NASKAH PUBLIKASI
PRARANCANGAN PABRIK MALEIC ANHYDRIDE
DARI N-BUTANA DAN UDARA
KAPASITAS 35.000 TON/TAHUN
Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Meraih Gelar Sarjana Teknik Strata 1 pada Prodi Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oleh :
PRASINTA PRIMA D 500 100 016
Dosen Pembimbing : HERRY PURNAMA, PhD.
ROIS FATONI, PhD.
PRODI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
INTISARI
Pabrik maleic anhydride dengan bahan baku n-butana dan udara dengan kapasitas 35.000 ton per tahun direncanakan beroperasi selama 330 hari per tahun. Proses pembuatan maleic anhydride dengan cara oksidasi n-butana dimana udaradan n-butana direaksikan pada suhu 390oC dan tekanan diatas atmosferis (2 atm) di dalam reaktor fixed bed multitube yang berisi katalis vanadium phosphorus oxide (VPO), reaksi yang terjadi merupakan reaksi eksotermis dan nonadiabatis. Hasil samping dari reaksi tersebut adalah karbonmonoksida dan karbondioksida.
Kebutuhan n-butana untuk pabrik ini sebanyak 3.948,507 kg/jam Produk yang dihasilkan berupa maleic anhydride sebanyak 4.392,590 kg/jam. Utilitas pendukung proses meliputi penyediaan air sebesar 322.713,992 kg/jam yang diperoleh dari air sungai Mahakam, penyediaan saturated steam sebesar 29.174 kg/jam yang diperoleh dari reboiler. Kebutuhan bahan bakar solar baik unuk generator, reboiler dan furnace sebesar 1.838,97 kg/jam, kebutuhan udara tekan sebesar 2.884 kg/jam, kebutuhan listrik diperoleh dari PLN dan generator sebesar 839,3 kW. Pabrik ini didirikan di kawasan Bontang, Kalimantan Timur dengan luas tanah 13.956 m2 dan jumlah karyawan 116 orang.
Pabrik maleic anhydride ini menggunakan modal tetap sebesar Rp 334.271.960.087 dan modal kerja sebesar Rp. 217.488.964.383. Dari analisis ekonomi terhadap pabrik ini menunjukkan keuntungan sebelum pajak Rp 149.279.511.098 per tahun setelah dipotong pajak 25 % keuntungan mencapai Rp 111.959.633.324. Percent return on investment (ROI) sebelum pajak 44,66% dan setelah pajak 33,49%. Pay out time (POT) sebelum pajak 1,83 tahun dan setelah pajak 2,3 tahun. Break even point (BEP) sebesar 40,16%, dan shut down point (SDP) sebesar 27,64% dan discounted cash flow (DCF) terhitung sebesar 42,55%. Dari data analisis kelayakan di atas disimpulkan, bahwa pabrik ini menguntungkan dan layak untuk didirikan.
PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang
Indonesia merupakan salah satu negara berkembang, yang memiliki banyak potensi. Salah satunya adalah potensi bahan alam yang tersedia
melimpah di negara ini. Bila potensi ini diolah dengan baik tentunya dapat
menjadi penyokong perekonomian. Tidak dapat dipungkiri bahwa perekonomian Indonesia dari waktu ke waktu mengalami perubahan yang cukup signifikan. Salah satu pengolahan yang tepat adalah industri kimia yaitu maleic anhydride. Dapat dilihat dari kebutuhan ekspor maleic anhydride ke Indonesia dari tahun 2010-2012 terus mengalami kenaikan, hal ini juga ditunjukkan oleh angka impor yang terus meningkat di tahun tersebut(Data ekspor-impor BPS, 2012). Dengan didirikannya pabrik maleic anhydride diharapkan dapat
memenuhi kebutuhan dalam negeri yang semakin meningkat dan
memberikan lapangan kerja bagi masyarakat Indonesia.
Maleic anhydride dapat terbentuk dari oksidasi benzena, oksidasi butana dan oksidasi butena
dengan katalis vanadium oxide.
Maleic anhydride banyak dimanfaatkan untuk bahan pembuat fiber glass, alkyl resin, agricultur chemical, plastik dan lain-lain
(Krick & Othmer, 1978).
Dari ketiga proses oksidasi yang
ada, proses oksidasi butana paling menguntungkan untuk digunakan. Bahan baku ini dapat diperoleh dari dalam negeri. Bahan baku n-butana dari PT. Badak NGL di Kalimantan Timur. Dengan pertimbangan adanya bahan baku memadai maka memungkinkan untuk mendirikan pabrik maleic anhydride di Bontang Kalimantan Timur.
1.2.Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian sebagai berikut:
1. Mengurangi ketergantungan
impor maleic anhydride.
TINJAUAN PUSTAKA 2.1.Kapasitas Rancangan
Produksi
Berdasarkan data statistik perdagangan bik dalam maupun
Indonesia kebutuhan maleic anhydride mengalami peningkatan
dalam tiga tahun terakhir terlihat pada Tabel 1 berikut:
Tabel 1 Data Ekspor Impor maleic anhydride Indonesia
Gambar 1. Grafik kebutuhan ekspor impor maleic anhydride
Dari data diatas diperoleh bahwa persamaan garis lurus , diperkiran nilai ekspor tahun dua ribu dua puluh (2020) mencapai 14100,7 ton/tahun.
Sedangkan ,
2.2.Proses Produksi Maleic Anhydride
Maleic anhydride diproses dari 3 cara yaitu
1. Reaksi oksidasi benzena
Proses oksidasi benzena menggunakan katalis padat vanadium oxide yang diletakkan
dalam multitube dengan pendingin dari suatau larutan tang disirkulasi
melalui shell side dari reaktor. Recovery gas maleic anhydride yang
terbentuk dicairkan dengan mengunakan kondensasi parsial, sedangkan gas yang belum terkondensasi dialirkan ke scrubber untuk dicuci sebagai maleic anhydride dan proses selanjutnya dilakukan proses pemurnian.
2. Reaksi oksidasi butana
Maleic anhydride dengan oksidasi butana menggunakan katalis vanadium phophorus oxide (VPO)
reaksi yang berjalan sangat eksotermis.
Dalam pembentukan maleic anhydride dengan reaksi oksidasi
merupakan reaksi eksotermis. Panas eksotemis reaksi yaitu 390-430oC. Reaksi butan menjadi maleic anhydride mencapai yeild maksimum
pada konversi 85% (Krick & Othmer, 1978).
3. Reaksi oksidasi butena
Sedikit pabrik yang menggunakan bahan baku butena sebagai bahan baku dalam pembuatan maleic anhydride. Karena reaksi yang terjadi merupakan reaksi analog dengan reaksi butena.
DISKRIPSI PROSES 3.1 Tinjauan Termodinamika
Pembuatan maleic anhydride merupakan reaksi oksidasi n-butana yang bersifat eksotermis dan irreversible. Untuk mengetahui bagaimana reaksi berjalan baik secara bolak-balik ataupun searah, dibutuhkan harga konstanta kesetimbangnan reaksi (K). Reaksi: C4H10 + 3,5 O2 C4H2O3 + 4 H2O Data ΔHf untuk masing-masing komponen pada temperatur 298 K, tekanan 1 atm adalah:
- n-C4H10 : -126,15 kJ/mol
- H2O : -241,80 kJ/mol
- O2 : 0 kJ/ mol
- C4H2O3 : -398,30 kJ/mol Sehingga ΔH 298 pada reaksi diatas = ΔHfo
= (ΔHfo
reaksi bernilai negatif sehingga reaksi bersifat eksotermis. Persamaan
Van’hoffuntuk mengetahui berjalan
secara reversible ataupun irreversible. Data ΔGo pada tekanan Sehingga ΔH 298 pada reaksi diatas = ΔGfo
3.2 Tinjauan Kinetika
Reaksi pembentukan maleic
anhydride dengan oksidasi butana
merupakan reaksi oksidasi katalitik dengan menggunakan vanadium phosphorous oxide (VPO) sebagai
katalis. Selain produk utama, dihasilkan produk samping berupa karbondioksida dan karbomonoksida. Persamaan kecepatan reaksi pembentukan maleic anhydride sebagai berikut :
3.3 Langkah Proses
Proses pembuatan maleic anhydride dengan oksidasi butana
terbagi menjadi 3 tahap, yaitu: 1. Tahap penyiapan bahan baku 2. Tahap sintesa maleic anhydride 3. Tahap pemurnian
Tahap pertama yaitu penyiapan bahan baku, bahan baku yang berupa LPG butana yang disimpan dalam
tangki (T-01) dalam bentuk cair dengan kondisi operasi 19,27 oC tekanan 2 atm, kemudian dipompa (P-02) menuju vaporizer (VP-01) untuk merubah fasenya menjadi gas.
Udara yang merupakan sumber oksigen (21%) dengan suhu 30oC tekanan 1 atm. Udara yang diserap dari lingkungan ini dinaikan tekanannya terlebih dahulu menjadi 2 atm dengan kompresor (K-01). Keluaran vaporizer yang berupa gas butana akan di furnace (Fn-01) bersama udara, untuk ditingkatkan suhunya sebesar 390oC. Selanjutnya masuk ke reaktor (R-01) untuk proses sintesa menjadi maleic anhydride.
Tahap sintesa maleic anhydride dengan mereaksikan n-butana dan oksigen (O2) dengan kondisi operasi
reaksi 390oC tekanan diatas atmosferis (2 atm) didalam reaktor
fixed bed multitube dan katalis vanadium phosphorous oxide (VPO).
Konversi butana menjadi maleic anhydride sebesar 85%, dengan yeild
50-60% dan selektivitasnya 65-75%. Reaksi:
(Krick & Othmer, 1978)
Reaksi yang berlangsung diatas ialah reaksi eksotermis. Sehingga dibutuhkan pendingin untuk menjaga reaksi, adapun pendingin yang digunakan ialah downtherm A. Produk yang dihasilkan reaktor berupa campuran gas dengan suhu 376,603 oC dengan tekanan 1,76 atm. Kemudian produk yang telah terbentuk dialirkan ke absoeber (AB-01) untuk proses pemurnian.
Proses pemurnian maleic anhydride melalui 3 alat, yaitu
Absorben ini bertujuan untuk memisahkan maleic anhydride dengan oksigen, n-butana, i-butana, pentana dan etana yang tidak bereaksi, serta CO, CO2 yang
merupakan produk samping sintesa
maleic anhydride.
Campuran gas yang keluar dari
reaktor (R-01) diturunkan tekanannya menjadi 1,1 atm dengan expander (E-01) terlebih dahulu, kemudian didinginkan dengan cooler (Co-01) untuk dialirkan ke absorber (AB-01) melalui bagian bawah, sedangkan penjerap yaitu dibuthyl phalaet dilewatkan melalui atas.
Keduanya dikontakkan secara langsung, dimana campuran gas yang berisikan maleic anhydride akan dijerap oleh dibuthyl phtalate keluar sebagai hasil bawah absorber (AB-01). Selanjutkan dialirkan ke stripper 1 (S-01). Dalam stripper 1 (S-01) dipisahkan antara maleic anhydride dengan penjerap. Penjerap yang keluar melalui bagian bawah akan di
recycle kembali ke absorber (AB-01)
dan hasil atas yang kaya akan maleic anhydride akan lanjut ke stripper 2
(S-02). Stripper 2 (S-02) bertugas untuk memurnikan larutan maleic
anhydride dengan air dan sedikit
dibuthyl phlat hasil pemisahan stripper 1. Diharapkan produk stripper 2 (S-02) mengandung 99,5%
maleic anhydride dan sedikit air.
Sedangkan hasil atas absorber
(AB-01) yang berisikan hasil samping dan sedikit produk serta
bahan yang tidak habis bereaksi seperti n-butana, yang nantinya akan dibuang kelingkungan. Namun karena jumlah n-butana yang tidak habis bereaksi masih cukup banyak sehinnga perlu di recycle kembali kedalam reaktor (R-01). Proses recycle n-butana ini dengan pendinginan pada chiller dan dipisahkan dengan separator. Dimana hasil bawah separator yang berupa cairan n-butana, i-butana, pentana dan etana di recycle kemabli bersama make-up bahan baku. Dan hasil atas akan dibuang kelingkungan.
3.4 Spesifikasi Alat Utama Proses Reaktor (R-01)
Fungsi : Mereaksikan n-butana dengan oksigen menjadi maleic anhydride
Tipe : Fixed bed
Jumlah : 1 buah Bahan konstruksi : Stainless
steel
Phosphorous Oxide (VPO)
Absorber (AB-01)
Fungsi : Menyerap maleic anhydride hasil reaksi dari
reaktor
Tipe : Packed tower Jumlah : 1 buah
Bahan konstruksi : Carbon steel
SA-283 grade C
Kondisi operasi :
Suhu : 250 oC
Tekanan : 1,08 atm Tinggi packing : 7,52 m Jenis packing : Raschingring Diameter menara : 5,49 m dibutyl phthalate dari maleic
anhydride
Tipe : Packed tower
Jumlah : 1 buah Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C
Kondisi operasi :
Suhu : 104 oC
Tinggi packing : 3,45 m gas cair keluaran chiller 01
Tipe : Vertikal
separator flash drum
Jumlah : 1 buah Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C gas cair keluaran chiller 02
Tipe : Vertikal
separator flash drum
Jumlah : 1 buah
Bahan konstruksi : Carbon steel
SA-283 grade C
Total penjualan produk per tahun : Rp. 924.000.000.000,00
Keuntungan setelah pajak : Rp. 111.959.633.324,00
BEP : 40,155 % d. Shut down point (SDP)
SDP : 27,638 %
Gambar 2. Grafik analisis ekonomi
KESIMPULAN
Hasil analisis kelayakan ekonomi adalah sebagai berikut: 1. Keuntungan sebelum pajak US$
12.439.959,26 per tahun
Keuntungan setelah pajak US$ 9.329.969,44 per tahun
2. ROI (Return On Investment) sebelum pajak 44, 658 %
ROI (Return On Investment)
sesudah pajak 33,494 %
ROI (Return On Investment)
sebelum pajak untuk pabrik beresiko tinggi minimal 44%. 3. POT (Pay Out Time) sebelum
pajak 1,83 tahun
POT (Pay Out Time) sesudah pajak 2,30 tahun
POT (Pay Out Time) sebelum pajak untuk pabrik beresiko tinggi maksimal 2 tahun.
4. BEP (Break Even Point) adalah 40,155 % dan SDP (Shut Down Point) adalah 27,638 %. BEP
untuk pabrik kimia pada umumnya berkisar antara 40% - 60% dan SDP antara 20-30% 5. DCF (Discounted Cash Flow)
adalah 42,547%. DCF yang dapat diterima harus lebih besar dari bunga pinjaman di bank.
Dari data hasil perhitungan
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. (2010, September).
Chemical Engineering Plant
Cost Index. Dipetik July 2014,
dari http://goliath.ecnext.com Anonim. (2014, July). Matche.
Dipetik July 2014, dari http://www.matche.com
Anonim. (2011, April 1). Perbedaan LPG, LNG dan Gas Alam.
Dipetik May 6, 2014, dari http://teknikmesinunbb.blogspot. com
Aries, R., & Newton, R. (1955). Chemical Engineerring Cost
Estimation. New York: Mc
Graw Hill Book Co.
Bird, R., Stewart, W., & Lightfoot, E. (1960). Transport Phenomena. New York: John
Wiley and Sons.
Brown, G. G. (1978). Unit Operation. New York: John
Wiley and Sons.
Brownell, L., & Young, E. (1979).
Process Equipment Design. New
York: John Wiley and Sons.
Coulson, J., & Richardson, J. (1983). Chemical Engineering Design.
Oxford: Pergason Press.
Kern, D. (1950). Process Heat Transfer. New York: Mc Graw
Hill Internasional Book Company.
Krick, R., & Othmer, D. (1978).
Encycloepedia of Chemical
Technology. New York: A
Willey Interscience Publication.
Ludwig, E. (1964). Applied Process Design for Chemical and
Petrochmical Plant. Boston: Gulf Publishing Company. Perry, R. G. (1997). Perry's
Chemical Engineer's Handbook.
New York: Mc Graw-HillBook Company.
Peter, M., & Timmerhaus, K. (2003). Plant Design and Economic for
Chemical Engineering. New York: Mc Graw Hill Internasional Book Company. Schneider, A., Emig, G., &
Hoffmann, H. (1987). Kinectics Investigation and Reactor Simulation for The Catalityc Gas-Phase Oxidation of
n-Butana to Maleic Anhydride. Smith, J., & Van Ness, H. (1975).
Introduction to Chemical
Tokyo: Mc Graw Hill Kogakusha.
Statistika, B. P. (2012, Desember).
Statistika Perdagangan Luar
Negeri Indonesia. Dipetik April
2013, dari http://bps.co.id
Sukandar, D. (2011, March 18). Perseroan Terbatas. Dipetik April 2014, dari http://hukum.kompasiana.com
Treybal, R. (1980). Mass Trasfer Operation. Tokyo: Mc Graw
Hill Kogakusha.
Ulrich, G. (1954). A Guide to
Chemical Enguneering Process
Design and Economics. Canada:
John Wiley and Sons.
Yaws, C. (1979). Thermodynamic
and Physical Properti Data.
