i NASKAH PUBLIKASI
PRARANCANGAN PABRIK DIBUTYL PHTHALATE DARI PHTHALIC ANHYDRIDE DAN N-BUTANOL DENGAN KATALIS ASAM SULFAT
KAPASITAS 12.500 TON/TAHUN
Disusun oleh:
Ali Mahmudi
D 500 090 007
Dosen pembimbing:
1. Ir. Nur Hidayati, M.T., Ph.D.
2. Ir. Haryanto A.R., M.S.
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SURAKARTA
iii
SURAT PERNYATAAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH
Bismillaahirrahmaanirrohiim
Yang bertanda tangan dibawah ini, saya:
Nama : Ali Mahmudi
NIM : D500 090 007
Fakultas/Jurusan : Teknik/Teknik Kimia
Jenis : Skripsi
Judul : Prarancangan Pabrik Dibutyl Phthalate dari Phthalic
Anhydride dan n-Butanol dengan Katalis Asam Sulfat
Kapasitas 12.500 Ton/Tahun Dengan ini menyatakan bahwa saya menyetujui untuk:
1. Memberikan hak bebas royalti kepada Perpustakaan UMS atas penulisan karya ilmiah
saya, demi pengembangan ilmu pengetahuan,
2. Memberikan hak menyimpan, mengalihmediakan/mengalih formatkan, mengelola
dalam bentuk pangkalan data (database), mendistribusikannya, serta menampilkannya dalam bentuk softcopy untuk kepentingan akademis kepada Perpustakaan UMS, tanpa perlu meminta ijin dari saya selama tetap mencantumkan
nama saya sebagai penulis/pencipta,
3. Bersedia dan menjamin untuk menanggung secara pribadi tanpa melibatkan pihak
Perpustakaan UMS, dari semua bentuk tuntutan hukum yang timbul atas pelanggaran
hak cipta dalam karya ilmiah ini.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan semoga dapat digunakan sebagaimana semestinya.
Surakarta, Juli 2013 Yang menyatakan
1
H2 SO4
A.PENDAHULUAN
Sebagai Negara berkembang Indonesia dituntut untuk selalu memperbaiki sistem perekonomian. Upaya untuk meningkatkan sistem perekonomian tersebut salah satunya adalah dengan memajukan sistem industrialisasi. Pasar bebas yang dibuka seluas-luasnya merupakan salah satu alternatif agar terbangun industri yang kompetitif. Industri kimia yang memproduksi bahan kimia hulu maupun hasil olahannya merupakan contoh sektor industri yang kompetitif.
Salah satu industri kimia yang dinilai prospektif adalah Plasticizer. Plasticizer merupakan salah satu bahan penunjang bagi industri plastik yang berfungsi membentuk sifat kekenyalan atau keliatan agar barang-barang dari plastik menjadi kenyal, mudah dibentuk dan tidak mudah pecah/patah. Dibutyl phthalate merupakan salah satu jenis plasticizer yang digunakan di Indonesia.
Dibutyl phthalate diperoleh dari reaksi phthalic anhydride dan 2 molekul
n-butanol melalui satu tahap reaksi esterifikasi disertai pengeluaran air, adapun reaksinya adalah sebagai berikut (Keyes,1975):
C6H4(CO)2 + 2C4H9OH C6H4(COOC4H9)+ H2O
Phthalic Anhydride n-Butanol Dibutyl Phthalate Air
Dengan menggunakan katalis asam sulfat, waktu reaksi yang digunakan sangat singkat, sehingga kemungkinan terjadinya reaksi samping sangat kecil. Produk yang diperoleh dari reaksi esterifikasi adalah 99% dibutyl phthalate.
Selain pertimbangan di atas, pendirian pabrik dibutyl phthalate di Indonesia didasarkan oleh beberapa hal sebagai berikut:
Menciptakan lapangan pekerjaan sehingga dapat mengurangi jumlah angka pengangguran dalam negri
Memacu industri-industri baru untuk menggunakan dibutyl phthalate
sebagai bahan bakunya
Mengurangi ketergantungan terhadap negara asing
Meningkatkan pendapatan negara dari sektor industri, serta dapat menghemat devisa negara
2
B.PERANCANGAN KAPASITAS
Kapasitas produksi pabrik mempengaruhi perhitungan ekonomis maupun teknis dalam suatu perancangan pabrik. Dalam menentukan kapasitas rancangan pabrik dibutyl phthalate ini perlu mempertimbangkan beberapa hal, diantaranya proyeksi konsumsi dibutyl phthalate, kapasitas produksi dibutyl phthalate
komersial yang sudah ada dan kapasitas minimal atau maksimal yang terpasang. 1. Proyeksi Kebutuhan dibutyl phthalate
Tabel 1. Data impor Indonesia terhadap dibutyl phthalate (BPS, 2006-2010)
Berdasarkan data yang ditunjukkan pada tabel 1.1. data impor Indonesia terhadap dibutyl phthalate mengalami pasang surut. Namun kebutuhan dibutyl
phthalate diprediksikan akan mengalami peningkatan pada tahun-tahun
berikutnya.
2. Kapasitas Produksi Pabrik Komersial yang Sudah Ada
Saat ini ada 2 pabrik di Indonesia yang memproduksi dibutyl pthtalate, yaitu: PT. Indo Polimers Adiputra dengan kapasitas 7.200 ton/tahun dan PT. Buana Chemical Industries yang berkapasitas 10.000 ton/tahun
(Indochemical’CIC’,2002). Berdasarkan pertimbangan di atas maka diambil kapasitas produksi rancangan pabrik dibutyl phthalate ini sebesar 12.500 ton/tahun. Berdasarkan faktor lokasi bahan baku, pemasaran, fasilitas transportasi, utilitas, dan tenaga kerja, maka Gresik, Jawa Timur dirasa tepat untuk dijadikan lokasi pendirian pabrik dibutyl phthalate dalam perencanaan ini.
No. Tahun Jumlah (kg)
1. 2006 479.571
2. 2007 2.652.987
3. 2008 3.886.947
4. 2009 1.052.693
3
C.PROSES PEMBUATAN DIBUTYL PHTHALATE
Dibutyl phthalate diproduksi dengan mereaksikan antara phthalic
anhydride dan butanol dengan reaksi esterifikasi menggunakan katalis asam sulfat. Reaksi dijalankan dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) pada suhu 80-150oC. Reaksi berlangsung dalam fase cair, dengan persamaan reaksi sebagai berikut (Berman dkk., 1948):
O
Gambar 1. Reaksi Esterifikasi dibuytl phthalate
D.TINJAUAN KINETIKA
Reaksi esterifikasi pembentukan dibutyl phthalate adalah reaksi orde 2 terhadap terhadap monoester. Dari eksperimen diperoleh persamaan empiris untuk harga k, adalah sebagai berikut (Berman,1949):
kT : Konstana laju reaksi dengan katalis (m3/.kmol jam)
C :Prosen berat katalis dalam umpan (%) B/M : Rasio mol Butanol dan MBP
T : Temperatur
Phthalic Anhyride Butanol Monobutyl Phthalate
4 Reaksi esterifikasi pembuatan dibutyl phthalate adalah reaksi eksotermis atau menghasilkan panas yang ditandai dengan harga panas reaksi pembentukan bernilai negatif (ΔHf = negatif). Sedangkan dari segi kesetimbangan reaksi (K),
reaksi esterifikasi pembuatan dibutyl phthalate tersebut berjalan ke arah kanan yang ditandai dengan energi gibs bernilai negatif (ΔG = negatif). ΔG bernilai negatif juga menunjukkan entropi atau derajat spontanitas (ΔS) reaksi semakin besar yang berarti reaksi tersebut dapat terjadi.
E.DESKRIPSI PROSES
Secara keseluruhan proses produksi dibutyl phthalate dibagi menjadi 3 tahap yaitu:
1. Tahap persiapan bahan baku 2. Tahap Reaksi
3. Tahap Pemurnian Produk 1. Tahap Persiapan Bahan Baku
Tahap ini dimaksudkan untuk mempersiapkan bahan baku agar sesuai dengan kondisi operasi. Bahan baku butanol disimpan dalam keadaan cair pada tangki (F-02) suhu 30oC dan tekanan 1 atm. Dalam kondisi cair jenuh butanol dipompa melewati heater (E-01) untuk dinaikkan suhunya dari 30oC sampai 117oC kemudian dicampur dengan butanol recycle dari menara destilasi (MD-02) masuk ke reactor (R-01). Bahan baku phthalic anhydride padatan dari silo bahan baku (S-01) pada suhu kamar 30oC dan tekanan 1 atm diangkut dengan bucket
elevator menuju melting tank (Mt-01) untuk dicampur dengan asam sulfat
kemudian dilelehkan dan dipompa menuju reactor (R-01). 2. Tahap reaksi
Reaktor yang digunakan adalah Reaktor Alir Tangki Berpengaduk, dengan kondisi operasi reaktor pada suhu 140oC dan tekanan 1 atm.
3. Tahap Pemurnian Produk
5 untuk memisahkan produk dengan endapan garam. Produk atas decanter
selanjutnya dipompakan menuju menara distilasi (MD-01) untuk memurnikan produk. Produk bawah menara berupa dibuytl phthalate dilewatkan pada cooler
(E-04)untuk diturunkan suhunya dan produk disimpan pada tangki penyimpanan (F-04). Produk atas reaktor berupa uap jenuh campuran air dan butanol didinginkan dan dicampur dengan hasil atas MD-01. Campuran air dan butanol ini selanjutnya dipisahkan menggunakan MD-02. Produk atas berupa uap air yang di buang ke lingkungan sedangkan produk bawah berupa butanol dikembalikan ke dalam reaktor. Diagram alir proses produksi dibutyl phthalate dapat dilihat pada gambar 2.
6
7 Tabel 2. Data komponen dan massa tiap arus pabrik dibutyl phthalate
Komponen Nomor Arus
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
H2O 0,50 0,11 1,14 0,64 64,98 38,42 11,24 57,26 49,67 7,59 7,59 72,06 0,51
C8H4O3 998,06 998,06 0,08 9,90 9,90 9,90 0,00
C8H6O4 2,00 2,00 0,00 2,00 2,00 2,00 0,08
C4H2O3 0,50 0,50 0,03 0,47 0,47 0,47 0,00
C16H22O4 0,59 1577,69 1577,69 10,51 1577,69 1577,69 0,59
C12H14O4 0,55 221,59 221,59 0,02 221,44 12,76 208,68 209,23
C4H10O 1123,73 103,70 105,51 105,51 0,02 95,00 2,35 92,65 7E-04 196,35
H2SO4 20,69 20,69 0,01 20,67 0,02 29,92 0,00
NaOH 16,87 0,02 0,00
Na2SO4 29,92 0,14
8 F. SPESIFIKASI ALAT UTAMA PROSES
Alat-alat yang digunakan dalam proses produksi dibuytl phthalate harus disesuaikan dengan kapasitas peracangan dan standar internasional yang umum digunakan. Dari hasil perhitungan data spesifikasi alat proses pabrik dibuytl phthalate dengan kapasitas 12.500 ton/tahun adalah sebagai berikut:
1. Silo
Bahan konstruksi : Carbon steel SA 135
Harga : US $ 13.500
2. Melting Tank
Kode alat : Mt-01
Fungsi : Melelehkan sekaligus memanaskan phthalic anhydride dan asam sulfat dari 30oC menjadi 140oC
Bahan konstruksi : Stainless steel SA 304
Harga : US $ 230.000
3. Reaktor
9 Fungsi : Tempat terjadinya reaksi antara n-butanol dengan phthalic
anhydride menjadi dibutyl pthalate
Suhu operasi : 140
Bahan konstruksi : Stainless steel SA 304
Harga : US $ 230.000
4. Netralizer
Kode alat : R-02
Fungsi : Tempat terjadinya reaksi netralisasi asam sulfat (sisa reaksi di reaktor) dengan natrium hidroksida menjadi
natrium sulfat Suhu operasi : 60
Bahan konstruksi : Stainless steel SA 304
Harga : US $ 230.000
5. Dekanter
Kode alat : Dc-01
Fungsi : Tempat terjadinya pemisahan berdasarkan densitas bahan hasil reaksi di netralizer
10 Tebal plate shell : 3/16 in
Tebal plate roof : 3/16 in
Bahan konstruksi : Carbon steel SA 135 Harga : US $ 25.400
6. Menara Distilasi a. Menara distilasi-01
Kode alat : MD-01
Fungsi : Tempat terjadinya pemisahan produk dibutyl phthalate dengan sisa reaktan, sehingga produk
dibutyl phthalate yang dihasilkan menjadi 99% Jenis : Plate sieve tray
Bahan : Carbonsteel SA-238 Grade C Tinggi MD-01 : 3,413 m
Jumlah plate minimum : 0,148 plate
11 b. Menara distilasi-02
Kode alat : MD-02
Fungsi : Tempat terjadinya pemisahan n-butanol dan sisa reaktan dengan air
Jenis : Plate sieve tray Bahan : Stainlesssteel SA-304 Tinggi MD-01 : 16,793 m
Jumlah plate minimum : 23,653 plate
Jumlah plate ideal : 33,790 plate
Jumlah plate aktual : 34 plate
12 Kondisi bawah
13 G.ANALISIS EKONOMI
Analisa ekonomi berfungsi untuk mengetahui apakah pabrik yang akan didirikan dapat menguntungkan atau tidak dan layak atau tidak jika didirikan berdasarkan valuasi ekonominya. Berdasarkan evaluasi ekonomi yang telah dilakukan pabrik direncanakan beroprasi selama 330 hari pertahun dengan jumlah karyawan 163 orang, modal tetap sebesar Rp 99.105.458.205,44 pertahun. Modal kerja sebesar Rp 214.150.396.665,74 pertahun. Setelah dipotong pajak keuntungan mencapai Rp 24.440.684.182,77 pertahun. Percent return on investment (ROI) sebelum pajak sebesar 11,39% dan sesudah pajak sebesar 8,35%. Pay out time (POT) sebelum pajak sebesar 2,21 tahun dan setelah pajak 2,89 tahun. Break event point (BEP) sebesar 43,69%, shut down point (SDP) sebesar 27,70%, internal rate of return (IRR) berdasarkan discounted cash flow (DCF) sebesar 20,91%. Hasil ini dapat ditunjukkan dalam gambar 3.
Gambar 3. Grafik hasil analisis ekonomi pabrik dibutyl phthlate
0,0
0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0
M
Kapasitas Pabrik per tahun (%)
14 H.KESIMPULAN
Pabrik dibutyl phthalate dari phthalic anhydride dan n-butanol dengan proses esterifikasi katalis asam sulfat kapasitas 12.500 ton/tahun digolongkan pabrik beresiko rendah, karena suplai bahan baku dekat (non-impor) dan kondisi operasi pada kondidi atmosferis (tekanan 1atm dan suhu 140oC).
Kelayakan pabrik berdasarkan analisis ekonomi ditunjukkan dalam tabel 3. Tabel 3. Perbandingan Anlasisis Ekonomi Perhitungan dan Referensi (Aries&Newton,1955)
Keterangan Perhitungan Referensi
15 DAFTAR PUSTAKA
Aries, R.S, and Newton, R.D., 1995, “Chemical engineering Cost Estimation”, Mc. Graw Hill Book Co Inc., New York.
Berman, S., Melnychuk, A.A., and Othmer, D.F. 1948.“Dibutyl Phthalate:
Reaction Rate of Catalitic Esterification”. J. Industrial and Engineering Chemistry. Vol 40, no 7 1312-1319.
Biro Pusat Statistik, 1998-2004, Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia. Jakarta.
16 LAMPIRAN
