NASKAH PUBLIKASI Prarancangan Pabrik Hexamine Dengan Proses Leonard Kapasitas 35.000 Ton/Tahun.

NASKAH PUBLIKASI

PRARANCANGAN PABRIK

HEXAMINE DENGAN PROSES LEONARD KAPASITAS 35.000 TON/TAHUN

Diajukan Guna Melengkapi Persyaratan dalam Menyelesaikan Pendidikan Tingkat Strata Satu di Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Oleh : TIYA SISWANTI

D 500 100 056

Dosen Pembimbing : 1. M. Mujiburohman Ph.D. 2. Kun Harismah Ph.D.

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

HALAMAN PENGESAHAN

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK KIMIA

Nama : Tiya Siswanti

NIM : D 500 100 056

Judul Tugas Prarancangan Pabrik : Prarancangan Pabrik Hexamine dengan Proses Leonard Kapasitas 35.000 Ton/Tahun

Dosen Pembimbing : 1. M. Mujiburohman Ph.D. 2. Kun Harismah Ph.D.

Surakarta, Juli 2014

Menyetujui,

Dosen Pembimbing I

M. Mujiburohman Ph.D. NIDN : 0608087301

Dosen Pembimbing II

INTISARI

Prarancangan pabrik hexamine dimaksudkan untuk memenuhi kebutuhan hexamine dalam negeri dan mengurangi ketergantungan impor. Hexamine banyak digunakan sebagai bahan baku peledak di bidang pertambangan dan sebagai bahan baku antiseptik, curing agent (pengawetan) resin, a ccelerator elastisitas pada tekstil, shrink proofing agent pada tekstil untuk memperindah warna, bahan fungisida pada makanan, menambah elastisitas pada serat selulosa, sebagai bahan anti korosi dalam industri logam, pendeteksi logam, sebagai bahan penyerap gas beracun dan sebagai anti caking agent (penggumpalan) dalam industri pupuk urea. Untuk memenuhi kebutuhan produk dalam negeri dan dengan adanya peluang ekspor yang terbuka, maka dirancang pabrik hexamine dengan proses Leonard kapasitas 35.000 ton/tahun dengan bahan baku amoniak 2.216,5249 kg/jam dan formaldehid 5.867,2718 kg/jam. Pabrik direncanakan berdiri di kawasan industri Bontang, Kalimantan Timur tahun 2014.

Proses pembuatan hexamine merupakan reaksi homogen fase cair yang menghasilkan produk samping air. Reaksi berlangsung di dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk dengan suhu 40°C dan tekanan 16 atm, irreversible dan eksotermis. Konversi reaksi sebesar 98% terhadap amoniak. Produk yang dihasilkan adalah hexamine dengan kadar 99,93%. Tahapan proses meliputi persiapan bahan baku amoniak dan formaldehid, pembentukan hexa mine di dalam reaktor, dan pemurnian produk. Pemurnian produk dilakukan di dalam eva porator, centrifuge, dan rotary dryer. Unit pendukung proses meliputi unit pengadaan air, tenaga listrik, steam, bahan bakar, udara tekan, dan unit pengolahan limbah. Pabrik juga didukung laboratorium yang mengontrol mutu bahan baku dan produk serta bahan buangan pabrik. Pabrik hexamine didirikan di atas lahan seluas 45.880 m2 dengan jumlah karyawan sebanyak 160 orang, dengan bentuk perusahaan Perseroan Terbatas (PT).

Pabrik hexamine yang akan didirikan menggunakan modal tetap sebesar Rp 1.085.038.488.249 dan modal kerja sebesar Rp 287.904.144.387. Dari analisis ekonomi diperoleh nilai Return on Investment (ROI) sebelum pajak yakni sebesar Rp 722.200.247.391, dan sesudah pajak Rp 505.540.173.174. Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar 1,31 tahun, dan sesudah pajak sebesar 1,77 tahun. Break Even Point (BEP) 40,16%, Shut Down Point (SDP) 32,92%, sedangkan Discounted Ca sh Flow (DCF) sebesar 32,83%. Jadi, dari segi ekonomi pabrik tersebut layak untuk didirikan.

I. PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang

Secara umum, industri kimia di Indonesia menunjukkan kenaikan produksi yang cukup mantap walaupun sempat dilanda krisis moneter. Hal ini disebabkan adanya perluasan kapasitas produksi beberapa pabrik, pembangunan pabrik-pabrik kimia baru, dan makin meningkatnya permintaan pasar terutama pasar ekspor. Salah satu industri kimia yang mempunyai kegunaan penting dan memiliki prospek yang bagus adalah hexamine. Sementara kebutuhan impor hexamine saat ini mencapai 21.441 Ton. Dengan didirikannya pabrik hexamine diharapkan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri, menciptakan lapangan pekerjaan serta memacu pertumbuhan industri penghasil formaldehid dan amoniak dan industri yang menggunakan hexamine sebagai bahan utama maupun pembantu.

Hexamine banyak diperlukan untuk keperluan pertahanan dan keamanan. Selain sebagai bahan baku pembuatan peledak, hexamine banyak digunakan juga dalam berbagai bidang antara lain: bidang kedokteran (bahan baku antiseptik), industri resin (curing agent), industri karet (accelerator yaitu agar karet menjadi elastis), industri tekstil (shrink-proofing

agent dan untuk memperindah warna), industri serat selulosa (menambah elastisitas), pada industri buah digunakan sebagai fungisida pada tanaman jeruk untuk menjaga tanaman dari serangan jamur, sebagai bahan anti korosi dalam industri logam, pendeteksi logam, sebagai bahan penyerap gas beracun dan sebagai anti caking agent dalam industri pupuk urea (Kent, 1974).

Hexamine dihasilkan dari bahan baku amoniak dan formaldehid. Bahan baku amoniak didapatkan dari PT Pupuk Kaltim dan bahan baku formaldehid didapatkan dari beberapa industri penghasil formaldehid di Kalimantan. 1.2Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian sebagai berikut: 1. Menghemat devisa negara karena

mengurangi beban impor hexamine

2. Menciptakan lapangan pekerjaan baru dan mengurangi pengangguran

3. Memacu pertumbuhan industri-industri di Indonesia

1.3Kapasitas Perancangan

y = 699,0x - 1E+06

2007 2009 2011 2013

ke

(Badan Pusat Statistik, 2013)

Gambar 1 Data impor hexamine. Kenaikan impor hexamine sesuai dengan persamaan garis lurus:

y = 699x – 1000000

Dari persamaan tersebut dapat dihitung besarnya impor hexamine pada tahun 2014 adalah sebesar 28.576 Ton/Tahun. Dengan prediksi kebutuhan hexamine di atas maka ditetapkan perancangan kapasitas pabrik sebesar 35.000 ton/tahun. Kelebihan produksi dialokasikan untuk ekspor di kawasan Asia, seperti: Filipina, Singapura, China, India, dan Pakistan, yang juga masih membutuhkan hexamine, serta tidak menutup kemungkinan untuk diekspor di kawasan lainnya.

Berdasarkan pertimbangan ketersediaan bahan baku, letak pasar, transportasi, tenaga kerja, perizinan, peraturan daerah dan keberadaan masyarakat, iklim, perluasan area, fasilitas air, dan prasarana maka ditetapkan pendirian pabrik hexamine di Bontang, Kalimantan Timur.

II.TINJAUAN PUSTAKA

2.1Macam-macam Proses Pembuatan Hexamine

Pembuatan hexamine secara komersial dengan bahan baku amoniak dan formaldehid dapat dilakukan dengan 3 proses:

1. Poses Meissner 2. Proses Leonard 3. Proses AGF Lefebvre

Dengan membandingkan ketiga macam proses di atas, maka dalam perancangan pabrik hexamine dipilih proses Leonard dengan 4 pertimbangan:

1. Reaksi yang berlangsung merupakan reaksi homogen fase cair sehingga penanganan lebih mudah jika dibandingkan dengan reaksi fase heterogen yaitu gas dan cair

yield 95% dan proses AGF Lefebvre yaitu konversi 97% dan yield 95%

3. Panas reaksi yang dihasilkan lebih kecil jika dibandingkan dengan proses lainnya, sehingga memudahkan pengontrolan suhu reaktor

4. Dengan panas yang kecil maka kebutuhan pendingin lebih sedikit. Hal ini dapat menghemat biaya operasi reaktor.

2.2Konsep Reaksi a. Dasar reaksi

Proses pembuatan hexamine dengan bahan baku amoniak dan formaldehid dalam fase cair. Reaksi yang terjadi: 6CH2O(aq) + NH3(l) (CH2)6N4(aq) + 6H2O(l)

Pada reaksi di atas formaldehid melepas atom oksigen, sedangkan amoniak melepas dua atom hidrogen dan membentuk produk samping H2O. Reaksi yang terjadi berlangsung cepat sehingga tidak memerlukan katalis.

b. Mekanisme reaksi

Reaksi yang terjadi dalam fase cair berlangsung dalam empat tahap:

1. Mula-mula 3 molekul formaldehid bereaksi dengan 3 molekul amoniak membentuk methylenemine dan melepas H2O

2. Tiga molekul methylenemine bereaksi membentuk trimethylenetriami

3. Kemudian trimethylenetriamine bereaksi dengan CH2O membentuk trimethyloltriamethylenetriamine.

4. Molekul trimethyloltriamethylen-etriamine bereaksi dengan NH3 dan melepas tiga molekul H2O membentuk hexamine.

c. Kondisi operasi

Kondisi operasi pada reaktor dalam perancangan pabrik hexamine ini adalah:

Fase : cair-cair Mol (CH2O : NH3) : 3 : 2 d. Tinjauan termodinamika

Tinjauan termodinamika digunakan untuk mengetahui sifat reaksi (endotermis/eksotermis) dan arah reaksi (reversible/irreversible). Penentuan panas reaksi yang berjalan secara eksotermis maupun endotermis dapat dihitung dengan perhitungan panas pembentukan standar (∆H°f) dilihat pada Tabel 3 (Yaws, 1999). Tabel 2 Harga ∆H°f komponen. negatif, maka reaksi bersifat eksotermis. Reaksi pembentukan hexamine merupakan reaksi irreversible. Hal ini dapat dilihat dari nilai konstanta kesetimbangan (K). Energi bebas Gibbs dari reaktan dan produk adalah (Yaws, 1999):

Tabel 3 Harga∆G°f komponen.

= -236,0508 kJ/mol

K = exp(236,0508/8,314 x10-3 x 298) = 2,3846 x 1041

Dari persamaan (Smith and Van Ness, 1975):

Ln (K/K1) = -(∆H298/R) x (1/T-1/T1) Di mana:

K1 = konstanta kesetimbangan pada temperatur tertentu

T1 = temperatur tertentu (K)

∆H298= panas reaksi pada suhu 298 K

Pada suhu T1 = 40°C = 313 K besarnya konstanta kesetimbangan dapat dihitung: dianggap berjalan searah atau irreversible.

e. Tinjauan kinetika

Reaksi yang terjadi merupakan reaksi orde 3 dengan persamaan kecepatan

CA = konsentrasi amoniak (mol/L)

CB = konsentrasi formaldehid (mol/L)

Persamaan kinetika (Kermode and Stevens, 1965): 2.3Tahapan Proses

1.Tahap persiapan bahan baku a. Amoniak

Amoniak disimpan dalam tangki penyimpan (F-111) pada tekanan 16 atm dan suhu 35°C dalam kondisi cair. Dari tangki penyimpan amoniak dipompa (L-212) untuk dialirkan ke reaktor. b. Formaldehid

Larutan formaldehid disimpan pada tangki penyimpan (F-110) pada tekanan 1 atm dan suhu 35°C. Untuk mengalirkan larutan formaldehid ke dalam reaktor dan menaikkan tekanannya menjadi 16 atm digunakan pompa (L-210) dan pompa (L-211).

mol formaldehid : amoniak = 3 : 2. Reaksi berlangsung dalam fase cair dan bersifat eksotermis. Konversi yang dicapai sebesar 98% dengan reaktan pembatas amoniak. Reaksi berjalan dalam RATB pada keadaan isotermal 40°C. Tekanan operasi reaktor 16 atm, hal ini bertujuan sebelum masuk evaporator (V-110). Suhu produk keluar expander sebesar 40°C, produk hexamine dan sisa reaktan yang berupa amoniak dan larutan formaldehid keluar expander kemudian diumpankan ke dalam evaporator 110) dan (V-111). Di dalam evaporator, produk mengalami proses pemekatan dan pengkristalan. Evaporator bekerja pada tekanan di bawah 1 atm (vakum). Hal ini bertujuan untuk menghindari dekomposisi hexamine. Tekanan evaporator 1 (V-110) yaitu 0,11 atm dan suhu 48°C. Evaporator 2 (V-111) beroperasi pada tekanan 0,12 atm dan suhu 50°C. Sebagai

media pemanas digunakan steam jenuh pada suhu 150°C dan tekanan 4,7 atm. Produk hasil evaporator 2 (V-111) berupa kristal hexamine selanjutnya di umpankan ke centrifuge (H-140) dengan menggunakan pompa (L-213) untuk dipisahkan antara kristal hexamine dengan cairannya. Kristal hexamine kemudian dibawa ke unit pemurnian dengan menggunakan screw conveyor (J-240). Sedangkan cairan keluar centrifuge (mother liquor) di-recycle kembali masuk dalam evaporator 1 (V-110) .

3. Tahap Pemurnian Dan Penyimpanan Produk

Produk yang dihasilkan dimurnikan dengan menggunakan alat rotary dryer (B-120). Pada rotary dryer terjadi penguapan sisa-sisa air dan dihasilkan produk dengan kemurnian mencapai 99,93%. Selanjutnya produk masuk dalam unit penyimpanan melalui belt conveyor (J-230), lalu produk diangkut oleh bucket elevator (J-210) sebelum disimpan dalam silo (F-260).

III. SPESIFIKASI ALAT UTAMA PROSES

Kode : F-110

Fungsi : Menyimpan kebutuhan bahan baku formaldehid selama 2 hari

2. Tangki Amoniak Kode : F-111

Fungsi :Menyimpan kebutuhan bahan baku amoniak selama 2 hari

Tipe : Spherical tank Kondisi operasi:

Temperatur : 35°C Bahan : Stainless Steel Jumlah : 1 buah

3. Reaktor Kode : R-110

Tinggi reaktor : 4,2331 m ΔTLMTD : 12,9842 °F Luas transfer panas : 340,9978 ft2 Luas selubung reaktor: 507,8121 ft2 Jenis pendingin : Jaket

Tebal jaket : 1,5 in Tinggi jaket : 2,5949 m

Rd : 0,003

Bahan : Stainless steel Jumlah : 1 buah 4. Evaporator 1

Kode : V-110 5. Evaporator 2

Kode : V-111 6. Rotary dryer

Kode : B-120

Fungsi : Mengeringkan padatan dari centrifuge

Kondisi operasi:

Suhu umpan masuk : 40°C Suhu umpan keluar : 50°C Tekanan : 1 atm Luas penampang : 2,2204 ft2 Diameter : 0,5125 m Panjang : 4,1194 m Kecepatan putar : 6 rpm

Power : 8 Hp

Jumlah : 1 buah 7. Centrifuge

Kode : H-140

Fungsi : Memisahkan kristal hexamine dari filtrat

Tipe : Nozzle discharge Bahan : Carbon Steel Kondisi operasi :

1. Temperatur : 40°C 2.Tekanan : 1 atm

Kecepatan : 5,1582 m3/jam Power : 40 Hp

Diameter : 0,4040 m Jumlah : 1 buah Kecepatan putar : 6250 rpm

IV. HASIL PENELITIAN

Gambar 2 Grafik analisa ekonomi. KESIMPULAN

Pabrik hexamine digolongkan pabrik beresiko rendah. Hal ini dapat dilihat dari hasil analisis kelayakan ekonomi. Hasil analisis kelayakan ekonomi adalah:

1. Keuntungan sebelum pajak = Rp 722.200.247.391 Keuntungan setelah pajak

= Rp 505.540.173.174 2. Return on Investment (ROI)

sebelum pajak = 66,56% Return on Investment (ROI) setelah pajak = 46,60% Return on Investment (ROI) minimal 11%

3. Pay out Time (POT) sebelum pajak = 1,31 tahun

Pay out Time (POT) setelah pajak = 1,77 tahun

Pay out Time (POT) maksimal 4 tahun

4. Break Even Point (BEP) sebesar 40,16%

BEP utnuk pabrik kimia berkisar antara 40-60%

5. Shut Down Point (SDP) sebesar 32,92%

6. Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 32,83%

Discounted Cash Flow (DCF) minimal 25%

DAFTAR PUSTAKA

Badan Pusat Statistik, 2013, Data Impor Indonesia, Diakses dari http://www.bps.go.id pada tanggal 11 November 2013 Kent, A.J., 1974, Riegel’s Handbook

of Industrial Chemistry, 7th

edition, Littion Educational Publishing, Inc, USA

Kermode, R.I. and Stevens, W.F., 1965, Canadian Journal

Chemical Engineering, vol 43 No 63

Smith, J.M. and Van Ness, H.H., 1975, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamic, 3th edition, McGraw Hill International Book, Co, Tokyo Yaws, C.L., 1999, Chemical