PRARANCANGAN PABRIK AKROLEIN DENGAN PROSES DEHIDRASI GLISEROL KAPASITAS TON/TAHUN

(1)

commit to user i

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK AKROLEIN DENGAN PROSES DEHIDRASI GLISEROL

KAPASITAS 30.000 TON/TAHUN

Disusun Oleh:

Laili Nurin Jazlina I 0514031

Rina Amelia Rosada I 0514044

PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

2018

(2)

commit to user

library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

(3)

commit to user

(4)

commit to user

(5)

commit to user

(6)

commit to user

ii

KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT, karena limpahan rahmat dan hidayah-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan Laporan Tugas Akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Akrolein dengan Proses Dehidrasi Gliserol Kapasitas 30.000 Ton/Tahun”.

Tugas akhir ini merupakan syarat untuk memperoleh gelar akademik Sarjana Teknik selama menempuh studi di Jurusan Teknik Kimia UNS.

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa dan semangat yang senantiasa diberikan.

2. Dr. Ari Diana Susanti, S.T., M.T., dan Dr. Fadilah, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing atas bimbingan dan arahannya dalam penyelesaian tugas akhir ini.

3. Dr. Margono, S.T., M.T., selaku kepala program studi sarjana teknik kimia Universitas Sebelas Maret.

4. Orang-orang istimewa yang senatiasa memberikan suntikan semangat untuk tetap berjuang apapun keadaannya.

5. Segenap pihak yang membantu terselesaikannya tugas akhir ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna. Untuk itu, kritik dan saran yang membangun sangat kami harapkan untuk kesempurnaan tugas akhir ini. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.

Surakarta, Agustus 2018

Penulis

(7)

commit to user iii DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL . . . i

KATA PENGANTAR . . . ii

DAFTAR ISI . . . iii

DAFTAR TABEL . . . vii

DAFTAR TABEL . . . ix

INTISARI . . . x

BAB I PENDAHULUAN . . . .1

1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik . . . 1

1.2. Penentuan Kapasitas Perancangan . . . 2

1.3. Penentuan Lokasi Pabrik . . . .. . . 5

1.4. Tinjauan Pustaka . . . 8

1.4.1. Proses Pembuatan Akrolein . . . 8

1.4.2. Pertimbangan Pemilihan Proses . . . 11

1.4.3. Kegunaan Produk . . . 12

1.4.4. Sifat Fisis dan Kimia . . . 12

1.4.5. Gambaran Proses yang diusulkan . . . 13

BAB II DESKRIPSI PROSES . . . 14

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk . . . 14

2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku . . . 14

2.1.2. Spesifikasi Bahan Pembantu . . . 14

2.1.3. Spesifikasi Produk Utama . . . 14

2.2. Konsep Proses . . . 15

2.2.1. Dasar Reaksi . . . 15

2.2.2. Mekanisme Reaksi . . . 15

2.2.3. Tinjauan Kinetika . . . 18

2.2.4. Kondisi Operasi . . . 19

2.2.5. Tinjauan Termodinamika . . . 19

(8)

commit to user

iv

2.3. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses . . . 21

2.3.1. Diagram Alir Proses . . . 21

2.3.2. Tahapan Proses . . . 21

2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas . . . 26

2.4.1. Neraca Massa . . . 26

2.4.1.1. Neraca Massa Total . . . 26

2.4.1.2. Neraca Massa Mixer-01 . . . 26

2.4.1.3. Neraca Massa Reaktor . . . 26

2.4.1.4. Neraca Massa Menara Distilasi-01 . . . 27

2.4.1.5. Neraca Massa Menara Distilasi-02 . . . 27

2.4.1.6. Neraca Massa Mixer-02 . . . 27

2.4.2. Neraca Panas . . . 28

2.4.2.1. Neraca Panas Mixer-01 . . . 28

2.4.2.2. Neraca Panas Furnace . . . 28

2.4.2.3. Neraca Panas Reaktor . . . 28

2.4.2.4. Neraca Panas Menara Distilasi-01 . . . 29

2.4.2.5. Neraca Panas Menara Distilasi-02 . . . 29

2.4.2.6. Neraca Panas Total . . . 29

2.5. Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses . . . 30

BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES . . . 35

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM . . . 47

4.1. Unit Pendukung Proses . . . 47

4.1.1. Unit Pengadaan Air . . . 48

4.1.1.1. Air Pemadam Kebakaran . . . 48

4.1.1.2. Air Umpan Proses . . . 48

4.1.1.3. Air Konsumsi Umum dan Sanitasi . . . 49

4.1.1.4 Pengolahan Air . . . 49

4.1.1.5. Kebutuhan Air . . . 54

(9)

commit to user v

4.1.2. Unit Pengadaan Udara Tekan . . . 55

4.1.3. Unit Pengadaan Listrik . . . 55

4.1.3.1. Listrik Untuk Keperluan Proses dan Utilitas . . . 56

4.1.3.2. Listrik Untuk Penerangan . . . 57

4.1.3.3 Listrik Untuk AC . . . 58

4.1.3.4. Listrik Untuk Laboratorium dan Instrumentasi . . . . 58

4.1.5. Unit Pengadaan Bahan Bakar . . . 59

4.2. Laboratorium . . . 60

4.2.1. Laboratarium Fisik . . . 61

4.2.2. Laboratorium Analitik . . . 61

4.2.3. Laboratorium Penelitian dan Pengembangan . . . 61

4.3. Unit Pengolahan Limbah . . . 62

4.4. Keselamatan dan Kesehatan Kerja . . . 63

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN . . . 65

5.1. Bentuk Perusahaan . . . 65

5.2. Struktur Organisasi . . . 66

5.3. Tugas dan Wewenang . . . 67

5.3.1. Pemegang Saham . . . 67

5.3.2. Dewan Komisaris . . . 67

5.3.3. Dewan Direksi . . . 68

5.3.4. Staf Ahli . . . 68

5.3.5. Penelitian dan Pengembangan (Litbang) . . . 69

5.3.6. Kepala Bagian . . . 69

5.3.7. Kepala Seksi . . . 72

5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan . . . 72

5.5. Status Karyawan dan Sistem Upah . . . 74

5.6. Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji . . . 75

5.7. Kesejahteraan Sosial Karyawan . . . 75

(10)

commit to user

vi

BAB VI ANALISA EKONOMI . . . 77

6.1. Dasar Perhitungan . . . 77

6.2. Penafsiran Harga Peralatan . . . 77

6.3. Penentuan Total Capital Investmen (TCI) . . . 80

6.4. Penentuan Manufacturing Cost (MC) . . . 82

6.4.1. Direct Manufacturing Cost (DMC) . . . 82

6.4.2. Indirect Manufacturing Cost (IMC) . . . 83

6.4.3. Fixed Manufacturing Cost (FMC) . . . 83

6.5. Penentuan Total Production Cost (TPC) . . . 84

6.5.1. General Expense . . . 84

6.5.2. Total Production Cost (TPC) . . . 85

6.6. Keuntungan . . . . . . . 85

6.7. Analisa Kelayakan . . . 85 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

(11)

commit to user vii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1. Negara Pengekspor Metionin di Asia . . . .3

Tabel 1.2. Negara Pengekspor Asam Akrilat di Asia . . . 3

Tabel 1.3. Data Ekspor Asam Akrilat dan Metionin di Dunia . . . 3

Tabel 1.4. Data Produksi Pabrik Akrolein . . . 4

Tabel 1.5 Perbandingan Beberapa Proses Pembuatan Akrolein . . . 10

Tabel 2.1. Data Panas Pembentukan dan Energi Gibbs . . . 19

Tabel 2.2. Neraca Massa Total . . . . . . 26

Tabel 2.3. Neraca Massa Mixer-01 . . . . . . 26

Tabel 2.4. Neraca Massa Reaktor . . . . . . 26

Tabel 2.5. Neraca Massa Distilasi-01 . . . . . . 27

Tabel 2.6. Neraca Massa Distilasi-02 . . . . . . 27

Tabel 2.7. Neraca Massa Mixer-02 . . . . . . 27

Tabel 2.8. Neraca Panas Mixer-01 . . . . . . 28

Tabel 2.9. Neraca Panas Furnace . . . . . . 28

Tabel 2.10. Neraca Panas Reaktor . . . . . . 28

Tabel 2.11. Neraca Panas Menara Distilasi-01 . . . . 29

Tabel 2.12. Neraca Panas Menara Distilasi-02 . . . . . 29

Tabel 2.13. Neraca Panas Total . . . . . . 29

Tabel 3.1. Spesifikasi Tangki Penyimpanan . . . . . . . 35

Tabel 3.2. Spesifikasi Mixer . . . . . . 36

Tabel 3.3. Spesifikasi Furnace . . . . . . 37

Tabel 3.4. Spesifikasi Reaktor . . . . . . 38

Tabel 3.5. Spesifikasi Menara Distilasi . . . . . . 39

Tabel 3.6. Spesifikasi Heat Exchanger . . . . . . 40

Tabel 3.7. Spesifikasi Kondensor . . . . . . 41

(12)

commit to user

viii

Tabel 3.8. Spesifikasi Reboiler. . . . . . 42

Tabel 3.9. Spesifikasi Accumulator . . . . . . 43

Tabel 3.10. Spesifikasi Pompa Proses . . . . . . 44

Tabel 4.1. Kebutuhan Air Pendingin . . . . . . 54

Tabel 4.2. Kebutuhan Air Konsumsi Sanitasi dan Umum . . . 54

Tabel 4.3. Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas . . . 56

Tabel 4.4. Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan . . . 57

Tabel 4.5. Total Kebutuhan Listrik Pabrik . . . . . . 59

Tabel 5.1. Jadwal Pembagian Kelompok Shift . . . . . 73

Tabel 5.2. Jumlah Karyawan Menurut Jabatannya . . . 74

Tabel 6.1. Indeks Harga Alat . . . . . . 79

Tabel 6.2. Fixed Capital Investment . . . . . . 81

Tabel 6.3. Working Capital Investment . . . . . . 82

Tabel 6.4. Total Capital Investment . . . . . . 82

Tabel 6.5. Direct Manufacturing Cost . . . 83

Tabel 6.6. Indirect Manufacturing Cost . . . 83

Tabel 6.7. Fixed Manufacturing Cost . . . 84

Tabel 6.8. Manufacturing Cost . . . 84

Tabel 6.9. General Expense . . . 84

Tabel 6.10. Total Production Cost . . . 85

Tabel 6.11. Variable Cost . . . 86

Tabel 6.12. Regulated Cost . . . 87

Tabel 6.13. Analisa Kelayakan . . . 89

(13)

commit to user ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Grafik Ekspor Gliserol Indonesia . . . 2

Gambar 1.2. Lokasi Pabrik . . . 7

Gambar 2.1. Diagram Alir Kualitatif . . . 23

Gambar 2.2. Diagram Alir Kuantitatif . . . 24

Gambar 2.3. Diagram Alir Proses . . . 25

Gambar 2.4. Lay Out Pabrik . . . 33

Gambar 2.5. Lay Out Peralatan Proses . . . 34

Gambar 4.1. Diagram Alir Pengolahan Air Sungai . . . 53

Gambar 5.1. Struktur Organisasi Pabrik Akrolein . . . 76

Gambar 6.1. Linierisasi Indeks Harga . . . 79

Gambar 6.2. Grafik Analisa Kelayakan . . . 88

(14)

commit to user

x INTISARI

Laili Nurin Jazlina, Rina Amelia Rosada, 2018, Prarancangan Pabrik Akrolein dengan Proses Dehidrasi Gliserol Kapasitas 30.000 Ton/tahun, Program Studi Sarjana Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Akrolein merupakan produk antara untuk memproduksi produk lain, seperti asam akrilat, methionine, glutaraldehid dan asam amino sintesis.Untuk memenuhi kebutuhan di Asia, maka dirancang pabrik akrolein dengan kapasitas 30.000 ton/tahun atau 3830 kg/jam dengan bahan baku gliserol 98 % sebanyak 6.237,1 kg/jam , air 54.886,9 kg/jam, dan inhibitor hidroquinon 9,3 kg/jam. Limbah yang dihasilkan berupa air dengan pengotor akrolein sebanyak 57.303,3 kg. Pabrik ini direncanakan akan didirikan di Medan, provinsi Sumatra Utara pada tahun 2021, dan beroperasi pada tahun 2022.

Akrolein dibuat melalui proses dehidrasi larutan gliserol dengan perbandingan gliserol : air adalah 1 : 9 (% berat) pada suhu 310^oC – 302^oC dan tekanan 1,45 atm di dalam suatu adiabatic non isothermal fixed bed reactor menggunakan katalis silicotungstic acid (HSiW) support γ-Al2O3 dengan konversi sebesar 80 %. Reaksi yang terjadi bersifat endotermis dengan entalpi reaksi sebesar 15,2 kJ/mol. Arus keluar reaktor dimurnikan dengan menggunakan dua buah menara distilasi. Pada menara distilasi pertama, gliserol dipisahkan sebagai hasil bawah untuk di-recycle.

Hasil atas menara distilasi pertama diumpankan ke menara distilasi kedua sehingga diperoleh produk akrolein dengan kemurnian 97%. Hasil bawah menara distilasi kedua diolah lebih lanjut di unit pengolahan limbah (UPL). Agar tidak terpolimerisasi, produk akrolein ditambah hidroquinon sebanyak 0,2 % berat.

Utilitas terdiri atas unit pengadaan air proses sebanyak 54.887 kg/jam, air pendingin sebanyak 248.871 kg/jam, listrik sebesar 398,37 kWh, Dowtherm A sebanyak 151.747,4 kg/jam, udara tekan (183 ^oC ; 4,1 bar) sebanyak 40,77 m³/jam, batu bara sebanyak 17.173 kg/jam dan bahan bakar High Speed Diesel Oil (Gasoil) sebanyak 27,18 kL/bulan. Pabrik juga dilengkapi laboratorium untuk menjaga mutu dan kualitas produk agar sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan.

Bentuk perusahaan yang dipilih adalah Perseroan Terbatas (PT), dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non-shift selama 24 jam per hari dan 330 per tahun. Jumlah kebutuhan tenaga kerja sebanyak 135 orang.

Dari analisa ekonomi dibutuhkan modal tetap sebesar Rp 1.021.082.881.403 dan modal kerja sebesar Rp. 445.190.980.931. Analisa kelayakan menunjukkan bahwa Percent Return on Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 39,59 %, setelah pajak sebesar 31,67 %, Pay Out Time (POT) sebelum pajak 2,02 tahun, setelah pajak 2,4 tahun, Break Even Point (BEP) sebesar 40 %, Shut Down Point (SDP) sebesar 18,15

% dan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 31,52 %. Dari hasil analisa ekonomi tersebut, dapat disimpulkan bahwa pabrik akrolein dengan kapasitas 30.000 ton/tahun layak didirikan.