PRARANCANGAN PABRIK ETILBENZEN DENGAN PROSES UNOCAL/UOP DARI ETILEN DAN BENZEN KAPASITAS TON/TAHUN

LAPORAN TUGAS PRARANCANGAN PABRIK

PRARANCANGAN PABRIK ETILBENZEN DENGAN PROSES UNOCAL/UOP DARI ETILEN DAN BENZEN

KAPASITAS 250.000 TON/TAHUN

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Kesarjanaan Strata 1 Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Oleh: Vendi Kurniawan

D 500 100 068

DosenPembimbing: Emi Erawati, S.T, M, Eng M. Mujiburohman, S.T, M.T, Ph.D

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

INTISAR

Industri kimia saat ini terus berkembang secara meluas dan terintegrasi. Ini merupakan factor pendorong dibangunnya unit-unit industri.Kebutuhan etilbenzena baik dalam ataupun luar negeri saat ini meningkat 2,9% setiap tahunnya. Pendirian pabrik etilbenzena di Indonesia merupakan langkah awal untuk menciptakan iklim yang saling menguntungkan, karena etilbenzena merupakan bahan baku pembuatan stiren monomer yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan plastiksintetis.

Unocal / Unit Oil Product (UOP)merupakan proses yang paling

barudikembangkan. Proses inimenggunakan system recovery katalis yang amanbagilingkungan. Proses alkilasidantransalkilasiberlangsungpadafase gas dalamsatureaktorFixed Bed Multitubepadakondisioperasi 150-200°C dantekanan 5 atm. Produksi etilbenzena sebanyak 31.565,6565 kg/jam membutuhkan bahan baku benzena sebanyak 23.228,8681 kg/jamdan etilen sebanyak 8371,1065 kg/jam. Utilitasmeliputi penyediaan air proses324.211,24 kg/jam, air untuk pendingin pada prosessebesar 235.078,33 kg/jam, air untuk kebutuhan steam sebesar 44.961,13 kg/jam yang diproduksi dari boiler, air untuk sanitasi sebesar 2.092,44 kg/jam.Kebutuhan listrik sebesar 458,85 kWdiperoleh dari PLN dan disediakan sebuah generator set sebagai cadangan. Kebutuhan udara tekan sebesar 50,00 m3/jam. Pabrik ini direncanakan didirikan di kawansan Industri Cilegon, Banten pada tahun 2024 dengan luas tanah 45.000m2 dan memerlukan karyawan 122 orang.

Pabrik etilbenzena inimenggunakan modal tetap sebesar Rp684.839.603.900,00 dan modal kerja sebesar Rp418.350.900.465,00. Dari analisis ekonomi terhadap pabrik ini menunjukkan keuntungan sebelum dan

sesudah pajak adalah Rp Rp319.638.091.771,00 dan Rp

Rp223.746.664.240,00.Return on Investment (ROI) sebelum dan setelah pajak, 46,67% dan 32.67%. Pay Out Time (POT) sebelum dan sesudah pajak, selama1,76tahundan2,34tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 58,75%, Shut

Down Point (SDP) sebesar 46,37%, Discounted Cash Flow (DCF)

terhitungsebesar 54%. Dari data analisis kelayakan dapat disimpulkan, bahwa pabrik ini layak untuk didirikan.

ABSTACT

The chemical industry continues to developing in spread and integrated.This is the catalyst construction of industrial units.Ethylbenzene needs both in foreign or the current increases 2.9 percent every year.The establishment of ethylbenzene factory in indonesia is the first step to creating a climate that mutually beneficial, because ethylbenzene is the raw material of the manufacture of monomers styrene used as raw materials for making plastics synthetic.

Unocal / unit oil product (UOP) is the process of most newly developed .The process is using the system recovery catalyst for the environment safe .The process transalkylation and alkylation place on the gas in one fixed bed multitube reactor on the condition of the operation of 150-200oC and pressure 5 atm .The production of ethylbenzene as many as 31.565,6565 kg per hour needed raw materials as much as benzene 23.228,8681 kg per hour and ethylene as many as 8.371,1065 kg per hour .Utility include the provision of water the process of 324.211,24 kg per hour , water for cooling in the process of 235.078,33 kg per hour , water to the needs of a steam of 44.961,13 kg per hour produced from the boiler , water for sanitation of 2.092,44 kg per hour .Electricity needs by 458,85 kw obtained from nel and provided a generator set as a reserve .The needs of compressed air of 50,00 cubic meters per hour .This factory planned area established in this industry , banten in the year 2024 with a broad land 45,000 meters and requires employees 122 people.

Factory of Ethylbenzene using fixed capital as much as

Rp684.839.603.900,00and working capital as much as

Rp418.350.900.465,00.From the economic analysis of this plant showed a profit before tax of Rp Rp319.638.091.771,00per year and after taxes 30% profit reachedRp Rp223.746.664.240,00 per year. Percent Return On Investment (ROI) before tax 46.67 % and 32.67 % after tax. Pay Out Time (POT) before tax 1.76 years and after tax 2.34 years. Break Even Point (BEP) of 58.75%, and Shut Down Point (SDP) of 46.37 %. Discounted Cash Flow (DCF) as much as 54 %. From the data above feasibility analysis concluded that the plant is profitable and feasible to set up.

1. PENDAHULUAN

Industri kimia dewasa ini terus berkembang secara meluas dan terintegrasi.Perkembangan industry dan bahan setengah jadi yang pesat selama ini menjadi factor pendorong dibangunnya unit-unit industri. Dengan demikian, baik penyediaan maupun kebutuhan akan bahan baku di dalam industry petrokimia akan saling erkaitan.

Kebutuhan etilbenzena baik dalam ataupun luar negeri meningkat setiap tahunnya. Kebutuhan etilbenzena dunia meningkat 2,9% per tahun. Pemenuhan kebutuhan dalam negeri saat ini di penuhi oleh PT Styrindo Mono Indonesia dan sebagian kecil dengan cara impor. Dengan didirikannya pabrik etilbenzena diharapkan dapat memacu industri yang memproduksi benzena dan etilena sebagai bahan baku etilbenzena. Disamping itu juga dapat memacu industri stirena monomer untuk pembuatan plastik sintesis.

Berdasarkan pertimbangan di atas dengan berdirinya pabrik etilbenzena di Indonesia berarti memacu tumbuhnya industri kimia

lainnya, di samping membuka lapangan kerja baru yang jelas akan menyerap tenaga kerja produktif Indonesia yang akhirnya dapat meningkatkan taraf kesejahteraan rakyat.

2. KAPASAITAS INDUSTRI

Pemilihan kapasitas pabrik etilbenzena didasarkan dari beberapa pertimbangan antara lain, proyeksi kebutuhan etilbenzena di Indonesia dan kebutuhan etilbenzena di dunia. Pabrik direncanakan akan beroperasi pada tahun 2020 dengan kapasitas 250.000 ton/tahun. Kapasitas ini ditentukan sesuai dengan kapasitas minimal pabrik yang sudah berdiri menggunakan proses UOP.

Pada tahun 2007, PKN Orlen dan SYNTHOS mengadakan kerja sama untuk mendirikan pabrik etilbenzena di polandia. Namun pada maret 2010 terjadi pembatalan perjanjian pembangunan dikarenakan masalah ekonomi. Hal ini membuat Polandia terus bergantung pada impor untuk

memebuhi kebutuhan

Tabel 1. Data Import etilbemzena

Tabel 2. Data Pabrik etilbenzena yang sudah ada.

Namapab rik Lokasipa brik Kapasitaspro duksi (Ton/tahun) Chevron Phillips Chemic al compan y St. James, Louisiana 1.041.500 Chevron Phillips Chemic al compan y Pascagoul a, Mississip pi 144.500 Cos-Mar Carville, Louisiana 1.411.000 Compan y The Dow Chemic al Compan y Freeport, Texas 948.000 INEOS America Texas City, Texas 562.000 Lyondell Chemical Company Channelvie w, Texas 1.622.500 NOVA Chemical Corporati on Bayport, Texas 970.000 Sterling Chemical s Incoporati on Texas City, Texas 960.000 Westlake Styrene Corporati on Sulphur, Texas 225.000

Tabel 3. Data kebutuhan etilbenzena di Negara Polandia dan China

NEGARA TAHUN IMPOR

(TON) Polandia 2007 2008 112.033 114.730 Tahunke Kebutuhan (ton/tahun) 2009 40005 2010 40560 2011 47200 2012 74696 2013 84546 2014 86152

2009 2010 135.545 128.970 China 2007 2008 2009 2010 2.250 14 2.086 14.115

Dari data tersebut diharapkan dengan kapasitas 250.000 ton/tahun, pabrik akan dapat memenuhi kekurangan dari total kebutuhan etilbenzena di Indonesia dan memenuhi kebutuhan etilbenzena di Polandia.

3. DISKRIPSI PROSES

1.Tahap-tahap proses a. Persiapan Bahan baku

Bahan baku pembentukan

etilbenzena adalah etilen dan benzena. benzena cair di simpan dalam Tangki (F-100) dengan suhu 30oC dan 1 atm, sedangkan etilen disimpan dalam (F-200) pada fase cair jenuh dengan kondisi penyimpanan 30oC dan 14 atm.

Bahan baku benzena dan etilen disiapkan agar kondisinya sesuai dengan kondisi operasi di dalam

reaktor. Umpan benzena bersama dengan recycle dari Menara Distilasi (D-100) diuapkan dengan Vaporizer (V-100), dan produk atas yaitu benzena diumpankan ke HE pemanas (E-110). Dengan menggunakan

Kompresor (G-110) benzena

dinaikkan tekanannya.

Etilena setelah diuapkan dengan Flash Drum (H-100) dimasukkan ke HE pemanas (E-111) untuk di panaskan sehingga sesuai dengan kondisi operasi di reaktor (R-100). benzena dan etilen tersebut kemudian dimasukkan secara kontinyu ke dalam reaktor (R-100) dalam fase gas.

b. Tahap Reaksi

Reaksi pembentukan etilbenzena menggunakan reaksi alkilasi berlangsung pada fase gas dengan menggunakan jenis reaktor fixed bedmultitube dengan kondisi operasi non-adiabatis dan isotermis dengan menggunakan katalisator zeolit (ZSM-5) di dalam tube. Reaksi yang terjadi berlangsung irreversibel dan endotermis pada suhu 200oC dan tekanan 1,2 atm.n

Tahap pemurnian produk ini bertuajuan untuk:

a. Memisahkan Inert berupa metana, etana dan sisa etilena pada kondensor parsial dan separator (H-200)

b. Memisahkan benzena sebagai hasil atas dari etilbenzena pada menara destilasi (T-01). Benzena digunakan sebagai recycle pada umpan reaktor.

etilbenzena sebagai hasil bawah

disamipan dalam Tangki

penyimpanan produk (T-03) dengan kondisi tangki pada suhu 30 oC dan tekanan 1 atm sebagai produk.

2. Konsep Reaksi

Proses pembuatan etilbenzena merupakan reaksi alkilasi benzena dan etilena dengan menggunakan katalis zeolit pada reaktor fixed bed multitube dengan katalis di dalam tube. Reaksi heterogen dengan melibatkan dua fase yaitu reaktan dalam fase gas dan katalis dalam fase padat.

Reaksi:

C2H4+C6H6 C8H10

(Kirk Othmer, 1996)

Apabila ditinjau dari kinetika reaksi, kecepatan reaksi bertambah dengan kenaikan suhu. Hal ini ditunjukan oleh persamaan Arhenius:

RT E e A   k

Karena merupakan reaksi katalitik, maka kecepatan reaksi tidak hanya tergantung oleh suhu tetapi juga tergantung oleh besarnya energi aktifasi (E). Dengan adanya katalis maka besarnya energi aktifasi akan turun. Dengan menurunnya energi aktifasi ini maka kecepatan reaksi akan naik.

Menurut Ganji (2004), diperoleh persamaan yaitu:





m kmols x k X k maka T X k EB EB EB . / , 18 . 4 exp 10 5202 . 1 473 36587 . 1979 exp 10 5202 , 1 : 36587 . 1979 exp 10 5202 , 1 3 2 2 2             3. Tinjauan Termodinamika

Reaksi pembentukan etilbenzena ini bersifat indotermis, hal ini dikarenakan pelepasan sejumlah panas ke lingkungan dan memliki delta H yang bernilai positif. Data panas pembentukan dari yaws:

HfCH4 (g) = -74,85kj/mol HfC2H4 (g) = 53,30 kj/mol HfC2H6 (g) = -84,62kj/mol HfC6H6 (g) = 82,93kj/mol HfC8H10 (g) = 50,00kj/mol HfC6H6 (g) = 29,79kj/mol (Carl L. Yaws, 1999) Hr= ∑ Hf produk - ∑ Hf reaktan = 79,79kj/mol – 25,70 kj/mol = 54, 09 kj/mol = 54.090 kj/kmol

4. SPESIFIKASI ALAT PROSES 1.REAKTOR

Kode : R-100

Fungsi : Sebagai tempat berlangsungnya reaksi antara benzene dan etilena

Jenis : Fixed bed multitube

Spesifikasi: Kondisioperasi : Suhumasuk : 180oC Suhukeluar : 197oC Tekanan : 5atm Fasereaksi : gas Katalis : Zeolit Fase : padat JumlahKatalis/tube: 47.082 butir Tinggireaktor : 7,3770m Diameter reaktor : 5,7912m Jumlahpipa : 11.555 buahBahan : Carbon steel SA – 283 grade C

2. SEPARATOR

Kode : H-200

Fungsi: Memisahkan antara gas dan cairan dari Reaktor (R-100) sebelum masuk Menara Distiasi (D-100).

Jenis : Flash Drum Horizontal Separating Vessel Harga: US$ 46.188,56919 Spesifikasi : Temperatur : 90,7064˚C Diameter : 2,8320 m Panjang : 5,6641 m Jumlah : 1

Bahan : Carbon steel

SA – 283 grade C

3. MENARA DESTILASI

Kode : D-100

Fungsi : Memisahkan

antara benzene dan etilbenzena sebanyak 78.017,84943 kg/jam.

Jenis : Sieve Tray

Harga : US$ 119.142,00 Tekanan : 1 atm

Diameter : 1,8923 m Tinggi : 9,7834 m Jumlah plate actual: 19 Bahan konstruksi :

Carbon steel SA – 283 Grade C

5. UTILITAS

Unit pendukung proses atau sering disebut unit utilitas merupakan bagian penting yang menunjang berlangsungnya suatu proses dalam suatu pabrik. Unit pendukung proses antara lain :unit penyediaan air (air pendingin, air sanitasi, air umpanboilerdan air untuk perkantoran dan perumahan), Steam, listrik dan pengadaan bahanbakar.Unit pendukung proses yang dibutuhkan pada prarancangan pabrik ini meliputi :

1. Unit Penyediaan Air

Jumlah air yang

digunaakanuntuk proses maupunkebutuhankaryawana dalah270.176,04kg/jam. 2. Unit PenyediaanSteam

Kebutuhan steam dari boiler adalah49.956,8 kg/jam. 3. Unit Penyediaan Bahan

Bakar

Jumlah bahan bahan bakar yg diperlukan adalah112.106,40 L/hari.

4. Unit Penyediaan Listrik

Jumlah Listrik yang

dibutuhkan adalah 550 kW 5. Unit Penyediaan Udara

Tekan

Total udara tekan yang di butuhkan adalah 50 m3.

6. ANALISA EKONOMI

Dari analisa ekonomi, pabrik etilbenzena akan didirikan pada tahun 2020 dan beroperasi 330 hari dengan total pekerja sebanya

122 orang, didapatkan

keuntungan sebelum pajak sebesar Rp319.638.091.771,00 dan keuntungan setelah pajak sebesar Rp223.746.664.240,00 per tahun. NilaiPay Out Time (POT )sebelum dan sesudah pajak masuk pada range batas minimal yang di anjurkan yaitu maksimal 5 tahun, dan nilai Break Event Poin(BEP) 58,75% dan SDP sebesar 46,37%. BEP untuk pabrik kimia pada umumnya berkisarantara 40% - 60%. Dari data hasil perhitungan

analisis ekonomi di atas dapat disimpulkan bahwa pabrik etilbenzena ini layak dan menarik untuk didirikan.

Gambar 1. GrafikAnalisakelayakanEkonomi

DAFTAR PUSTAKA Badan Pusat statistik, 2014, Statistik

Perdagangan Luar Negeri. Diakses tanggal Juni 2014 pukul 15.12.

Kirk R.E., and Othmer, D.F., 1996, “

Encyclopedia of Chemical

Technology ”, vol. 26, 4nd edition, John Wiley & Sons Inc.,New York.

Mc Ketta, and Acumgham, A., 1983,

“Enchyclopedia of Chemical

Processing and Design”, Vol. 9, Mc. Graw-Hill Inc., new York.

Peters, M.S. and Timmerhaus, K.D., 2004, “Plant Design and

Economic for Chemical

Engineering”, 5th ed., 0.00 500.00 1000.00 1500.00 2000.00 2500.00 3000.00 3500.00 4000.00 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 Ha rg a (Mili y ar R upiah) pe r T ahun

Kapasitas Produksi Per Tahun (%)

Va Ra

McGraw-Hill International Book Company Inc., New York.