NASKAH PUBLIKASI
PRARANCANGAN PABRIK SODIUM DODEKILBENZEN
SULFONAT
DENGAN PROSES SULFONASI OLEUM
KAPASITAS 120.000 TON/TAHUN
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Strata I Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oleh:
WAWAN KURNIAWAN D 500 100 026
Dosen Pembimbing:
Dr. Ir. AHMAD M. FUADI, MT ROIS FATONI ST, M.Sc, Ph.D
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SURAKARTA
2015
3 INTISARI
Sodium dodekilbenzen sulfonat (SDBS) merupakan surfaktan, yaitu bahan baku yang digunakan sebagai bahan pembersih, bahan dasar pembuatan sabun dan deterjen serta pembersih lainnya. Senyawa SDBS memiliki sifat linier-alkilbenzen sulfonat (LAS) yaitu rantai alkil lurus yang mampu berdegradasi dengan bantuan mikroorganisme sehingga dapat terurai secara alami di air. Kebutuhan deterjen oleh masyarakat saat ini semakin meningkat baik untuk konsumsi rumah tangga maupun industri, ini berarti kebutuhan SDBS sebagai bahan baku deterjen juga semakin meningkat.
Pabrik SDBS berkapasitas 120.000 ton per tahun dengan kemurnian 85% direncanakan akan didirikan di Tangerang, Banten. Pabrik ini membutuhkan bahan baku dodekilbenzen (DDB) sebanyak 77.623,04 ton/tahun, oleum 20% sebanyak 95.670,3938 ton/tahun dan NaOH 40% sebanyak 36.381,82 ton/tahun. Utilitas yang diperlukan meliputi air sebanyak 211.177,7572 kg/jam, listrik 829,083kW, bahan bakar 365,15 L/jam, steam 3.032,9293 kg/jam. Reaksi antara DDB dan oleum 20% merupakan reaksi sulfonasi dalam fase cair membentuk dodekilbenzen sulfonat (DDBS). Proses sulfonasi dilakukan dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) pada suhu konstan sebesar 46 C dan tekanan 1 atm. Untuk memurnikan hasil sulfonasi yang mengandung asam, maka sisa asam dipisahkan dengan menggunakan decanter. Kemudian DDBS, sedikit DDB dan H2SO4 dinetralkan dengan NaOH 20% menghasilkan SDBS. Untuk mengurangi
kadar air dalam SDBS, digunakan evaporator untuk memekatkan SDBS. Sehingga diperoleh hasil utama SDBS dengan kemurnian 85%.
Hasil analisa ekonomi pabrik SDBS kapasitas produksi 120.000 ton per tahun adalah hasil penjualan rata-rata pertahun sebesar Rp. 8.138.098.902.230,72. Adapun keuntungan sebelum membayar pajak sebesar Rp. 446.567.251.870,72 dan keuntungan setelah dipotong pajak 30% sebesar Rp. 312.597.076.309,50. Biaya produksi rata-rata pertahun sebesar Rp. 6.195.717.819.875,50. Pay Out
Time (POT) sebelum pajak selama 1,17 tahun dan setelah pajak selama 1,59
tahun, Rate Of Return Investement (ROI) sebelum pajak sebesar 75,37% dan setelah pajak sebesar 52,76%, Break Even Point (BEP) sebesar 54,2%. Shut Down
Point (SDP) sebesar 46,31%. Umur pabrik selama 10 tahun dan Discounted Cash Flow Rate (DCFR) sebesar 39,5%.
4 A. PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Pertumbuhan dan perkembangan teknologi di era modern saat ini, mengakibatkan pentingnya penggunaan deterjen sebagai senyawa sintetik untuk mencuci peralatan industri-industri maupun rumah tangga. Sehubungan dengan hal tersebut, pemerintah mengambil kebijaksanaan yang pada hakekatnya bertujuan untuk mengurangi ketergantungan terhadap negara lain dalam memenuhi kebutuhan masyarakat berupa deterjen yaitu dengan membangun industri-industri yang dapat mengganti peranan bahan impor. Disamping itu, dengan didirikannya pabrik industri SDBS akan mendorong berdirinya pabrik-pabrik lain yang menggunakan bahan dasar SDBS untuk bisa dikembangkan kembali dalam teknologi yang lebih luas di Indonesia.
SDBS merupakan senyawa yang mudah terurai secara alamiah dalam air karena memiliki sifat linier-alkilbenzen sulfonat (LAS).
LAS yaitu rantai alkil lurus yang mampu mendegradasi surfaktan dengan bantuan mikroorganisme. Surfaktan berfungsi menurunkan tegangan permukaan dari air dengan membentuk missel yang digunakan dalam menurunkan konsentrasi kadar minyak dan noda kotoran pada pakaian.
SDBS merupakan bahan dasar pembuatan sabun dan deterjen serta pembersih lainnya.
2. Kapasitas Perancangan Pabrik Berdasarkan data dari Badan Pusat Statistik (BPS), kebutuhan impor SDBS di Indonesia semakin meningkat tahun 2007-2012 yang dapat dilihat pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1. Data Impor Sodium Dodekilbenzen Sulfonat di Indonesia
No. Tahun Kebutuhan (ton/Tahun) 1. 2007 154.030 2. 2008 164.642 3. 2009 174.356 4. 2010 180.737 5. 2011 181.152 6. 2012 185.142
5 Dirancang pabrik dibangun pada tahun 2020, dengan prediksi impor sebesar 236.840 ton/tahun. Pabrik yang sudah ada di indonesia yaitu PT. Aktif Indonesia Indah dengan kapasitas sebesar 100.000 ton.tahun. Sehingga ditetapkan kapasitas perancangan pabrik sebesar 120.000 ton/tahun.
Lokasi pendirian pabrik direncanakan di daerah Tangerang, Banten dikarenakan bahan baku didapat dari pabrik didaerah Banten, mudah akses baik jalur darat maupun jalur laut, Tangerang juga merupakan kawasan industri.
B. DESKRIPSI PROSES 1. Konsep Reaksi
SDBS adalah bahan deterjen yang mudah larut dalam air, dengan lebih dari 80.000 isomer dari C10-C15
pada rantai alkil, tetapi pada umumnya yang sering digunakan adalah dodekan. (Peters and Timmerhaus, 1991).
SDBS dapat dibuat melalui reaksi antara DDB dengan H2SO4 100%,
oleum 20% atau anhydrous sulfur
trioxide dengan suhu antara
37,78-60 C. (Peters and Timmerhaus, 1991).
Proses pembuatan SDBS terdiri atas 2 tahap, yaitu tahap sulfonasi dan tahap netralisasi. Reaksi sulfonasi mencapai konversi 99% jika perbandingan oleum 20% dengan DDB adalah 1:1,25. Proses sulfonasi beroperasi dengan suhu optimum berkisar 37,78-60 C. (Peters and Timmerhaus, 1991).
Reaksi utama yang terjadi dalam proses sulfonasi:
C6H5(C12H25) + H2S2O7
DDB Oleum
SO3C6H5(C12H25) + H2SO4
DDBS asam sulfat (Peters and Timmerhaus, 1991). Reaksi samping: SO3HC6H5(C12H25)+H2S2O7 DDBS SO3HC6H5(C12H25)SO3H + H2SO4 Disulfonat atau; SO3HC6H5(C12H25+C6H5(C12H25) DDBS DDB C12H25(C6H5)SO3(C6H5)C12H25+ H2O Sulfon
Asam sulfonat yang masih ada dinetralkan dengan larutan NaOH 20-50% pada suhu 50-55 C (Peters and Timmerhaus, 1991). Reaksi
6 netralisasi bersifat eksotermis dengan panas reaksi 6-8 kali panas reaksi sulfonasi. (Austin, 1984).
Reaksi netralisasi:
SO3HC6H5(C12H25) + NaOH
SO3NaC6H5(C12H25) + H2O
H2SO4 + 2 NaOH Na2SO4+2H2O
Reaksi netralisasi yang bersifat eksotermis perlu pendinginan supaya suhu reaksi dapat dijaga konstan sebesar 55 C.
2. Uraian Proses
Untuk mendapatkan produk yang optimum, proses yang terjadi adalah sebagai berikut :
a. Persiapan bahan baku
DDB dan oleum 20% disimpan pada suhu dibawah suhu lingkungan yaitu 30oC dan tekanan 1 atm. Perbandingan massa umpan DDB dan oleum 20% yang masuk reaktor adalah 1:1,25.
b. Proses sulfonasi
Proses sulfonasi terjadi di reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) pada suhu 46 oC dan tekanan 1 atm. Dengan konversi sebesar 99%. Pada reaktor dilengkapi dengan koil
pendingin untuk menjaga suhu agar tetap konstan.
Kemudian dipompakan menuju
mixer-01 untuk menurunkan kadar
H2SO4 menjadi 78% agar mudah
dipisahkan.
c. Proses pemisahan
Pemisahan asam sulfat terjadi di
Decanter dimana asam sulfat keluar
sebagai hasil bawah Decanter
sebagai fase berat yang kemudian dipompakan ke tangki penyimpan sebagai produk samping dan disimpan pada suhu 32oC dan tekanan 1 atm.
Hasil atas Decanter sebagai fase ringan terdiri dari DDBS, sedikit DDB dan H2SO4 dialirkan menuju
Netraliser untuk direaksikan dengan NaOH.
d. Proses netralisasi
Di netraliser terjadi reaksi antara DDBS dengan NaOH 20% membentuk SDBS dan reaksi antara H2SO4 dengan NaOH membentuk
Na2SO4. Reaksi ini terjadi pada suhu
55oC dan tekanan 1 atm.
Pada pabrik ini digunakan NaOH 40% sehingga harus diencerkan terlebih dahulu didalam Mixer-02
7
untuk memperoleh kadar NaOH 20%. e. Proses pemurnian
SDBS yang keluar dari netraliser dipompaka menuju
Mixer-03 untuk ditambahkan bahan building. Kemudian bahan dipekatkan di Evaporator hingga kadar air menjadi 3%. Produk kemudian dipompakan menuju tangki penyimpan.
3. Tinjauan Termodinamika Ditinjau dari segi thermodinamika, dengan penetapan harga kesetimbangan reaksi dapat menunjukkan reaksi dapat balik atau tidak. Reaksi SDBS terdiri dari 2 reaksi, reaksi sulfonasi dan reaksi netralisasi. 1. Reaksi sulfonasinya adalah: C12H25C6H5 + H2SO4
C12H25C6H4SO3H + H2O
H2O + SO3 H2SO4
C12H25C6H5 + SO3
C12H25C6H4SO3H
Menurut Kirk dan Othmer (1983) Hr untuk reaksi pembentukan DDBS adalah -118,25 kJ/mol. Berdasarkan hargaHr dapat disimpulkan bahwa reaksi
pembentukan DDBS dari DDB dan oleum merupakan reaksi eksotermis. Dikatakan eksotermis bila Hr negatif. Reaksi sulfonasi merupakan reaksi yang tidak dapat balik (irreversible).
2. Reaksi netralisasi
SO3H.C6H5(C12H25) + NaOH
SO3Na.C6H5(C12H25) + H2O
Menurut Kirk Othmer (1983) r
H
untuk reaksi pembentukan DDBS adalah -39 kJ/mol. Berdasarkan hargaHr dapat disimpulkan bahwa reaksi pembentukan DDBS dari DDB dan oleum merupakan reaksi eksotermis. Dikatakan eksotermis bila Hr negatif. Reaksi sulfonasi merupakan reaksi yang tidak dapat balik (irreversible).
C. SPESIFIKASI ALAT PROSES
1. Reaktor
Fungsi : Mereaksikan DDB sebanyak 9.800,889 kg/jam dengan oleum 20% sebanyak 12.079,595 kg/jam
8 Jenis : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) dilengkapi dengan koil pendingin.
Kondisi Operasi: Tekanan : 1 atm Suhu : 46°C Volume : 56,4270 m3
Bahan : Stainlees steel Diameter : 3,5882 m Tinggi : 4,2924 m Tebal shell : ¼ in Tebal head : 5/16 in Jumlah reaktor : 3 buah Pengaduk
Jenis : Six blades turbine Diameter Impeller : 1.1961 m Lebar Impeller : 0.2990 m Panjang Impeller : 0.2392 m Jumlah baffle : 4 buah Lebar baffle : 0.2990 m Kecepatan putar : 55,2548 rpm Power pengaduk : 18,2574 Hp Power Motor : 25 Hp
NEMA
Bahan : Carbon steel SA 302 Grade A
Jumlah pengaduk : 1 buah Pendingin
Media : Air
Jenis : koil pending Diameter pipa : 6 in
ID : 6,065 in OD : 6,625 in A : 28,9 in2 A” : 1,734 ft2/ft
Diameter lilitan koil : 2,8705 m Luas perpindahan panas:1.589,098 ft2
Panjang koil : 279,4 m Jumlah lilitan koil : 31 lilitan Tinggi tumpukan koil : 2,861 m
2. Netraliser
Fungsi : Menetralkan DDBS dengan NaOH 20%.
Jenis : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) yang dilengkapi dengan koil pendingin. Kondisi Operasi: - Tekanan : 1 atm
: - Suhu : 55°C Volume : 275,3948 m3
Bahan : Carbon steel SA 302 Grade A Diameter : 6 m Tinggi : 7,3315 m Tebal shell : 3/8 in Tebal head : 5/16 in Pengaduk
Jenis : Six blades turbin Diameter Impeller : 1,9995 m Lebar Impeller : 0,4999 m Panjang Impeller : 0,3999 m Lebar baffle : 0,4999 m
9 Kecepatan putar : 41,1580 rpm
Power pengaduk : 55,2335 Hp Power Motor : 70 Hp
Bahan : Stainless Steel SA 302
Grade A
Jumlah pengaduk : 1 buah D. UTILITAS
1. Kebutuhan Air
Kebutuhan air di pabrik meliputi: a. Air Proses
Kebutuhan air untuk pengenceran pada mixer 1 dan 2 = 8.307,158 kg/jam
b. Air pendingin
Kebutuhan air pendingin = 896.788,282 kg/Jam. Air pendingin 80% disirkulasi kembali, dan diperlukan air make-up 20%
= 20 % x 896.788,282 kg/jam = 179.357,6564 kg/jam
c. Air Pembangkit steam
Kebutuhan air pembangkit steam = 3.032,9293 kg/jam. Air pembangkit steam 70% disirkulasi, diperlukan make-up 30% wt= 30% x 3.032,9293 kg/jam
= 909,8788kg/jam d. Air sanitasi
Air kantor dan Rumah tangga Karyawan: 1.000 kg/jam Laboratorium: 20,833 kg/jam
Kantin, Mushola dan taman : 208,33 kg/jam
Poliklinik : 20,833 kg/jam
Total kebutuhan air kantor : 1.250 kg/jam
2. Kebutuhan Air Secara Kontinyu:
a. Air proses : 8.307,158 kg/jam
b. Air make-up pendingin : 179.357,6564 kg/jam
c. Air make-up pembangkit
steam : 909,8788kg/jam d. Air kantor dan rumah tangga:
1.250 kg/jam
3. Kebutuhan Steam
a. Kebutuhan steam = 3.032,929 kg/jam
b. Luas transfer panas= 2.336,142ft²
c. Kapasitas boiler (Q) = 6.516.930,727 Btu/jam
d. Kebutuhan bahan bakar = 388,80liter/jam
10 Total kebutuhan listrik yang dibutuhkan sebesar 584 Kw, faktor keamanan 20% sehingga kebutuhan lisrik total sebesar 701 kW sehingga digunakan input generator sebesar 900 Kw.
E. MANAJEMEN PERUSAHAAN
Bentuk perusahaan berupa Perseroan Terbatas (PT), dengan status perusahaan milik swasta yang berkapasitas 120.000 ton/tahun yang akan didirikan didaerah Tangerang, Banten.
F. ANALISIS EKONOMI 1.Analisis Keuntungan
Penjualan produk yang dihasilkan dalam satu tahun sebesar Rp. 8.138.098.902.230,72. Untuk total biaya produksi sebesar Rp 7.694.644.134.677,49. Sehingga keuntungan sebelum pajak sebesar Rp. 439.454.767.553,23. Untuk pajak 30% sehingga keuntungan yang didapatkan setelah pajak sebesar Rp. 307.618.337.287,26.
2.Analisis kelayakan
a. ROI yaitu perkiraan laju keuntungan setiap tahun yang bisa mengembalikan modal investasi.
ROI sebelum pajak didapat 74,68% dan setelah pajak 52,28%.
b. Pay Out Time adalah jumlah tahun yang dibutuhkan untuk kembalinya
capital investment dengan profit
sebelum dikurangi depresiasi. Didapatkan POT sebelum pajak 1,18 tahun dan setelah pajak 1,61 tahun. c. Break even point adalah titik imbang yaitu tidak mempunyai suatu keuntungan dan kerugian. Didapatkan BEP sebesar 54,6%. d. Shut Down Point (SDP) adalah dimana pabrik mengalami kerugian sebesar fixed cost sehingga pabrik harus ditutup. Didapatkan SDP sebesar 46,75%.
e. Discounted cash flow (DCF) Analisis kelayakan ekonomi dengan menggunakan ”Discounted Cash
Flow” merupakan perkiraan keuntungan yang diperoleh setiap tahun didasarkan pada jumlah investasi yang tidak kembali pada setiap tahun selama umur ekonomi. Didapatkan DCF sebesar 39,3%.
11 G. KESIMPULAN
Dari analisis keuntungan dan analisis kelayakan didapatkan kesimpulan bahwa pabrik SDBS ini merupak pabrik dengan resiko yang rendah.
H. DAFTAR PUSTAKA
Aries, R.S., and Newton, R.D., 1955, Chemical Engineering
Cost Estimation, Mc Graw Hill
Handbook Co., Inc., New York. Austin, G.T., 1984, Shreve’s
Chemical Process Industries, 5th ed., Mc Graw Hill Book Co., Inc., New York.
Badan Pusat Statistik, 2013, “Statistik Perdagangan Luar Negeri”.Jakarta.
Brown, G.G., Donal Katz, Foust, A.S., and Schneidewind, R., 1978, Unit Operation, Modern Asia Edition, John Wiley and Sons, Ic., New York.
Brownell, L.E., and Young, E.H., 1959, Process Equipment
Design, John Wiley and Sons, Inc.,
New York.
Coulson, J.M., and Richardson, J.F., 2005, Chemical
Engineering, Vol 6, Pergamon Internasional Library, New York.
Groggins, P.H., 1958, Unit
Processes in Organics Synthesis, 5th
ed., Mc Graw Hill Book Co., Inc., New York.
Kern, D.Q., 1983, Process
Heat Transfer, Mc Graw Hill Book
Co., Inc., NewYork.
Kirk, R.E., and Othmer, D.F., 1983, Encyclopedia of Chemical
Technology, 3rd ed., John Wiley and Sons, Inc., New York.
Perry, R.H., and Green, D.W., 194, Perry’s Chemical
Engineer’s Handbook, 6th
ed., Mc Graw Hill Book Co., Inc., New York. Peters, M.S., and Timmerhaus, K.D., 1991, Plant 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 0,00 50,00 100,00 Biay a (T riliun Ru p iah ) Kapasitas Produksi (%)
12
Design and Economics for Chemical Engineers, 4th ed., Mc Graw Hill Book Co., Inc., New York.
Rase, F.H., 1977, Chemical
Reactor Design for Process Plants,
John Wiley and Sons, Inc., New York.