor terjadi reaksi sebagai berikut, esterifikasi suatu asam karboksilat berlangsung melalui serangkaian tahap protonasi dan deprotonasi. Oksigen karbonil diprotonasi, alkohol nukleofilik

(27)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₁₇

menyerang karbon positif, dan eliminasi air akan menghasilkan ester yang dimaksud.

RC-OH RC-OH RC-OH RC-OH

RC-OR׳ CR

Mekanisme tersebut dapat diringkas sebagai berikut:

RC-OH + R’OH R-COH RCOR’ + H2O

Gambar 2.1 Mekanisme Reaksi Proses Esterifikasi

(Fessenden & Fessenden, 1986)

2.2.3. Sifat Reaksi

a. Tinjauan Kinetika

Reaksi antara asam akrilat dengan metanol termasuk reaksi orde dua. Reaksi : Asam akrilat + Metanol Metil akrilat + Air Persamaan kecepatan reaksi :

-rA = k.CA.CB (II-2) -rA = k[CAo(1-xA)].[CBo-CAoxA] (II-3) jika : -H+ H+ OH | OH | +_OH || O || R׳O+- H _R׳ O | | H+ -H+ -H2O H+ OH | +_OH || O || OH | R׳O | R׳O | | R׳O RC-+OH2 RC+ O OH O || H+ || _| OR׳ | Ester Asam karboksilat ROH

(28)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₁₈

CBo/CAo = R

-rA = k.CAo2.[1-xA][R-xA] (II-4)

Dengan :

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

CBo = Konsentrasi metanol mula-mula, kmol/L

xA = Konversi dari asam akrilat

(US Patent 3.875.212)

b. Tinjauan Termodinamika

Reaksi : CH2CHCOOH + CH3OH CH2CHCOOCH3 + H2O

Jika ditinjau dari segi termodinamika, harga ΔGof masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat pada tabel 2.1. sebagai berikut :

Tabel 2.1 Harga ΔGof Masing-masing Komponen Komponen Harga ΔGof (kJ/mol) Asam akrilat (AA) -286,06

Metanol (M) -162,51

Metil akrilat (MA) -257,32

Air -228,6

(Yaws, 1999) Total ΔGo

r 298K = ΔGof produk – ΔGof reaktan (II-5)

= (ΔGo_{f MA + ΔG}o

f air )– (ΔGof AA + ΔGof M) = (-257,32 + (-228,6)) - (-286,06+(-162,51))

(29)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₁₉

= -37,35 kJ/mol = -37.350 kJ/kmol 15,075 298 8,314 37.350 RT f ΔG lnKo o           Ko = 3,524x106 298 1 1 ln K H x Ko R T To     _  _   ………...……(II-6) (Smith VanNess, 1987) dengan : Ko = konstanta kesetimbangan pada suhu 298 K

K = konstanta kesetimbangan pada suhu tertentu T = temperatur tertentu

ΔH298 = panas reaksi standar pada 298 K

Sedangkan harga ΔHo

f masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Harga ΔHof Masing-masing Komponen Komponen Harga ΔHof (kJ/mol) Asam akrilat (AA) -355,91

Metanol (M) -200,94

Metil Akrilat (MA) -333

Air -241,814

( Yaws, 1999 ) ΔHo

r298K = ΔHof produk – ΔHof reaktan ………(II-7)

= (ΔHo_{f MA + ΔH}o

f air) – (ΔHof AA + ΔHof M) = (-333 + (-241,814))-(-355,91 + (-200,94))

(30)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₂₀

= -17,964 kJ/mol = -17.964 kJ/kmol

Pada suhu 80 oC (353 K) besarnya konstanta kesetimbangan dapat dihitung sebagai berikut :

ln       _  298 1 353 1 314 , 8 964 . 17 10 524 , 3 x 6 x K K = 1,139 x 106

Karena harga K= k1/k2 besar, berarti harga k2 jauh lebih kecil bila

dibandingkan dengan harga k1 sehingga k2 diabaikan terhadap k1 dan

reaksi dianggap berjalan satu arah (irreversible).

2.3. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses 2.3.1. Diagram Alir Proses

Diagram alir prarancangan pabrik metil akrilat dari metanol dan asam akrilat dapat ditunjukkan dalam tiga macam, yaitu :

a. Diagram alir proses (Gambar 2.2) b. Diagram alir kualitatif (Gambar 2.3 ) c. Diagram alir kuantitatif ( Gambar 2.4 )

(31)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₂₁

(32)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₂₂

22

DIAGRAM ALIR KUALITATIF PABRIK METIL AKRILAT

R-01 Metil Akrilat Air Metanol Asam Akrilat Asam Sulfat P= 1 atm T= 80 o_C Metil Akrilat Air P= 1 atm T= 80 o_C R-02 MD-02 Metil Akrilat Air P= 1 atm T= 81,72 o_C Metil Akrilat Air P= 1 atm T= 95,005 o_C Decanter Metil Akrilat Air Metanol Asam Akrilat Asam Sulfat P= 1 atm T= 80 o_C Asam Akrilat Asam Sulfat Air P= 1 atm T= 176,53 o_C Metil Akrilat Air Metanol Asam Akrilat P= 1 atm T= 99,95 o_C MD- 01 Metanol Air P= 1 atm T= 30 o_C Asam akrilat Air P= 1 atm T= 30 o_C Asam Sulfat Air P= 1 atm T= 30 o_C Metil Akrilat Air Metanol Asam Akrilat Asam Sulfat P= 1 atm T= 80 o_C Produk Metil akrilat Air Asam Akrilat Asam Sulfat P= 1 atm T= 37,97 o_C

(33)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₂₃

23

DIAGRAM ALIR KUANTITATIF PABRIK METIL AKRILAT

R-01 R-02

MD-02 Decanter

Asam Akrilat = 13,286 kg/jam Asam Sulfat = 439,634 kg/jam Air = 9,106 kg/jam Jumlah = 462,028 kg/jam MD- 01 Produk Metil akrilat Metanol = 2685,441 kg/jam Air = 4,034 kg/jam Jumlah =2689,475 kg/jam

Asam Akrilat = 6028,958 kg/jam Air = 60,899 kg/jam Jumlah = 6089,857 kg/jam

Metil Akrilat = 6415,723 kg/jam Air = 1416,865 kg/jam Metanol = 298,196 kg/jam Asam Akrilat = 670,939 kg/jam Asam Sulfat = 439,638 kg/jam Jumlah = 9241,361 kg/jam Asam Sulfat = 0,000 kg/jam Air = 0,000 kg/jam Jumlah = 0,000 kg/jam

Metil Akrilat = 7201,095 kg/jam Air = 1581,245 kg/jam Metanol = 5,964 kg/jam Asam Akrilat = 13,419 kg/jam Asam Sulfat = 439,638 kg/jam Jumlah = 9241,361 kg/jam

Metil Akrilat = 7106,221 kg/jam Air = 163,465 kg/jam Jumlah = 7269,685 kg/jam

Metil Akrilat = 94,875 kg/jam Air = 1417,780 kg/jam Metanol = 5,964 kg/jam Asam Akrilat = 13,419 kg/jam Asam Sulfat = 439,638 kg/jam Jumlah = 1971,675 kg/jam

Metil Akrilat = 94,875 kg/jam Air = 1408,679 kg/jam Metanol = 5,964 kg/jam Asam Akrilat = 0,134 kg/jam Jumlah = 1509,645 kg/jam

(34)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₂₄

2.3.2 Tahapan Proses

Secara umum proses pembuatan metil akrilat dari asam akrilat dan metanol dapat dibagi menjadi tiga tahap, yaitu :

1. Unit Penyiapan Bahan

Bahan baku berupa asam akrilat (CH2CHCOOH) dari tangki penyimpanan

asam akrilat, metanol (CH3OH) dari tangki penyimpanan metanol pada kondisi

suhu 30 oC dan 1 atm, serta asam sulfat (H2SO4) sebagai katalisator dari tangki

penyimpanan asam sulfat pada suhu 30 oC dan tekanan 1 atm dipompa menuju reaktor pertama (R-01) yang dipasang seri dengan reaktor kedua (R-02) yang beroperasi pada 80 oC dan 1 atm.

2. Unit Reaksi

Reaksi pembentukan metil akrilat (CH2CHCOOCH3) dilakukan didalam

Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) yang disusun seri yang beroperasi secara isotermal pada 80 oC dan 1 atm. Perbandingan mol bahan baku asam akrilat (CH2CHCOOH) dan metanol (CH3OH) adalah 1:1. Sebagai katalisator digunakan

asam sulfat (H2SO4) 98%. Reaksi yang terjadi bersifat eksotermis, sehingga untuk

menjaga kondisi isotermal perlu dilakukan pengambilan panas. Panas diambil dari dalam reaktor melalui jaket pendingin.

3. Unit Pemurnian Produk

Tahap ini bertujuan untuk memperoleh produk metil akrilat (CH2CHCOOCH3) hingga mencapai kemurnian 99,5 %. Hasil reaksi dari reaktor

kedua dialirkan menuju decanter yang beroperasi pada suhu 80 oC dan tekanan 1 atm untuk memisahkan fase atas (ringan) dan fase bawah (berat). Fraksi bawah

(35)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₂₅

decanter yang berupa air, asam sulfat, asam akrilat, metanol, dan metil akrilat diumpankan ke menara distilasi pertama untuk merecycle asam sulfat.

Metil akrilat dan air yang berasal dari fraksi atas decanter, dialirkan ke menara distilasi kedua untuk mendapatkan metil akrilat dengan kemurnian 99,5%. Hasil atas menara distilasi kedua berupa produk metil akrilat 99,5% yang selanjutnya didinginkan menggunakan HE-02 sampai suhu 40 oC kemudian disimpan pada tangki penyimpanan pada suhu 30 oC. Sedangkan hasil bawahnya, didinginkan menggunakan HE-03 sampai suhu 40 oC yang selanjutnya dibuang ke Unit Pengolahan Limbah.

2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas

Produk : Metil akrilat 99,5 %

Kapasitas perancangan : 55.000 ton/tahun Waktu operasi selama 1 tahun : 330 hari

Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam

2.4.1. Neraca Massa

Diagram alir neraca massa sistem tabel Basis perhitungan : 1 jam operasi

(36)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₂₆

Tabel 2.3 Neraca Massa Tee

Komponen

Input Output

Arus 2 Arus 9 Arus 4

CH2CHCOOH 6.028,9581 13,2846 6.042,2427 CH3OH 0,0000 0,0000 0,0000 CH2CHCOOCH3 0,0000 0,0000 0,0000 H2O 60,8986 9,1064 70,0049 H2SO4 0,0000 439,6375 439,6375 Total 6.551,8851 6.551,8851

Tabel 2.4 Neraca Massa Reaktor I

Komponen

Arus 1 Arus 2 Arus 3 Arus 9 Arus 5 CH2CHCOOH 0,0000 6.028,9581 0,0000 13,2846 670,9398 CH3OH 2.685,4412 0,0000 0,0000 0,0000 298,1955 CH2CHCOOCH3 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 6.415,7229 H2O 4,0342 60,8986 0,0000 9,1064 1.416,8649 H2SO4 0,0000 0,0000 0,0000 439,6375 439,6375 Total 9.241,3605 9.241,3605

(37)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₂₇

Tabel 2.5 Neraca Massa Reaktor II

Komponen Input Output Arus 5 Arus 6 CH2CHCOOH 670,9398 13,4188 CH3OH 298,1955 5,9639 CH2CHCOOCH3 6.415,7229 7.201,0952 H2O 1.416,8649 1.581,2451 H2SO4 439,6375 439,6375 Total 9.241,3605 9.241,3605

Tabel 2.6 Neraca Massa Dekanter

Komponen

Arus 6 Arus 7 Arus 8 CH2CHCOOH 13,4188 13,4188 0,0000 CH3OH 5,9639 5,9639 0,0000 CH2CHCOOCH3 7.201,0952 94,8747 7.106,2205 H2O 1.581,2451 1.417,7803 163,4649 H2SO4 439,6375 439,6375 0,0000 Total 9.241,3605 9.241,3605

(38)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₂₈

Tabel 2.7 Neraca Massa Menara Distilasi I

Komponen

Arus 7 Arus 9 Arus 10 CH2CHCOOH 13,4188 13,2846 0,1342 CH3OH 5,9639 0,0000 5,9639 CH2CHCOOCH3 94,8747 0,0000 94,8747 H2O 1.417,7803 9,1064 1.408,6739 H2SO4 439,6375 439,6375 0,0000 Total 1.971,6752 1.971,6752

Tabel 2.8 Neraca Massa Menara Distilasi II

Komponen

Arus 8 Arus 11 Arus 12

CH2CHCOOH 0,0000 0,0000 0,0000 CH3OH 0,0000 0,0000 0,0000 CH2CHCOOCH3 7.106,2205 196,4982 6.909,7222 H2O 163,4649 128,7426 34,7222 H2SO4 0,0000 0,0000 0,0000 Total 7.269,6853 7.269,6853

(39)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₂₉

Tabel 2.9 Neraca Massa Overall

Komponen

Arus 1 Arus 2 Arus 3 Arus 10 Arus 11 Arus 12 CH2CHCOOH 0,0000 6.028,9581 0,0000 0,1342 0,0000 0,0000 CH3OH 2.685,4412 0,0000 0,0000 5,9639 0,0000 0,0000 CH2CHCOOCH3 0,0000 0,0000 0,0000 94,8747 196,4982 6.909,7222 H2O 4,0342 60,8986 0,0000 1.408,6739 128,7426 34,7222 H2SO4 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 Total 8.779,3320 8.779,3320 2.4.2. Neraca Panas

Tabel 2.10 Neraca Panas Tee

Panas masuk (kJ/jam) Panas keluar (kJ/jam)

Panas umpan masuk 1 63.826,019 Panas keluar campuran 175.473,77 Panas umpan masuk 2 111.647,7556

(40)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₃₀

Tabel 2.11 Neraca Panas Reaktor I

Panas umpan masuk 209.180,8770 Panas produk keluar 1.154.715,595 Panas reaksi 1.340.140,073 Pendingin yang dibutuhkan 394.605,3543

Total 1.549.320,95 Total 1.549.320,95

Tabel 2.12 Neraca Panas Reaktor II

Panas umpan masuk 1.154.715,595 Panas produk keluar 1.155.967,632 Panas reaksi 164.051,4815 Pendingin yang dibutuhkan 162.799,4452

Total 1.318.767,077 Total 1.318.767,077

Tabel 2.13 Neraca Panas Dekanter

Panas umpan masuk 1.155.967,6317 Panas produk keluar atas 782.330,7178 Panas produk keluar bawah 373.636,9139

(41)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₃₁

Tabel 2.14 Neraca Panas Menara Distilasi I

Panas dalam umpan 519.197,0781 Beban panas kondensor 4.840.233,24 Beban panas reboiler 4.887.420,4493 Panas dalam distilat 454.728,7875

Panas dalam bottom 111.655,5001

Total 5.406.617,527 Total 5.406.617,527

Tabel 2.15 Neraca Panas Menara Distilasi II Panas masuk (kJ/jam) Panas keluar (kJ/jam)

Panas dalam umpan 782.330,72 Beban panas kondensor 5.252.408,79 Beban panas reboiler 5.285.266,71 Panas dalam distilat 751.015,56

Panas dalam bottom 64.173,07

(42)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₃₂

2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan 2.5.1 Lay Out Pabrik

Tata letak pabrik merupakan suatu pengaturan yang optimal dari seperangkat fasilitas-fasilitas dalam pabrik. Tata letak yang tepat sangat penting untuk mendapatkan efisiensi, keselamatan, dan kelancaran kerja para pekerja serta keselamatan proses.

Untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik adalah :

1. Pabrik Metil Akrilat ini merupakan perancangan awal, sehingga penentuan

lay out dibatasi oleh bangunan yang ada.

2. Kemungkinan perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik di masa depan.

3. Faktor keamanan sangat diperlukan untuk bahaya kebakaran dan ledakan, maka perencanaan lay out selalu diusahakan jauh dari sumber api, bahan panas, dan dari bahan yang mudah meledak, juga jauh dari asap atau gas beracun.

4. Sistem kontruksi yang direncanakan adalah outdoor untuk menekan biaya bangunan dan gedung, dan juga karena iklim Indonesia memungkinkan konstruksi secara outdoor.

5. Lahan terbatas sehingga diperlukan efisiensi dalam pemakaian dan pengaturan ruangan / lahan.

(43)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₃₃

Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu : a. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol

merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran operasi. Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendalian proses, kualitas, dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang dijual

b. Daerah proses

Merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses berlangsung.

c. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk.

Merupakan daerah untuk tangki bahan baku dan produk. d. Daerah gudang, bengkel dan garasi.

Merupakan daerah untuk menampung bahan-bahan yang diperlukan oleh pabrik dan untuk keperluan perawatan peralatan proses.

e. Daerah utilitas

Merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung proses berlangsung dipusatkan.

f. Daerah pengembangan

Merupakan area kosong yang disediakan apabila pabrik akan melakukan perluasan daerah proses.

(44)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₃₄

Skala = 1 : 1000 Keterangan : Taman : Arah jalan PROSES Area Perluasan Utilitas U P L C o n tr o l R o o m L a b o ra to ri u m Ruang Generator G u d a n g S a fe ty Pemadam Kebakaran B e n g k e l P o lik lin ik KANTOR Parkir Parkir kantin mushola Pintu Darurat G a ra s i P o s k e a m a n a n

(45)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₃₅

2.5.2. Lay Out Peralatan

Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan lay out peralatan proses pada pabrik Metil Akrilat, antara lain :

1. Aliran bahan baku dan produk

Pengaliran bahan baku dan produk yang tepat akan memberikan keuntungan ekonomi yang besar serta menunjang kelancaran dan keamanan produksi.

2. Aliran udara

Aliran udara di dalam dan di sekitar area proses perlu diperhatikan kelancarannya. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya stagnasi udara pada suatu tempat sehingga mengakibatkan akumulasi bahan kimia yang dapat mengancam keselamatan pekerja.

3. Cahaya

Penerangan seluruh pabrik harus memadai dan pada tempat-tempat proses yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu adanya penerangan tambahan. 4. Lalu lintas manusia

Dalam perancangan lay out pabrik perlu diperhatikan agar pekerja dapat mencapai seluruh alat proses dangan cepat dan mudah. Hal ini bertujuan apabila terjadi gangguan pada alat proses dapat segera diperbaiki. Keamanan pekerja selama menjalani tugasnya juga diprioritaskan.

5. Pertimbangan ekonomi

Dalam menempatkan alat-alat proses diusahakan dapat menekan biaya operasi dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi pabrik.

(46)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₃₆

6. Jarak antar alat proses

Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi tinggi sebaiknya dipisahkan dengan alat proses lainnya, sehingga apabila terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut maka kerusakan dapat diminimalkan.

(Vilbrant, 1959) Tata letak alat-alat proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga : - Kelancaran proses produksi dapat terjamin.

- Dapat mengefektifkan luas lahan yang tersedia.

- Karyawan mendapat kepuasan kerja agar dapat meningkatkan produktifitas kerja disamping keamanan yang kerja.

(47)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₃₇

T-01 T-02 T-04/A T-04/B R-02 DC MD-01 HE-01 RB-01 CD-01 MD-02 HE-02 RB-02 CD-02 HE-03 ACC-01 ACC-02 7 m 4 m 26,29 m 15 m R-01 21 m 16 m 10 m 5 m 5 m 7 m SKALA 1:300 10 0 m 80 m 2 m 2 m KETERANGAN: T-01 : TANGKI METANOL

T-02 : TANGKI ASAM AKRILAT

T-04 : TANGKI METIL AKRILAT

R-01 : REAKTOR I R-02 : REAKTOR II DC : DECANTER MD-01 : MENARA DISTILASI I MD-02 : MENARA DISTILASI II CD-01 : CONDENSER MD-01 RB-01 : REBOILER MD-01 ACC-01 : ACCUMULATOR MD-01 CD-02 : CONDENSER MD-02 RB-02 : REBOILER MD-02 ACC-02 : ACCUMULATOR MD-02

HE-01 : HEAT EXCHANGER I

HE-02 : HEAT EXCHANGER II

HE-03 : HEAT EXCHANGER III

(48)

commit to user

5

Prarancangan Pabrik Metil Akrilat

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₅₅

Bab III Spesifikasi Alat 38

BAB III

SPESIFIKASI ALAT

3.1 Reaktor

Kode : R-01, R-02

Tugas : Mereaksikan metanol dan asam akrilat menggunakan katalis asam sulfat

Tipe : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk Jumlah : 2 buah

Volume : 319,55 ft3 = 9,05 m3

Bahan : Low Alloy Steel SA 204 grade C Kondisi : P = 1 atm T = 80 0C t = 44,62 menit Dimensi shell : Diameter tangki : 6,9624 ft (2,1220 m) Tinggi tangki : 6,9624 ft (2,1220 m) Tebal shell : 0,1875 in Dimensi head :

Bentuk : Torispherical dished head

Tebal head : 0,25 in

(49)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₃₉

Bab III Spesifikasi Alat Pengaduk :

Tipe : 6 blade plate turbine impeller with 4 baffle

Jumlah : 1 buah

Diameter : 2,3208 ft (0,7074 m)

Jarak impeller dengan bottom : 2,3788 ft (0,2751 m) Kecepatan : 91,9256 rpm Power : 6 HP Tegangan : 220/380 volt Frekuensi : 50 Hz Jaket pendingin : Tinggi jaket : 6,9624 ft (2,1222 m)

Lebar jaket untuk R-01 : 0,1384 ft (0,0422 m) untuk R-02 : 0,0807 ft (0,0246 m) Tinggi cairan : 6,2746 ft (1,9125 m) Suhu masuk : 30 0C Suhu keluar : 40 0C 3.2 Decanter Kode : DC

Fungsi : Memisahkan campuran berdasarkan kelarutan Jenis : Continuous gravity decanter

Bentuk : Silinder horizontal Jumlah : 1 buah

(50)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₄₀

Bab III Spesifikasi Alat Bahan : Low Alloy Steel SA 204 grade C

Kondisi Operasi :

Tekanan : 1 atm Suhu : 80 0C

Waktu tempuh : 457,99 detik (7,6332 menit) Waktu settling : 33,39 detik (0,5565 menit) Dimensi shell :

Diameter : 0,7642 m Panjang : 2,2926 m Tebal : 0,1875 in Dimensi head :

Jenis : Torispherical dished head

Tebal : 0,1875 in Panjang : 0,1741 m

Panjang total : 2,6408 m Tinggi keluaran fase atas : 0,5403 m Tinggi keluaran fase bawah : 0,4542 m Tinggi permukaan interface : 0,1695 m

(51)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₄₁

Bab III Spesifikasi Alat 3.3 Menara Distilasi

Tabel 3.1 Spesifikasi Menara Distilasi

Spesifikasi Menara Distilasi I Menara Distilasi II

Kode MD-01 MD-02

Fungsi

Merecycle asam sulfat yang akan dikembalikan

ke reaktor pertama (R-01)

Memisahkan produk metil akrilat dan air dengan top product larutan metil akrilat

99,5% wt

Jenis Tray column Tray column

Jumlah 1 buah 1 buah

Material

Low Alloy Steel SA 204

grade C Stainless steel SA 167 grade 3 type 304 Tekanan operasi 1 atm 1 atm Suhu top 99,95o C 81,72o C Suhu bottom 176,53oC 95,005oC Diameter 0,9366 m 1,2547 m Tebal shell atas 0,0064 m (0,25 in) 0,0048 m (0,1875 in) Tebal shell bawah 0,0159 m (0,625 in) 0,0079 m (0,3125 in)

(52)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₄₂

Bab III Spesifikasi Alat Spesifikasi Menara Distilasi I Menara Distilasi II Tinggi head atas 0,2069 m 0,2462 m Tinggi head bawah 0,2085 m 0,2462 m Tebal head atas 0,00476 m (0,1875 in) 0,00476 m (0,1875 in) Tebal head bawah 0,0635 m (0,25 in) 0,00476 m (0,1875 in)

Jenis plate Sieve tray Sieve tray

Jumlah plate 33 22

Plate spacing

0,5 m 0,5 m

Feed plate Plate ke-6 dari atas Plate ke-11 dari atas

Tinggi total 22,5332 m 18,4319 m

3.4 Condenser

Tabel 3.2 Spesifikasi Condenser

Spesifikasi Condenser 1 Condenser 2

Kode alat CD-01 CD-02

Fungsi Mengkondensasikan uap hasil atas MD-01

Mengkondensasikan uap hasil atas MD-02

(53)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₄₃

Bab III Spesifikasi Alat Spesifikasi Condenser 1 Condenser 2

Beban panas 4.840.233,24 kJ/jam 5.252.408,79 kJ/jam Luas transfer

panas

291,7789 ft2 623,2589 ft2

Panjang pipa 1,8288 m 1,8288 m

Shell side

Fluida Vapor top product MD-01 Vapor top product MD-02

Laju alir 2.332 kg/jam 13.707,85 kg/jam

Material Stainless steel SA 167

grade 3 type 304 Stainless steel SA 167 grade 3 type 304 Suhu masuk 99,95 oC 81,721 oC Suhu keluar 99,70 oC 81,362 oC ID shell 39 in 39 in Baffle 29,25 in 29,25 in Pass 1 1 Presssure drop 0,3212 psi 1,7358 psi Tube side

Fluida Air pendingin Air pendingin

Laju alir 94.448,0833 kg/jam 102.490,9170 kg/jam

(54)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₄₄

Bab III Spesifikasi Alat Spesifikasi Condenser 1 Condenser 2

Suhu masuk 30o C 30o C Suhu keluar 40o C 40o C OD tube 0,75 in 0,75 in ID tube 0,652 in 0,652 in BWG 18 18 Jumlah tube 248 530

Susunan Triangular Triangular

Pitch 1 in 1 in

Pass 2 2

Presssure drop

4,6316 psi 1,4019 psi

Rd required 0,0015 hr.ft2F/BTU 0,0015 hr.ft2F/BTU

Rd calculated 0,0017 hr.ft2F/BTU 0,0024 hr.ft2F/BTU

3.5 Reboiler

Tabel 3.3 Spesifikasi Reboiler

Spesifikasi Reboiler 1 Reboiler 2

Kode alat RB-01 RB-02

(55)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₄₅

Bab III Spesifikasi Alat

liquid hasil bawah MD-01 liquid hasil bawah MD-02

Tipe Kettle Kettle

Beban panas 4.887.420,4493 kJ/jam 5.285.266,7055 kJ/jam

Panjang pipa 1,8288 m 1,8288 m

Shell side

Fluida Hasil bawahMD-01 Hasil bawahMD-02 Laju alir 11.430,10 kg/jam 5.922,28 kg/jam Material Low Alloy Steel SA 204

grade C Stainless steel SA 167 grade 3 type 304 Suhu masuk 176,5296 oC 95,005 oC Suhu keluar 176,5440 oC 95,007 oC ID shell 29 in 19,25 in Baffle 21,75 in 14,437 in Pass 1 1 Presssure drop Diabaikan Diabaikan Tube side

Fluida Steam Steam

Laju alir 2.490,6433 kg/jam 2.438,5659 kg/jam

(56)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₄₆

Bab III Spesifikasi Alat

Suhu masuk 193,89 oC 132,222 oC Suhu keluar 193,89 oC 132,222 oC OD tube 0,75 in 0,75 in ID tube 0,652 in 0,652 in BWG 18 18 Jumlah tube 630 333

Susunan Triangular Triangular

Pitch 1 in 1 in

Pass 2 2

Presssure drop

0,0080 psi 0,0081 psi

Rd required 0,0010 hr.ft2F/BTU 0,0010 hr.ft2F/BTU

Rd calculated 0,0012 hr.ft2F/BTU 0,0013 hr.ft2F/BTU

3.6 Accumulator

Tabel 3.4 Spesifikasi Accumulator

Spesifikasi Accumulator 1 Accumulator 2

Kode alat ACC-01 ACC-02

Fungsi Menyimpan kondensat dari CD-01

Menyimpan kondensat dari CD-02

(57)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₄₇

Bab III Spesifikasi Alat Spesifikasi Accumulator 1 Accumulator 2

Tipe Tangki horizontal Tangki horizontal

Suhu operasi 99,70 oC 81,212 oC

Tekanan operasi 1 atm 1 atm

Material Stainless steel SA 167

grade 3 type 304 Stainless steel SA 167 grade 3 type 304 Volume 0,4889 m3 3,1220 m3 Shell Diameter 0,5786 m 1,0734 m Panjang shell 1,7375 m 3,2202 m

Tebal shell 0,004763 m (0,1875 in) 0,004763 m (0,1875 in)

Head

Tebal head 0,004763 m (0,1875 in) 0,00635 m (0,25 in)

Panjang head 0,1391 m 0,2175 m

(58)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₄₈

Bab III Spesifikasi Alat 3.7 Tangki Penyimpanan

Tabel 3.5 Spesifikasi Tangki Spesifikasi Tangki Bahan Baku Tangki Bahan Baku Tangki Produk Kode alat T-01 T-02 T-04 Fungsi Menyimpan metanol selama 30 hari Menyimpan asam akrilat selama 15 hari Menyimpan metil akrilat selama 30 hari Tipe Tangki silinder

tegak dasar rata dan atap conical

Tangki silinder tegak dasar rata dan atap conical

Jumlah 1 buah 1 buah 2 buah

Volume 18.664 bbl (783.916,7179 gallon) 15.912,8232 bbl (668.338,576 gallon) 40.004,36 bbl (1.680.183,104 gallon) Suhu operasi 30 oC 30 ºC 30 ºC Tekanan operasi

1 atm 1 atm 1 atm

Material Carbon steel

SA 283 C Stainless steel SA 167 grade 3 type 304 Stainless steel SA 167 grade 3 type 304 Dimensi tangki Diameter 18,2880 m 18,288 m 21,3360 m

(59)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₄₉

Bab III Spesifikasi Alat Spesifikasi Tangki Bahan Baku Tangki Bahan Baku Tangki Produk Tinggi 12,8016 m 10,973 m 9,1440 m Tebal shell Course 1 1,25 in (0,0317 m) 1,125 in (0,0286 m) 1,375 in (0,0349 m) Course 2 1,1875 in (0,0302 m) 1 in (0,0254 m) 1,25 in (0,0317m) Course 3 1,125 in (0,0286 m) 1 in (0,0254 m) 1,25 in (0,0317 m) Course 4 1 in (0,0254 m) 0,875 in (0,0222 m) 1,125 in (0,0286 m) Course 5 1 in (0,0254 m) 0,875 in (0,0222 m) 1 in (0,0254 m) Course 6 0,9375 in (0,0238 m) 0,875 in (0,0222 m) Course 7 0,875 in (0,0222 m) Tebal head 0,25 in (0,0063 m) 0,4375 in (0,0111 m) 0,25 in (0,0063 m) Tinggi head 1,2212 m 1,3457 m 1,7592 m Sudut θ 7,611o 8,372o 9,369o Tinggi total 14,0228 m 12,3185 m 10,9032 m

(60)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₅₀

Bab III Spesifikasi Alat 3.8 Heat Exchanger

Tabel 3.6 Spesifikasi Heat Exchanger

Spesifikasi Heat Exchanger 1 Heat Exchanger 2 Heat Exchanger 3

Kode alat HE-01 HE-02 HE-03

Fungsi Menurunkan suhu campuran keluaran ACC-01 yang akan dibuang ke UPL Menurunkan suhu campuran keluaran ACC-02 yang akan disimpan ke tangki penyimpanan metil akrilat 99,5 %wt Menurunkan suhu campuran keluaran RB-02 yang akan dibuang ke UPL

Tipe Double pipe Double pipe Double pipe

Jumlah 1 buah 1 buah 1 buah

Beban panas 363.344,5358 kJ/jam 556.544,9279 kJ/jam 50.615,3142 kJ/jam Annulus Fluida Campuran keluaran ACC-01

Larutan metil akrilat 99,5 %wt

Campuran keluaran RB-02 Laju alir 1509,65 kg/jam 6.944,44 kg/jam 325,24 kg/jam Material Stainless steel SA 167 grade 3 type 304

Suhu masuk 99,6976 oC 81,3624 oC 95,007 oC

Suhu keluar 40 oC 40 oC 40 oC

OD 4,5 in 3,5 in 3,5 in

(61)

Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun ₅₁

Bab III Spesifikasi Alat Spesifikasi Heat Exchanger 1 Heat Exchanger 2 Heat Exchanger 3

Pressure drop

0,3954 psi 2,1627 psi 0,0561 psi

Inner pipe

Fluida Air Pendingin Air Pendingin Air Pendingin Laju alir 8.679,3812 kg/jam 13.294,4496 kg/jam 1.209,0717 kg/jam Material Titanium Suhu masuk 30 oC 30 oC 30 oC Suhu keluar 40 oC 40 oC 40 oC OD 3,5 in 2,38 in 2,38 in ID 3,068 in 2,067 in 2,067 in Pressure drop

0,0007 psi 0,0207 psi 0,0007 psi

Rd required 0,0015 hr.ft2F/BTU 0,0015 hr.ft2F/BTU 0,0015 hr.ft2F/BTU Rd calculated 0,0020 hr.ft2F/BTU 0,0024 hr.ft2F/BTU 0,0018 hr.ft2F/BTU