TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK VINYL ACETATE MONOMER DARI ETHYLENE, ACETIC ACID DAN OXYGEN KAPASITAS 100.000 TON TAHUN

(1)

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

commit to user

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK

VINYL ACETATE MONOMER

DARI

ETHYLENE, ACETIC ACID

DAN

OXYGEN

KAPASITAS 100.000 TON / TAHUN

Oleh :

FERRY SASMITA I 0506021

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

(2)

(3)

commit to user KATA PENGANTAR

Puji Syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat dan kasih-Nya,

penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan

judul “Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer dari Ethylene, Acetic Acid

dan Oxygen dengan kapasitas 100.000 ton/tahun”.

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan

baik berupa dukungan moral maupun material dari berbagai pihak. Oleh karena itu sudah sepantasnya penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. Sunu Herwi Pranolo. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta

2. Bapak Ir. Samun Triyoko dan Bapak Ir. Arif Jumari, M.Sc. selaku dosen

pembimbing yang telah bersedia membimbing dalam penyusunan tugas akhir.

3. Segenap Civitas Akademika, yang turut membantu dalam penyusunan

laporan tugas akhir ini, yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

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

pada khususnya dan pembaca pada umumnya.

Surakarta, Februari 2012

Penulis

(4)

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 Kapasitas Perancangan ... 2

1.2.1 Kebutuhan VAM di Dalam Negeri ... 2

1.2.2 Kapasitas Pabrik yang sudah ada ... 3

1.2.3 Ketersediaan Bahan Baku ... 4

1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik ………….. . ... 5

1.4 Tinjauan Pustaka ... 9

1.4.1 Proses ... 9

1.4.2 Alasan Pemilihan Proses ... 11

1.4.3 Kegunaan Produk ... 12

1.4.4 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk ... 13

1.4.5 Tinjauan Proses ... 19

(5)

commit to user

v

2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ... 20

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku ... 20

2.1.2 Spesifikasi Produk ... 21

2.2 Konsep Proses ... 21

2.2.1 Dasar Reaksi ... 21

2.2.2 Mekanisme Reaksi ... 22

2.2.3 Kondisi Operasi ... 22

2.2.4 Tinjauan Termodinamika ... 24

2.2.5 Tinjauan Kinetika ... 27

2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ... 28

2.3.1 Diagram Alir Proses... 28

2.3.2 Langkah Proses ... 32

2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas ... 34

2.4.1 Neraca Massa ... 34

2.4.2 Neraca Panas ... 39

2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses ... 42

2.5.1 Lay Out Pabrik ... 42

2.5.2 Lay Out Peralatan Proses ... 45

BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ... 48

3.1 Reaktor ... 48

3.2 Separator ... 49

3.3 Absorber ... 50

(6)

commit to user

vi

3.5 Decanter ... 52

3.6 Vaporizer ... 53

3.7 Tangki Penyimpanan ... 54

3.8 Akumulator ... 56

3.9 Kondensor ... 57

3.10 Reboiler ... 60

3.11 Heat Exchanger ... 62

3.12 Pompa ... 66

3.13 Compressor ... 69

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ... 70

4.1 Unit Pendukung Proses ... 70

4.1.1 Unit Pengadaan Air ... 71

4.1.1.1 Air Pendingin ... 71

4.1.1.2 Air Umpan Boiler... 72

4.1.1.3 Air Konsumsi umum dan Sanitasi ... 75

4.1.1.4 Pengolahan Air ... 75

4.1.1.5 Kebutuhan Air... 79

4.1.2 Unit Pengadaan Steam ... 80

4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan ... 81

4.1.4 Unit Pengadaan Listrik ... 82

4.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar ... 88

4.2 Laboratorium ... 89

(7)

commit to user

vii

4.2.2 Laboratorium Analitik ... 91

4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan ... 91

4.2.4 Analisa Air ... 92

4.3 Unit Pengolahan Limbah ... 93

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ... 95

5.1 Bentuk Perusahaan ... 95

5.2 Struktur Organisasi ... 97

5.3 Tugas dan Wewenang ... 100

5.3.1 Pemegang Saham ... 100

5.3.2 Dewan Komisaris ... 100

5.3.3 Dewan Direksi ... 101

5.3.4 Staf Ahli ... 102

5.3.5 Penelitian dan Pengembangan ... 103

5.3.6 Kepala Bagian ... 103

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 107

5.4.1 Karyawan Non Shift ... 107

5.4.2 Karyawan Shift ... 107

5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah ... 110

5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ... 110

5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ... 113

5.8 Manajemen Perusahaan ... 114

5.8.1 Perencanaan Produksi ... 115

(8)

commit to user

viii

BAB VI ANALISIS EKONOMI ... 118

6.1 Pensksiran Harga Peralatan ... 118

6.2 Dasar Perhitungan ... 120

6.3 Penentuan Total Capital Investment (TCI) ... 121

6.4 Hasil Perhitungan ... 122

6.4.1 Fixed Capital Investment (FCI) ... 122

6.4.2 Working Capital Investment (WCI) ... 123

6.4.3 Total Capital Investment (TCI) ... 123

6.4.4 Manufacturing Cost... 123

6.4.5 General Expense ... 124

6.4.6 Analisa Kelayakan ... 124

6.5 Kesimpulan ... 132

(9)

commit to user

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Data Impor Vinyl Acetate Monomer di Indonesia ... 2

Tabel 1.2 Kapasitas Pabrik VAM Yang Sudah Berdiri ... 4

Tabel 1.3 Kelebihan dan kekurangan pemilihan proses pembuatan vinyl acetate monomer... 11

Tabel 2.1 Harga ∆Hfo dan ∆Gf0masing-masing komponen... 24

Tabel 2.2 Nilai Konstanta Kinetika ... 27

Tabel 2.3 Neraca Massa di Tee-01... 34

Tabel 2.6 Neraca Massa di Reaktor... 36

Tabel 2.7 Neraca Massa di Separator... 36

Tabel 2.8 Neraca Massa di Absorber 1... 37

Tabel 2.9 Neraca Massa di Absorber 2... 37

Tabel 2.10 Neraca Massa di Regenerator MEA... 38

Tabel 2.11 Neraca Massa di Menara Distilasi... 38

Tabel 2.12 Neraca Massa di Dekanter... 38

Tabel 2.13 Neraca Massa Total... 39

Tabel 2.14 Neraca Panas Reaktor ... 39

Tabel 2.15 Neraca Panas Separator ... 40

Tabel 2.16 Neraca Panas Absorber 1 ... 40

(10)

commit to user

x

Tabel 2.18 Neraca Panas Menara Distilasi ... 41

Tabel 2.19 Neraca Panas Regenerator MEA ... 41

Tabel 2.20 Neraca Panas Dekanter ... 41

Tabel 2.21 Neraca Panas Vaporizer ... 42

Tabel 3.1 Spesifikasi Reaktor ... 48

Tabel 3.2 Spesifikasi Separator ... 49

Tabel 3.3 Spesifikasi Absorber ... 50

Tabel 3.4 Spesifikasi Menara Distilasi... 51

Tabel 3.5 Spesifikasi Dekanter... 52

Tabel 3.6 Spesifikasi Vaporizer... 53

Tabel 3.7 Spesifikasi Tangki Penyimpan... 54

Tabel 3.8 Spesifikasi Akumulator... 56

Tabel 3.9 Spesifikasi Kondensor... 57

Tabel 3.10 Spesifikasi Reboiler... 60

Tabel 3.11 Spesifikasi Heat Exchanger... 62

Tabel 3.12 Spesifikasi Pompa... 66

Tabel 3.13 Spesifikasi Kompresor... 69

Tabel 4.1 Kebutuhan Air Pendingin ... 79

Tabel 4.2 Kebutuhan Air Untuk Steam ... 79

Tabel 4.3 Kebutuhan Air Konsumsi dan Sanitasi ... 80

Tabel 4.4 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas... 83

Tabel 4.5 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan ... 85

(11)

commit to user

xi

Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift ... 108

Tabel 5.2 Jumlah Karyawan menurut Jabatannya ...110

Tabel 5.3 Perincian Golongan dan Gaji Karyawan ... 112

Tabel 6.1 Data Cost Index Chemical Plant ... 119

Tabel 6.2 Fixed Capital Investment ... 122

Tabel 6.3 Working Capital Investment ... 123

Tabel 6.4 Manufacturing Cost ... 123

Tabel 6.5 General Expense ...124

(12)

commit to user

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Grafik Data Impor Vinyl Acetate monomer di Indonesia ... 3

Gambar 1.2 Lokasi Pendirian Pabrik... 5

Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif ... 29

Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif ... 30

Gambar 2.3 Diagram Alir Proses ... 31

Gambar 4.1 Diagram Alir Pengolahan Air waduk ... 76

Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Vinyl Acetate monomer... 99

Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index ... 119

(13)

commit to user INTISARI

Ferry Sasmita, 2012, Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer dari

Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen, Kapasitas 100.000 ton/tahun, Jurusan

Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Vinyl acetate monomer merupakan salah satu jenis bahan kimia antara

yang dipakai dalam pembuatan polyvinyl acetate, vinyl acetate copolymer dan

polyvinyl alcohol.Vinyl acetate monomer dihasilkan dari reaksi gas-gas antara ethylene, acetic acid dan oxygen. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, maka

dirancang pabrik vinyl acetate monomer dengan kapasitas 100.000 ton/tahun

dengan bahan baku ethylene 36.675,53 ton/tahun, acetic acid 71.673,81 ton/tahun

dan oxygen 32.474,65 ton/tahun. Dengan memperhatikan faktor ketersediaan bahan baku, transportasi, tenaga kerja, pemasaran, dan utilitas, maka lokasi pabrik yang dipilih adalah di Cilegon, Banten.

Peralatan utama untuk pabrik yang digunakan antara lain reaktor,

separator, absorber, menara distilasi, regenerator, vaporizer dan decanter. Reaktor

yang digunakan adalah reaktor fixed bed multitube pada tekanan 10 atm dan suhu

1500C. Dari reaktor masuk ke dalam separator memisahkan condensable gas yang

meliputi asam asetat, air, dan vinyl acetate monomer dari campuran gas keluar

dari reaktor. Produk atas separator dialirkan ke absorber I untuk mengambil VAM yang masih terikut di fase gas. Hasil atas absorber I masuk ke absorber II untuk diambil gas karbondioksidanya sebelum di umpankan kembali ke reaktor. Hasil bawah dari separator dan absorber I dialirkan ke menara distilasi untuk

memurnikan vinyl acetate monomer. Hasil atas menara distilasi dialirkan ke

decanter untuk memurnikan produk sampai 99,9 % vinyl acetate monomer, dan

hasil bawahnya berupa asam asetat dan air dialirkan ke vaporizer untuk di uapkan

bersama umpan asam asetat fresh sebelum masuk reaktor. Sementara, fraksi berat

dari decanter berupa air,asam asetat dan sedikit vam akan diproses di Unit

Pengolahan Limbah.

Utilitas terdiri dari unit penyediaan air untuk konsumsi sebanyak 1275

kg/jam, steam sebanyak7798,96 kg/jam, air pendingin sebanyak 48.920,4 kg/jam,

udara tekan sebanyak 100 m3/jam, tenaga listrik sebesar 1550 kW, bahan bakar

batubara sebanyak 5152,13 kg/jam, dan unit pengolahan limbah. Terdapat tiga buah laboratorium, yaitu laboratorium fisik, laboratorium analitik, dan laboratorium penelitian dan pengembangan.

Bentuk perusahaan adalah PT (Perseroan Terbatas), struktur organisasi

adalah line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja

yang terdiri dari karyawan shift dan non shift. Pabrik beroperasi selama 24 jam per

hari dan 330 hari per tahun. Jumlah kebutuhan tenaga kerja sebanyak 200 orang.

Hasil analisa ekonomi terhadap prarancangan pabrik vinyl acetate

(14)

commit to user

Bab I Pendahuluan

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang Pendirian Pabrik

Perkembangan industri kimia di Indonesia saat ini terus mengalami

peningkatan, baik industi yang menghasilkan produk jadi maupun industri antara. Salah satu diantaranya adalah vinyl asetat. Kebutuhan bahan ini dari tahun ke tahun terus meningkat.

Vinyl asetat merupakan bahan kimia produk antara (intermediate

product) yang dipakai dalam pembuatan polyvinyl acetate, vinyl acetate copolymer, polyvinyl alcohol dan vinyl chloride. Vinyl asetat dalam bentuk polimer sangat luas kegunaannya antara lain dalam induarti cat, sebagai adhesive, pelapis, lem, film, tinta, tekstil dan industri kertas. Sedangkan bentuk

kopolimernya misalnya dengan acrylonitrile dipakai untuk industri acrylic fibers

(Othmer,1992).

Sampai saat ini kebutuhan vinyl asetat dan kopolimernya masih dipenuhi dengan impor. Oleh karena itu dengan didirikannya pabrik ini di Indonesia diharapkan dapat memberikan keuntungan antara lain:

1. Dapat mengurangi impor vinyl asetat sehingga kebutuhan dalam negeri

dapat dipenuhi.

2. Membuka peluang didirikannya pabrik dengan bahan baku vinyl asetat

antara lain dalam induarti cat, sebagai adhesive, pelapis, lem, film, tinta, tekstil dan industri kertas.

3. Membuka kesempatan kerja dengan menciptakan lapangan kerja baru.

(15)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₂ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

K apasitas 100.000 Ton / Tahun

Bab I Pendahuluan

1.2 Kapasitas Perencanaan

Di dalam menentukan kapasitas produksi pabrik vinyl asetat monomer yang

akan didirikan ada beberapa faktor yang menjadi pertimbangan, diantaranya yaitu: jumlah konsumsi produk (kebutuhan dalam negeri), kebutuhan impor, kapasitas

pabrik yang sudah ada, pasokan bahan baku yang akan digunakan. Karena di

Indonesia belum dibangun pabrik vinyl acetate monomer, maka kebutuhan akan

bahan ini dipenuhi dengan impor. Untuk menyusun kapasitas perencanaan pabrik

vinyl acetate dilakukan dengan data impor.

1.2.1 Kebutuhan Vinyl Asetat di Dalam Negeri

Berdasarkan data Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia impor,

kebutuhan vinyl asetat di Indonesia cukup besar. Dari tabel di bawah ini dapat diketahui kebutuhan vinyl asetat dalam negeri.

Tabel 1-1 Data impor vinil asetat di Indonesia

Tahun Impor vinil asetat (ton)

2004 28.775,030

2005 24.784,807

2006 26.889,462

2007 30.315,766

2008 30.382,311

2009 35.217,874

2010 42.003,992

(Sumber : Biro Pusat Statistik,2010)

(16)

commit to user

Bab I Pendahuluan

memperkirakan impor vinyl asetat pada tahun 2015 di Indonesia. Data impor dan

regresi secara polinomial untuk data impor ditunjukkan dalam gambar 1.1

Gambar 1.1 Grafik Data Impor Vinyl Acetate Monomer di Indonesia

Dengan membuat grafik kebutuhan vinyl asetat per tahun dapat diperoleh

persamaan yang mengikuti persamaan garis polinomial yaitu:

Impor = 724,01*tahun2 – 2.903.883,39*tahun + 2.911.920.98

Pabrik vinyl asetat ini akan didirikan pada tahun 2015, dengan prediksi

kebutuhan vinyl asetat pada tahun tersebut sekitar 93.118,52 ton.

1.2.2 Kapasitas Pabrik yang Sudah Ada

Penentuan kapasitas minimal berdasar pada kapasitas pabrik yang telah

berproduksi dan layak untuk didirikan. Berikut ini adalah tabel industri vinyl

acetate monomer di berbagai negara dan kapasitas produksinya.

y = 724.01x2_{- 2,903,883.39x + 2,911,779,920.98}

R² = 0.95

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Im

p

o

r

V

A

M

,

to

n

(17)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₄ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

Bab I Pendahuluan

Tabel 1-2 Kapasitas pabrik VAM yang sudah Berdiri

Negara Perusahaan Kapasitas (ton/tahun)

Amerika Serikat Celanese 285.000

Kanada Celanese 86.000

Meksiko Celanese 100.000

Amerika Serikat Du Pont 260.000

Amerika Serikat Union Carbide 325.000

Inggris BP Amoco 250.000

Jepang Showa Denko 120.000

(Olsen, 2001)

1.2.3 Ketersediaan Bahan Baku

Persediaan bahan baku utama pembuatan vinyl acetate monomer yaitu etilena

diperoleh dari PT Chandra Asri, Cilegon yang memiliki kapasitas 625.000

ton/tahun, asam asetat dipasok dari Celanese Chemical Co,Ltd., China dengan kapasitas total 600.000 ton/tahun dan oksigen dipasok dari PT Air Liquide,

Cilegon dengan kapasitas 100.000 ton/tahun. Semua produk VAM yang dihasilkan akan diprioritaskan untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri.

Berdasarkan faktor-faktor diatas, maka akan direncanakan pendirian pabrik

vinyl acetate monomer. Dengan kapasitas produksi vinyl asetat monomer 100.000 ton/tahun, diperlukan bahan baku etilena kurang lebih sebanyak 36.000 ton/tahun,

asam asetat sebanyak 71.500 ton/tahun, dan oksigen 32.500 ton/tahun. Pemilihan

kapasitas tersebut diharapkan dapat memenuhi kebutuhan vinyl acetate monomer

(18)

commit to user

Bab I Pendahuluan

1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik

Lokasi suatu pabrik akan sangat mempengaruhi dalam penentuan

kelangsungan produksi serta laba yang diperoleh. Idealnya, lokasi yang dipilih harus dapat memberikan kemungkinan memperluas atau memperbesar pabrik dan

memberikan keuntungan untuk jangka panjang. Beberapa faktor yang harus dipertimbangkan untuk menentukan lokasi pabrik agar secara teknis dan ekonomis pabrik yang didirikan akan menguntungkan. Faktor tersebut antara lain: sumber

bahan baku, pemasaran, penyediaan tenaga listrik, penyediaan air, jenis transportasi, kebutuhan tenaga kerja, tinggi rendahnya pajak, keadaan masyarakat,

karakteristik lokasi, kebijaksanaan pemerintah.

Pabrik vinyl asetat direncanakan akan didirikan di Krakatau Industrial

Estate Cilegon (KIEC), Banten. Pemilihan ini dimaksudkan untuk mendapatkan keuntungan secara teknis maupun ekonomis.

(19)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₆ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

Bab I Pendahuluan

Adapun keuntungan dipilihnya lokasi di Cilegon adalah adanya faktor-faktor berikut:

1. Faktor Primer

a. Bahan Baku

Bahan baku pabrik vinyl asetat yaitu etilena (C2H4) disuplai dari PT

Chandra Asri Petrochemical Center ( PT CAPC), yang terletak di desa Sugih, Cilegon. Asam asetat diperoleh dengan cara impor dari Celanese

Chemical Co., Ltd, yang terletak di Nanjing, China. Sedangkan oksigen diperoleh dari PT Air Liquide, Cilegon. Pabrik ini direncanakan didirikan

di Kawasan Industri Cilegon mendekati bahan baku dan dekat dengan pelabuhan sehingga mempermudah proses transportasi bahan baku. Untuk meningkatkan efektifitas kerja dan menekan biaya produksi maka kota

Cilegon sebagai lokasi pendirian pabrik adalah lokasi yang tepat.

b. Pemasaran

Cilegon berada di kawasan indusri Tangerang, Serang dan Merak

yang padat dengan industri kimia sebagai pasar potensial. Mengingat bahan yang diproduksi merupakan bahan antara, yang merupakan bahan

baku polimer, maka Cilegon dirasa merupakan tempat yang strategis.

c. Utilitas

Utilitas yang dibutuhkan adalah keperluan tenaga listrik, air dan bahan

bakar. Karena daerah Cilegon merupakan kawasan industri maka kebutuhan utilatas dapat dipenuhi dengan mudah dan disediakan oleh

(20)

commit to user

Bab I Pendahuluan

kebutuhan domestik. Dan apabila tidak mencukupi dapat menggunakan air dari pabrik penyedia air di kawasan industri yaitu PT Krakatau Tirta

Industri. Untuk kebutuhan daya listrik, disuplai dari PT Krakatau Daya Listrik dan bila kurang memenuhi menggunakan daya tambahan dari PLN.

Sedangkan untuk kebutuhan bahan bakar dipenuhi dari PT Pertamina depot Banten.

d. Tenaga Kerja

Tenaga kerja dapat dipenuhi dengan mudah dari daerah sekitar lokasi pabrik maupun luar lokasi pabrik sesuai dengan kebutuhan dan kriteria perusahaan. Saat ini banyak tenaga kerja terampil dan terdidik yang

membutuhkan lapangan pekerjaan. Hal ini juga dapat mengurangi jumlah pengangguran yang ada.

e. Transportasi dan Telekomunikasi

Sarana transportasi dan telekomunikasi sangat penting untuk proses penyediaan bahan baku dan pemasaran produk. Transportasi bahan baku

menuju Cilegon cukup mudah karena adanya fasilitas jalan tol selain itu juga cukup dekat dengan pelabuhan sehingga arus transportasi juga lancar.

Letak Cilegon dengan kawasan industri Merak dan Tangerang juga memudahkan dalam pemasaran produk.

2. Faktor Sekunder

a. Buangan Pabrik

Buangan limbah cair yang mengandung larutan kimia diolah terlebih

(21)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₈ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

Bab I Pendahuluan

b. Kebijakan Pemerintah

Saat ini pemerintah sedang giat-giatnya meningkatkan iklim investasi

di Indonesia sehingga dengan pendirian pabrik ini akan membantu pemerintah dalam meningkatkan kondisi perindustrian di Indonesia. Oleh

karena itu maka pendirian pabrik ini akan mendapat dukungan dari pemerintah baik pusat maupun daerah, sehingga fasilitas dan perijinan pendirian pabrik akan dipermudah.

c. Tanah dan Iklim

Di Krakatau Industrial Estate Cilegon (KIEC) telah disediakan tanah

yang relatif cukup luas sehingga memungkinkan adanya perluasan pabrik di masa yang akan datang. Data menyebutkan masih tersedia lahan sebesar 200 hektar yang telah dipersiapkan untuk pembangunan pabrik baru.

Lahan ini disebutkan dapat dibeli ataupun disewa dengan masa sewa minimal 20 tahun. Kondisi iklim di Cilegon seperti iklim di Indonesia pada umumnya dan tidak membawa pengaruh yang besar terhadap

jalannya proses produksi.

d. Keadaan Masyarakat

Masyarakat di daerah industri akan terbiasa untuk menerima kehadiran suatu pabrik di daerahnya, selain itu masyarakat juga akan dapat mengambil keuntungan dengan pendirian pabrik ini, antara lain dengan

(22)

commit to user

Bab I Pendahuluan

1.4 Tinjauan Pustaka

1.4.1 Macam-macam Proses

Ada beberapa kemungkinan jalannya proses pembuatan vinyl asetat antara lain:

a. Reaksi asam asetat dengan asetilen pada fase cair

Reaksi:

CH3CO2H + CH=CH CH3CO2CH=CH2 ∆H= -117 kJ/mol

Proses ini sudah lama tidak digunakan karena asetilen mahal sehingga cara ini dianggap kurang ekonomis. (Ullman’s, 1989).

b. Reaksi asam asetat dengan asetilen pada fase gas.

Reaksi:

CH3CO2H + CH =CH CH3CO2CH=CH2 ∆H= -117 kJ/mol

Reaksi terjadi dengan katalis zinc asetat pada activated charcoal pada suhu

160-2100 C dan tekanan 40 KPa.

Asetilen dipanaskan dan dicampur dengan uap asam asetat kemudian

diumpankan ke dalam reaktor (reaktor pipa atau fixed bed). Hasil reaksi di

quenching dan produk lain dipisahkan. Aliran keluar reaktor berupa vinyl asetat, asam asetat, asetilen, asetaldehid, crotonaldehid, aseton, metil asetat, ethylidene diacetat dan acetit anhidrit. Masing-masing komponen dipisahkan dengan menara distilasi.

Proses ini digunakan sampai tahun 1968, setelah itu jarang digunakan bahkan hanya sekitar 20 % kapasitas dunia yang diproduksi dengan proses

(23)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₁₀ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

Bab I Pendahuluan

cukup besar untuk memisahkan hasil samping yang banyak (Ullman, 1989).

c. Reaksi asam asetat dengan etilen dan oksigen pada fase cair

Pembentukan vinyl asetat dari etilen dan asam asetat dengan adanya

palladium chloride dan alkali asetat dalam asam asetat glasia dengan reaksi:

C2H4 + PdCl2 + CH3CO2H CH3CO2CH=CH2 + 2HCl + Pd

Reaksi terjadi pada tekanan 3-4 MPa dan suhu 110-130 C. Proses ini sekarang sudah tidak digunakan. (Ullman’s, 1989).

d. Reaksi etilen dengan asam asetat dan oksigen pada fase gas

Reaksi utama adalah reaksi oksidasi antara etilen dan asam asetat yang menghasilkan vinyl asetat dan air, dengan persamaan reksi sebagai berikut:

C2H4 + CH3CO2H + ½ O2 C2H3OOCH=CH2 + H2O ...(1)

Terjadi reaksi samping antara etilen dan oksigen menghasilkan carbon dioksida dan air dengan reaksi:

C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O ...(2)

Reaksi pada fase gas tejadi pada 150-160 0C dan tekanan 0,8-1,0 MPa,

dengan katalis heterogen yang mengandung Palladium dengan lifetime 1-5

tahun. Tidak terbentuk asam asetat, produk samping berupa air, karbondioksida dan sedikit residu (etil asetat, ethylidene, diacetat dan

glikol asetat) (Dimian & Bildea, 2008). Residu dipisahkan dengan menggunakan distilasi. Dengan ini diperoleh kemurnian vinyl asetat yang

(24)

commit to user

Bab I Pendahuluan

Setelah tahun 1968, proses ini paling banyak digunakan bahkan sekitar 80% kapasitas dunia diproses dangan cara ini. Karena bahan baku

etilen lebih murah sehingga proses ini dinilai lebih ekonomis.

1.4.2 Alasan Pemilihan Proses

Dalam proses pembuatan vinyl acetate monomer dipilih proses dengan

reaksi antara ethylene, acetic acid dan oxygen pada fase gas. Proses ini dipilih

dengan alasan :

1. Tekanan operasi tidak terlalu tinggi antara 0,8 – 1,0 Mpa dan suhu operasi

mulai 150 – 160 oC

2. Kemurnian produk yang dihasilkan cukup tinggi, mencapai 99,9 %.

3. Produk samping berupa air dan CO2

Perbandingan proses-proses pembuatan n-butanol yang mencakup kelemahan dan kelebihan dapat dilihat pada Tabel 1.5

Tabel 1.3 Kelebihan dan kekurangan pemilihan proses pembuatan vinyl

acetate monomer

No. Macam Proses Kelebihan Kekurangan

1. Reaksi Asam

asetat dengan

asetilen pada

fase cair

reaksi berlangsung pada fase

cair

1. Proses lama yang sudah tidak digunakan lagi

2. Harga bahan baku asetilen yang mahal

(25)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₁₂ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

2. Produk samping berupa air dan CO2

1.4.3 Kegunaan Vinyl Asetat

Vinyl asetat merupakan monomer yang sangat penting, kegunaan ini antara lain:

a. Merupakan produk antara untuk pembuatan polyvinyl asetat dan kopolimer

vinyl asetat serta polyvinyl alcohol.

b. Merupakan bahan pendukung dalam pembuatan cat, adhesive, dan industri

kertas serta tekstil.

c. Bentuk kopolimernya dengan acrilonitrile dipakai untuk industry acrylic fiber.

(26)

commit to user

Bab I Pendahuluan

1.4.4 Sifat Fisik dan Kimia

a. Bahan Baku

 Etilen

Sifat Fisik

- Rumus molekul : CH2=CH2

- Berat molekul : 28,05 gr/mol

- Titik Didih : -103,9 0C

- Titik kritis : 169 0C

- Mudah terbakar

- Bentuk gas yang tidak berwarna

(Chandra Asri PC) Sifat Kimia

Reaksi-reaksi etilen

- Polimerisasi

Etilen murni (>99,9%) bereaksi pada kondisi dan tekanan tertentu

dengan bantuan katalis membentuk polyetilen.

CH2=CH2 + 0,5O2 -(-CH2-CH2-)-n

Reaksi eksotermik

- Oksidasi

Oksidasi etilen membentuk etilen oxide dengan reaksi:

CH2=CH2 + 0,5O2 CH2 - CH2

O

Reaksi berlangsung pada 250-300 0C dan tekanan 1-2 MPa dengan

(27)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₁₄ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

Bab I Pendahuluan

Oksida etilen denagn bantuan asam asetat membentuk vinyl asetat dengan katalis palladium pada karbon, alumina atau silika alumina

pada suhu 175-200 0C dan tekanan 0,4-1,0 MPa.

Reaksi:

CH2=CH2 + CH2CO2H + 1/2 O2 CH3CO2CH=CH2 + H2O

- Halogenasi

Halogenasi etilen membentuk etilen dichloride, etilen dibromide ethyl

chloride dan sebagainya.

Pembentuk etilen dichloride, dengan reaksi:

CH2=CH2 + HCl ClCH2 - CH2Cl + H2O……….( 1 )

CH2=CH2 + O2 + 4 HCl 2ClCH2 - CH2Cl + H2O……...( 2 )

Untuk pembentukan ethyl chloride sebagai berikut :

ClCH2 – CH2Cl + HCl CH3CH2Cl

Reaksi tersebut terjadi pada fase cair ( T = 30-90 0C ) dan pada fase

gas ( T = 130 – 250 0C ) dengan tekanan 300 – 500 KPa dan katalis

AlCl3 atau FeCl3

- Alkilasi

Reaksi antara etilen dan benzene menghasilkan ethyl benzene dengan katalis AlCl3, BF3 atau FeCl3

- Hidrasi

Hidrasi etilen menghasilkan etanol

ClCH2 – CH2Cl + H2O C2H5OH

Reaksi terjadi pada suhu 300 0C dan tekanan 7 MPa dengan katalis

(28)

commit to user

Bab I Pendahuluan

 Asam Asetat

Sifat fisik

- Rumus molekul : CH3COOH

- Titik didih : 111,1 0C

- Titik leleh : 16, 7 0C

- Berupa cairan tidak berwarna dengan bau yang sangat menyengat

- Mudah larut dalam air maupun pelarut organic lain

( Celanese China )

Sifat kimia

Reaksi pada asam asetat:

- Esterifikasi

Hampir 93 % asam asetat digunakan untuk memproduksi ester asetat, reaksi esterifikasi atau olefin, baik dengan asam asetat dalam bentuk cair maupun gas. Dengan reaksi:

ROH + CH3COOH R-CH2COOH + H2O

- Dehidrasi

Reaksi dehidrasi sangat penting untuk sintesa selulosa asetat dengan rayon

Reaksi :

CH3COOH CH2 = CO + CO

- Klorinasi

(29)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₁₆ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

Bab I Pendahuluan

campuran. Reaksi ini akan menghasilkan monoklor asam asetat sebagai hasil samping.

Reaksi :

CH3COOH + Cl2 ClCH2 – COOH + HCl

ClCH2 – COOH + Cl2 Cl2CH – COOH + HCl

- Adisi

Asam asetat ditambahkan dengan asetilen membentuk vinyl asetat

Reaksi :

CH3COOH + CH=CH CH3COOCH=CH2

( Othmer, 1992)

 Oksigen

Sifat fisik

- Rumus molekul : O2

- Titik didih : -183,0 0C

( Air Liquide )

Sifat kimia

Bereaksi hampir dengan semua zat, apabila reaksi melibatkan panas disebut reaksi pembakaran. Merupakan penyusun udara bersama

(30)

commit to user

Bab I Pendahuluan

b. Produk

 Vinyl asetat

Sifat fisik

- Rumus molekul : C4H6O2

- Titik didih : 72,3 0C

- Titik leleh : < -60 0C

- Berupa cairan tidak berwarna dengan bau yang khas

( Perry, 1999 )

Sifat kimia

Reaksi pada vinyl asetat :

- Polimerisasi

Merupakan reaksi terpenting pada vinyl asetat sebagai monomer, salah satunya adalah pembentukan polyvinyl asetat.

Reaksi :

nCH3CO2CH=CH2 -(-CH2 – CH -) – n

O – C – CH3

O

- Hidrolisa

Vinyl asetat terhidrolisa dengan katalis asam atau basa membentuk

vinyl alcohol tidak stabil, kemudian membentuk asetaldehid. Reaksi :

CH3CO2CH=CH2 CH2CHOH

(31)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₁₈ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

Bab I Pendahuluan

- Halogenasi

Penambahan chloride dan bromidepada vinyl asetat akan membentuk

1,2 dikloro etil asetat yang dapat didistilasi tanpa terdekomposisi dalam kondisi vakum.

- Hidrogenasi

Asam asetat dan ethylidene diasetat akan terbentuk jika hydrogen

ditambahkan pada vinyl asetat pada suhu 82 0C dengan adanya 10 %

platinum, sedangkan pada 53 0C dengan 5 % platinum akan

menghasilkan etil asetat

- Hidroalkilasi katalitik

Hydrogen peroksida akan bereaksi dengan vinyl asetat pada 0 0C, dengan menggunakan katalis ossanium tetra oksida menghasilkan

glikoaldehid dengan yield 50%. Reaksi:

CH2=CHOOCH3 + H2O2 CH2 – CH = COOCH3

OH OH

 Karbon dioksida

Sifat fisik

- Rumus molekul : CO2

- Titik didih : -56,6 0C

- Titik leleh : subl -78,5 0C

(32)

commit to user

Bab I Pendahuluan

Sifat kimia

Stabil pada suhu normal, di dalam air akan membentuk asam karbonat

(H2CO3). Bereaksi membentuk carbon monoksida ( CO ) pada suhu

diatas 1700 0C

2CO2 2CO + C2

Karbon dioksida bereaksi dengan ammonia pada stage pertama pada proses produksi urea menghasilkan ammonium karbonat

CO2 + 2NH3 NH2COONH4

( Othmer, 1992 )

1.4.5 Tinjauan Proses Secara Umum

Vinyl asetat dapat dihasilkan dari reaksi oksidasi antara etilen, asam

asetat dan oksigen dengan katalis palladium. Etilena direaksikan secara

eksotermik dengan asam asetat dan oksigen dalam reaktor fixed bed

multitube berkatalis, menghasilkan vinyl asetat dan air. Reaksi terjadi pada

fase gas berlangsung pada 150-160 0C dan tekanan 0,8-1,0 MPa, dengan

katalis heterogen yang mengandung Palladium dengan lifetime 1-5 tahun.

Tidak terbentuk asam asetat, produk samping berupa air, karbondioksida dan sedikit residu (etil asetat, ethylidene, diacetat dan glikol asetat). Tidak ada asetaldehid yang terbentuk meskipun asam asetat sebagai bahan baku

yang mengandung air. Residu dipisahkan dengan menggunakan distilasi. Dengan ini diperoleh kemurnian vinyl asetat yang tinggi.

(33)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₂₀ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

Bab I I Deskripsi Proses

BAB II

DESKRIPSI PROSES

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk

2.1.1. Spesifikasi bahan baku

a. Ethylene

o Bentuk : gas

o Berat molekul : 28,05 g/mol

o Titik didih : -103,9 ˚C

o Titik kritis : 169 ˚C

o Kemurnian : 99,99 %

o Impuritas : Etana ( 80 ppm )

o Kelarutan : tidak larut dalam air

b. Asam asetat

o Bentuk : cairan tidak berwarna

o Titik didih : 111,1 ˚C

o Titik leleh : 16,7 ˚C

o Impuritas : H2O ( 0,15 % )

o Kelarutan : terlarut sempurna dalam air

c. Oksigen

o Bentuk : gas

(34)

commit to user

o Titik didih : -183 ˚C

o Kemurnian : 100 %

o Impuritas : -

o Kelarutan : terlarut sempurna dalam air

2.1.2. Spesifikasi produk

Vinil asetat monomer

o Bentuk : cairan

o Titik didih : 72,3 ˚C

o Titik leleh : < -60 ˚C

o Impuritas : H2O ( 0,1% )

o Kelarutan : terlarut dalam asam asetat, dan

sangat sedikit larut dalam air ( maks. 1%wt )

2.2. Konsep Proses

2.2.1. Dasar Reaksi

Reaksi utama adalah reaksi oksidasi antara etilena dan asam asetat yang menghasilkan vinyl asetat dan air, dengan persamaan reaksi sebagai berikut:

C2H4 + CH3CO2H + ½ O2 C2H3OOCH=CH2+ H2O ...(1)

Terjadi reaksi samping antara etilena dan oksigen menghasilkan

karbondioksida dan air dengan reaksi:

(35)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₂₂ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

2.2.2. Mekanisme Reaksi

Reaksi tersebut berjalan dengan mekanisme sebagai berikut.

2CH3COOH + ½ O2 + Pd ↔ Pd-(CH3COOH)2 + H2O …..(3)

Pd-(CH3COOH)2 + CH3COO-↔ Pd-(OCOCH3)3- …..(4)

Pd-(OCOCH3)3-+C2H4 ↔ C2H3OOCH=CH2+ CH3COOH +CH3COO- + Pd..(5)

(Dimian,2008) Reaksi samping :

CH3COOH + Pd  Pd-OCOCH3- + H+ …..(6)

Pd-OCOCH3- + 3O2 + C2H4↔ 2Pd-CO2 ed + CH3COO- + 2H2O …..(7)

2Pd-CO2 ed↔ 2Pd + 2CO2 …..(8)

2.2.3. Kondisi Operasi

a. Temperatur

Penentuan suhu operasi harus mempertimbangkan fase reaksi dan batasan reaksi serta tinjauan secara termodinamika.Suhu operasi harus berada di bawah

200oC karena pada suhu ini,katalis akan mengalami kerusakan. Selain itu, katalis

Palladium baru teraktivasi pada suhu di atas 140oC (Contreras,2008). Oleh karena

itu, suhu operasi ditentukan pada 150oC. Hal ini didasarkan pada suhu tersebut,

reaktan berfase gas dan pada suhu tersebut didapatkan kecepatan reaksi yang optimum (Han et al,2005). Selain itu, katalis Palladium sudah teraktivasi dan

(36)

commit to user

b. Tekanan

Tekanan yang umum digunakan adalah antara 5 atm sampai 12 atm.

Tekanan operasi yang direkomendasi yaitu antara 8 atm sampai 10 atm, karena tekanan yang lebih tinggi memberikan produktivitas lebih tetapi berakibat buruk

terhadap selektivitas adsorpsi etilena ke permukaan aktif katalis yang mengakibatkan terjadinya reaksi pembakaran yang tak diinginkan (Dimian,2008). Oleh karena itu, diambil tekanan operasi sebesar 10 atm.

c. Perbandingan mol umpan

Mol umpan yang dimasukkan ke reaktor terdiri dari umpan segar dan

recycle. Etilena yang diumpankan lebih banyak dari asam asetat. Umpan dirancang dengan rincian 50% etilena, 16,67% asam asetat, 6% oksigen, 0,01% vinil asetat, 2% air dan 25,32% karbondioksida (%mol). Rasio mol reaktan harus

menjamin excess etilen terhadap asam asetat dengan perbandingan 2 : 1 sampai 3 :

1. Konsentrasi oksigen dijaga di bawah 8% mol untuk menghindari terjadinya resiko ledakan (Dimian,2008).

d. Pemakaian katalis

Dalam reaksi heterogen gas-padat, meskipun katalis tidak berubah pada

akhir reaksi, tetapi katalis tetap ikut aktif di dalam reaksi. Katalis dapat memperbesar kecepatan reaksi karena dimungkinkan terjadinya mekanisme alternatif di mana energi aktivasi tiap langkah reaksi akan lebih rendah

dibandingkan tanpa katalis. Konversi kesetimbangan tidak dipengaruhi katalis, tetapi selektivitasnya dapat ditingkatkan dengan adanya katalis. Permukaan yang

(37)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₂₄ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

permukaan yang besar disebabkan karena adanya pori (situs aktif) ini sehingga menaikkan kecepatan reaksi dan menyebabkan berkurangnya aktivasi sehingga

kecepatan reaksi bertambah besar.

Pada reaksi pembuatan vinyl asetat dari etilena dan asam asetat digunakan

katalis Palladium yang merupakan katalis padat dengan diameter 5 mm. Katalis

ditempatkan di dalam reaktor fixed bed di dalam sisi tubenya. Umur dari katalis

Palladium adalah 3 tahun lebih (Rase,2000).

2.2.4. Tinjauan Termodinamika

Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi

(eksotermis/endotermis) dan arah reaksi (reversible /irreversible). Untuk

menentukan reaksi eksotermis/endotermis panas reaksi dapat dihitung dengan

perhitungan panas pembentukan standar ( ∆Hfo ) pada P=1 atm dan T=25 oC.

Tabel 2.1 Harga ∆Hfo dan ∆Gfo masing-masing komponen

Komponen ∆Hfo, kJ/mol ∆Gfo, kJ/mol

Ethylene 52,3 68,12

Acetic acid -434,84 -376,69

Water -241,8 -228,6

Vinyl acetate monomer -315,7 -228,97

Carbondioxide -393,5 -243

( Sumber : Yaws, 1999 ) Perhitungannya adalah sebagai berikut :

Reaksi 1 :

(38)

commit to user

ΔHRo 1 = ΔHfoproduk – ΔHfo reaktan

= ( ΔHfoVAM+ ΔHfoH2O) – (ΔHfoC2H4+ ΔHfoAcOH)

= (-315,7 – 241,8) – (52,3 – 434,84) = -174,96 kJ/mol

Karena ∆HRo reaksi 1 bernilai negatif maka reaksi bersifat eksotermis.

Perubahan energi Gibbs dapat dihitung dengan persamaan :

∆G298 = -RT ln K ( Smith Van Ness,1987 )

Dimana :

∆G298 = Energi bebas Gibbs standar suatu reaksi pada 298 K ( kJ/mol )

R = konstanta gas ( R = 8,314. kJ/kmol.K )

T = temperatur ( K )

K = konstanta kesetimbangan

∆Go(298 K) = ∆Goproduk - ∆Goreaktan

=

( ΔGfoVAM+ ΔGfoH2O) – (ΔGfoC2H4+ ΔGfoAcOH)

= -228,97 – 228,6 – (68,12 – 376,69) = -149 kJ/mol

∆Go(298 K) = - R.T. ln K298 K

ln K = −∆

. = −

(−149000)

8,314 .298 = 60,14

lnK

K =

∆H R

1

T −

1 T

ln K −ln K = −174960 8,314

1 423−

1 298

(39)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₂₆ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

Bab I I Deskripsi Proses ln K = 81,01

K423 K = 1,5212 . 1035

Karena harga konstanta kesetimbangan relatif besar, maka reaksi

berlangsung searah ke arah kanan (irreversible).

Reaksi 2 :

Karena ∆HRo reaksi 2 bernilai negatif maka reaksi bersifat eksotermis.

(40)

commit to user

Bab I I Deskripsi Proses ln K = 565,98

K423 K = e565,98

Karena harga konstanta kesetimbangan sangat besar, maka reaksi

berlangsung searah ke arah kanan (irreversible).

2.2.5. Tinjauan Kinetika

Reaksi pembentukan vinyl asetat dari asam asetat dan etilena dengan katalis Palladium merupakan reaksi heterogen dalam fase gas (pereaktan) dan fase padat (katalis). Persamaan kecepatan reaksi pembentukan vinyl asetat dapat dirumuskan

sebagai berikut :

= . .

Di mana PEt merupakan tekanan parsial dari etilen dan POx adalah tekanan

parsial dari oksigen dan nilai k dapat didefinisi dengan :

= . exp(− / )

Nilai dari energi aktivasi E1, A1, α, β, dan E1 dapat dilihat pada Tabel 2-2.

Pada reaksi samping (2), kecepatan reaksinya hampir sama, yaitu :

= . .

= . exp(− / )

Nilai dari energi aktivasi E2, A2, α, β, dan E2 dapat dilihat pada Tabel 2-2.

Tabel 2- 2 Nilai konstanta kinetika

Reaksi α Β A (molVA/liter-cat/s) E (kJ/mol)

Utama (1) 0,36 0,20 9,7.10-3 15

Samping (2) -0,29 0,85 5,13.10-4 21

(41)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₂₈ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

Bab I I Deskripsi Proses = ln −

= ln 0,0097− 15000 8,314.

= −4,6356−1804,1857

= ln −

= ln 0,000513− 21000 8,314.

= −7.5752 −2525.8599

2.3. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses

2.3.1. Diagram Alir Proses

Diagram alir Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer yaitu :

a. Diagram Alir Kualitatif ( Gambar 2.1 )

b. Diagram Alir Kuantitatif ( Gambar 2.2 )

(42)

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₂₉ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

(43)

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₃₀ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

Arus 1 Arus 2 Arus 3 Arus 4 Arus 5 Arus 6 Arus 7 Arus 8 Arus 9 Arus 10 Arus 11 Arus 12 Arus 13 Arus 14 Arus 15 Arus 16 Arus 17 Arus 18 Arus 19 Arus 20 Arus 21 Arus 22 Arus 23 1 C2H4 0,00 4630,75 0,00 46307,49 41676,74 41676,74 0,00 41676,74 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0 0,00 0,00 0,00 41676,74 41676,74 0,00 0,00 0,00 2 CH3COOH 9036,15 0,00 0,00 33045,34 24222,23 2957,82 21264,41 2957,82 6392,55 27656,96 27443,91 213,04 6392,55 21051,37 30087,5146 0,00 0,00 0,00 2957,82 33045,34 0,00 0,00 213,04 3 O2 0,00 0,00 4100,96 6341,40 2245,91 2245,91 0,00 2245,91 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0 5,47 0,00 0,00 2241,07 2241,07 5,47 0,00 0,00 4 VAM 0,00 0,00 0,00 28,43 12677,57 4060,85 8616,72 28,43 4032,43 12649,14 0,00 12649,14 0,00 0,00 0 0,00 0,00 0,00 28,43 28,43 0,00 12613,64 35,51 5 H2O 13,57 0,00 0,00 1189,63 4490,86 922,97 3567,90 922,97 76,86 3644,75 329,95 3314,80 76,86 253,09 266,666408 11602,63 11383,85 218,79 922,97 1189,63 218,79 12,63 3302,18 6 CO2 0,00 0,00 0,00 36810,24 38409,21 38409,21 0,00 38409,21 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0 1614,96 15,99 0,00 36810,24 36810,24 1598,97 0,00 0,00 7 M EA 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0 4972,56 4972,56 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

∑ 9049,72 4630,75 4100,96 123722,53 123722,53 90273,50 33449,02 86241,08 10501,83 43950,85 27773,86 16176,99 6469,40 21304,46 30354,181 18195,62 16372,39 218,79 84637,26 114991,44 1823,23 12626,26 3550,73 KOM PONEN

No Laju Alir Massa Overall ( kg/ jam )

(44)

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₃₁ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

Arus 1 Arus 2 Arus 3 Arus 4 Arus 5 Arus 6 Arus 7 Arus 8 Arus 9 Arus 10 Arus 11 Arus 12 Arus 13 Arus 14 Arus 15 Arus 16 Arus 17 Arus 18 Arus 19 Arus 20 Arus 21 Arus 22 Arus 23 Arus 24 Arus 25

1 C2H4 0,000 0,000 0,000 4630,749 0,000 4630,749 41676,744 46307,494 41676,744 0,000 41676,744 0,000 0,000 41676,744 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,00 41676,744 0,00 0,000 0,000 2 CH3COOH 9036,148 30087,515 30087,515 0,000 0,000 0,000 33045,336 33045,336 24222,231 21264,410 2957,821 6392,547 27656,957 2957,821 27443,914 6392,547 21051,366 213,044 0,000 0,000 0,00 2957,821 0,00 0,000 213,044 3 O2 0,000 0,000 0,000 0,000 4100,959 0,000 2240,444 6341,403 2245,913 0,000 2245,913 0,000 0,000 2245,913 0,000 0,000 0,000 0,000 5,470 0,000 0,00 2240,444 5,47 0,000 0,000 4 VAM 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 28,425 28,425 12677,569 8616,718 4060,850 4032,425 12649,144 28,425 0,000 0,000 0,000 12649,144 0,000 0,000 0,00 28,425 0,00 12613,636 35,507 5 H2O 13,575 266,666 266,666 0,000 0,000 0,000 1189,632 1189,632 4490,861 3567,895 922,966 76,857 3644,752 922,966 329,948 76,857 253,092 3314,804 11602,633 11383,846 218,79 922,966 218,79 12,626 3302,177 6 CO2 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 36810,239 36810,239 38409,210 0,000 38409,210 0,000 0,000 38409,210 0,000 0,000 0,000 0,000 1614,960 15,990 0,00 36810,239 1598,97 0,000 0,000 7 MEA 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 4972,557 4972,557 0,00 0,000 0,00 0,000 0,000

∑ 9049,72330354,181 30354,181 4630,749 4100,959 4630,749 114990,82 123722,53 123722,53 33449,024 90273,505 10501,829 43950,853 86241,079 27773,862 6469,404 21304,458 16176,991 18195,621 16372,393 218,79 84636,639 1823,227 12626,263 3550,728

(45)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₃₂ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

2.3.2. Langkah Proses

Reaksi pembentukan vinyl asetat dapat dilakukan pada fase cair dan fase

gas. Namun, reaksi fasa gas lebih baik dari pada fase cair karena menghasilkan produk dengan kemurnian yang lebih baik dan tidak banyak masalah korosi pada

proses (Dimian,2008).

Pada proses pembuatan vinyl asetat, umpan berupa etilena, oksigen, dan asam asetat (99,85%wt) yang masing-masing disimpan di dalam tangki TT-01,

TT-02 dan TT-03. Asam asetat fresh dicampur dengan asam asetat recycle

kemudian diumpankan ke vaporizer (VP-01) untuk mengubah fase menjadi fase

gas. Setelah itu, ketiga bahan baku dicampur dengan arus recycle gas. Pada

pencampuran gas ini, konsentrasi oksigen dikontrol dengan mengatur aliran oksigen masuk. Hal ini dilakukan agar konsentrasi oksigen yang masuk ke dalam

reaktor tidak melebihi 8% mol campuran untuk menghindari resiko ledakan. Rasio

mol reaktan harus menjamin excess etilena terhadap asam asetat dengan

perbandingan 2 : 1 sampai 3 : 1. Setelah itu, campuran gas etilena, asam asetat,

dan oksigen dipanaskan dengan heater (E-102) sampai suhu 150oC. Hal ini

dilakukan untuk menyesuaikan dengan kondisi operasi reaktor (R-01). Reaktor

yang digunakan adalah reaktor fixed bed multitube, dengan menggunakan katalis

Palladium. Reaktor ini beroperasi pada tekanan 10 atm dan 150oC, dengan

konversi per pass etilen sebesar 10% . Reaksi yang terjadi dalam reaktor :

C2H4 + CH3CO2H + ½ O2 C2H3OOCH=CH2 + H2O

(46)

commit to user

Produk keluaran reaktor adalah etilena, oksigen, nitrogen, karbondioksida, vinyl asetat, asam asetat dan air. Selanjutnya, produk keluaran reaktor dialirkan ke

unit pemisahan untuk pemurnian produk.

Produk keluaran reaktor dialirkan dan didinginkan dengan heat exchanger

(E-201) hingga temperatur 127oC. Setelah didinginkan, produk terdiri atas 2 fase,

yaitu fase gas (etilena, oksigen, karbondioksida) dan fase cair (vinyl asetat, asam asetat dan air). Campuran produk ini kemudian dialirkan ke separator (FG-01)

untuk memisahkan fase gas dan fase cair. Produk atas dari FG-01 ini adalah etilena, oksigen, karbondioksida dan sedikit vinyl asetat, sedangkan produk

bawahnya merupakan campuran vinyl asetat, asam asetat, dan air.

Produk atas yang merupakan campuran gas etilena, oksigen, karbondioksida dan sedikit vinyl asetat dimasukkan absorber (T-101) untuk mengambil vinyl

asetat yang masih terikut dalam fasa gas. Selanjutnya, campuran gas ini dimasukkan ke absorber (T-102) untuk mengambil sebagian jumlah gas karbondioksida agar tidak terjadi akumulasi di reaktor dan kemudian gas

di-recycle kembali.

Produk bawah Separator (FG-01) dicampur dengan arus hasil absorber

T-101 yang kemudian dialirkan ke menara destilasi (T-201). Produk atas merupakan vinyl asetat, air dan sedikit asam asetat, sedangkan produk bawah merupakan asam asetat dengan sedikit campuran air. Asam asetat yang diperoleh sebagai

produk bawah, direcycle kembali dan dicampurkan dengan asam asetat fresh.

Produk atas kolom destilasi didinginkan dengan condensor (E-202). Kemudian

dialirkan ke dalam decanter (FL-01) untuk dipisahkan dengan prinsip perbedaan

(47)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₃₄ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

99,9%wt yang kemudian akan dialirkan ke tangki penyimpanan produk (TT-04).

Produk bawah decanter (FL-01) merupakan campuran air dan sedikit asam asetat

yang kemudian akan diolah di unit pengolahan limbah.

2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas

Produk : Vinil asetat monomer 99,9% berat

Kapasitas : 100.000 ton/tahun

Satu tahun produksi : 330 hari

Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam

2.4.1 Neraca Massa

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Satuan : kg/jam

a. Neraca massa di Tee-01

Tabel 2.3 Neraca Massa di Tee-01

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Arus 1 Arus 17 Arus 2

CH3COOH 9036,15 21051,37 30087,51

H2O 13,58 253,09 266,67

Total 9049,73 21304,46 30354,18

(48)

commit to user

b. Neraca massa di Tee-02

C2H4 - 41676,74 41676,74

CH3COOH 30087,51 2957,82 33045,34

O2 - 2240,44 2240,44

VAM - 28,43 28,43

H2O 266,67 922,97 1189,63

CO2 - 36810,24 36810,24

Total 30354,18 84636,64 114990,82

114990,82 114990,82

c. Neraca massa di Tee-03

Arus 7 Arus 5 Arus 6 Arus 8

C2H4 41676,74 - 4630,75 46307,49

CH3COOH 33045,34 - - 33045,23

O2 2240,44 4100,96 - 6341,40

VAM 28,43 - - 28,43

H2O 1189,63 - - 1189,63

CO2 36810,24 - - 36810,24

Total 114990,82 4100,96 4630,75 123722,53

(49)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₃₆ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

d. Neraca massa di reaktor (R-01)

Tabel 2.6 Neraca Massa di Reaktor

Arus 8 Arus 9

C2H4 46307,49 41676,74

CH3COOH 33045,23 24222,23

O2 6341,40 2245,91

VAM 28,43 12677,57

H2O 1189,632 4490,86

CO2 36810,24 38409,21

Total 123722,53 123722,53

e. Neraca massa di Separator (FG-01)

Tabel 2.7 Neraca Massa di Separator

C2H4 41676,74 - 41676,74

CH3COOH 24222,23 21264,41 2957,82

O2 2245,91 - 2245,91

VAM 12677,57 8616,72 4060,85

H2O 4490,86 3567,90 922,97

CO2 38409,21 - 38409,21

Total 123722,53 33449,02 90273,50

(50)

commit to user

f. Neraca massa di Absorber 1 (T-101)

Tabel 2.8 Neraca Massa di Absorber 1

Arus 11 Arus 16 Arus 12 Arus 14

C2H4 41676,74 - - 41676,74

CH3COOH 2957,82 6392,55 6392,55 2957,82

O2 2245,91 - - 2245,91

VAM 4060,85 - 4032,43 28,43

H2O 922,97 76,857 76,86 922,97

CO2 38409,21 - - 38409,21

Total 90273,50 6469,41 10501,83 86241,08

96742,91 96742,91

g. Neraca massa di Absorber 2 (T-102)

Tabel 2.9 Neraca Massa Absorber-02

Arus 14 Arus 20 Arus 21 Arus 19 Arus 22

C2H4 41676,74 - - - 41676,74

CH3COOH 2957,82 - - - 2957,82

O2 2245,91 - - 5,47 2240,44

VAM 28,43 - - - 28,43

H2O 922,97 11383,85 218,79 11602,63 922,97

CO2 38409,21 15,99 - 1614,96 36810,24

MEA - 4972,56 - 4972,56 -

Total 86241,08 16372,39 218,79 18195,62 84636,64

(51)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₃₈ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

h. Neraca massa di Regenerator MEA (T-202)

Tabel 2.10 Neraca Massa di Regenerator MEA

O2 5,47 - 5,47

H2O 11602,63 11383,85 218,79

CO2 1614,96 15,99 1598,97

MEA 4972,56 4972,56 -

Total 18195,62 16372,39 1823,23

18195,62 18195,62

i. Neraca massa di Menara Distilasi(T-201)

Tabel 2.11 Neraca Massa di Menara Destilasi

CH3COOH 27656,96 27443,91 213,04

VAM 12649,14 - 12649,14

H2O 3644,75 329,95 3314,81

Total 43950,85 27773,86 16176,99

43950,85 43950,85

j. Neraca massa di Dekanter(FL-01)

Tabel 2.12 Neraca Massa di dekanter

CH3COOH 213,04 - 213,04

VAM 12649,14 12613,64 35,51

(52)

commit to user

Total 16176,99 12626,26 3550,73

16176,99 16176,99

k. Neraca massa overall

Tabel 2.13 Neraca Massa Total

komponen INPUT ( kg/jam ) OUTPUT ( kg/jam )

Arus 4 Arus 1 Arus 5 Arus 21 _{Arus 23} _{Arus 24} _{Arus 25}

C2H4 4630,75 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

CH3COOH 0,00 9036,15 0,00 0,00 0,00 0,00 213,04

O2 0,00 0,00 4100,96 0,00 5,47 0,00 0,00

VAM 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 12613,64 35,51

H2O 0,00 13,57 0,00 218,79 218,79 12,63 3302,18

CO2 0,00 0,00 0,00 0,00 1598,97 0,00 0,00

TOTAL 4630,75 9049,72 4100,96 218,79 1615,12 12626,26 3550,73

18000,22 18000,22

2.4.2. Neraca Panas

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Satuan : kJ/jam

a. Neraca Panas di reaktor (R-01)

Tabel 2.14 Neraca panas Reaktor

Komponen Qinput ( kJ/jam ) Qoutput ( kJ/jam )

Q umpan 20.332.062,04 -

Q produk - 22.670.537,81

Q pengendali - 47.391.876,28

Q reaksi 49.730.352,06 -

(53)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₄₀ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

b. Neraca Panas di separator (FG-01)

Tabel 2.15 Neraca Panas separator

Komponen Q input ( kJ/jam ) Q output ( kJ/jam )

Q umpan 20.280.175,13 -

Q produk atas - 12.114.427,41

Q produk bawah - 8.165.747,72

TOTAL 20.280.175,13 20.280.175,13

c. Neraca Panas di absorber 1(T-101)

Tabel 2.16 Neraca Panas di Absorber 1

Q umpan gas 6.752.505,81 -

Q umpancair 500.209,18 -

Q Pelarutan 78,70 -

Q produk gas - 6.053.360,76

Q produk cair - 852.914,93

Q laten terserap - 346.517,99

TOTAL 7.252.793,69 7.252.793,69

d. Neraca Panas di absorber 2(T-102)

Tabel 2.17 Neraca Panas di Absorber 2

Q umpan gas 6.053.360,76 -

Q umpancair 3.557.556,37

Q produk gas - 5.974.533,19

Q produk cair - 3.636.383,94

(54)

commit to user

e. Neraca Panas di menara distilasi(T-201)

Tabel 2.18 Neraca Panas Menara Distilasi

Komponen Q input ( kJ/jam ) Q output ( kJ/jam)

Q umpan 9.018.662,65 -

Q condensor - 140.303.746,59

Q reboiler 141.007.965,60 -

Qdistilat - 2.822.236,19

Qbottom - 6.900.645,47

TOTAL 150.026.628,25 150.026.628,25

f. Neraca Panas di regenerator MEA (T-202)

Tabel 2.19 Neraca Panas Regenerator

Q umpan 6.594.786,23 -

Q condensor - 1.061.268,53

Q reboiler 1.036.315,82 -

Qdistilat - 81.707,84

Qbottom - 6.488.125,67

TOTAL 7.631.102,05 7.631.102,05

g. Neraca Panas di dekanter(FL-01)

Tabel 2.20 Neraca Panas Dekanter

Q umpan 561741,62 -

Q fase berat - 215199,61

Q fase ringan - 346542,01

(55)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₄₂ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

h. Neraca Panas di vaporizer(VP-01)

Tabel 2.21 Neraca Panas Vaporizer

Q umpan 5429721,97 -

Q pemanas 25787651,31 -

Q uap keluar - 6816733,65

Q cair keluar - 3209353,95

Q penguapan - 21191285,68

TOTAL 31217373,28 31217373,28

2.5. Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses

2.5.1. Lay Out Pabrik

Lay out pabrik merupakan suatu pengaturan atau penyusunan peralatan proses dan fasilitas pabrik lainnya, sedemikian rupa sehingga pabrik dapat berfungsi dengan efektif, efisien, dan aman. Tata letak pabrik yang baik bertujuan agar :

o Mempermudah arus masuk dan keluar area pabrik.

o Proses pengolahan bahan baku menjadi produk lebih efisien.

o Mempermudah penanggulangan bahaya yang mungkin terjadi seperti

kebakaran, ledakan dll.

o Mencegah terjadinya polusi.

o Memudahkan pemasangan, pemeliharaan, dan perbaikan.

o Menekan biaya produksi serendah mungkin dengan hasil yang

(56)

commit to user

Untuk mencapai hasil yang optimal, maka hal –hal yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan tata letak pabrik adalah :

o Pabrik Vinyl Acetate Monomer ini merupakan pabrik baru sehingga

dalam tata letak pabrik tidak dibatasi oleh bangunan yang ada.

o Kemungkinan perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik di

masa mendatang.

o Faktor keamanan, terutama bahaya kebakaran sangat penting maka

dalam merencanakan lay out selalu diusahakan untuk memisahkan

sumber api dan panas dari sumber bahan baku yang mudah meledak.

Unit – unit yang ada dikelompokkan agar memudahkan pengalokasian bahaya kebakaran yang mungkin terjadi.

o Sistem konstruksi yang direncanakan adalah out door untuk

menekan biaya bangunan gedung, sedangkan jalannya proses dalam pabrik tidak dipengaruhi oleh perubahan musim.

o Fasilitas untuk karyawan seperti masjid, kantin, parkir, dan

sebagainya diletakkan strategis sehingga tidak mengganggu jalannya proses.

o Lahan terbatas sehingga diperlukan efisiensi dalam pemakaian

pengaturan ruangan/lahan.

Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberapa bagian utama,

yaitu (Vilbrandt, 1959) :

1. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol

(57)

commit to user

Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate M onomer ₄₄ dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen

proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang dijual.

2. Daerah proses

Merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses berlangsung.

3. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk

Merupakan daerah untuk tempat bahan baku dan produk.

4. Daerah gudang, bengkel dan garasi

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

5. Daerah utilitas

Merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung proses berlangsung dipusatkan.

(58)

commit to user

Gambar 2-4 Lay out pabrik vinil asetat monomer

2.5.2. Layout Peralatan Proses

Lay out peralatan proses adalah tempat dimana alat-alat yang digunakan dalam proses produksi. Tata letak peralatan proses pada

prarancangan pabrik ini dapat dilihat pada Gambar 2.4. Beberapa hal yang

harus diperhatikan dalam menentukan lay out peralatan proses pada pabrik