TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK DIMETHYL PHTHALATE DARI PHTHALIC ANHYDRIDE DAN METANOL DENGAN KAPASITAS TON/TAHUN

(1)

commit to user

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK DIMETHYL PHTHALATE

DARI PHTHALIC ANHYDRIDE DAN METANOL

DENGAN KAPASITAS 35.000 TON/TAHUN

OLEH:

HIMMAH SEKAR EKA AYU GUSTIANA I0506026

NOVA TRI WIJAYANTO I0506063

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

(2)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 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 Penentuan Kapasitas Perancangan ... 3

1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik ... 5

1.4 Tinjauan Pustaka ... 9

1.4.1 Macam-macam Proses ... 9

1.4.2 Kegunaan Produk ... 9

1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk ... 10

1.4.4 Tinjauan Proses ... 13

BAB II DESKRIPSI PROSES ... 15

2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ... 15

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku ... 15

2.1.2 Spesifikasi Bahan Pembantu ... 16

2.1.3 Spesifikasi Produk ... 16

(3)

commit to user v 2.2.1 Dasar Reaksi ... 17 2.2.2 Mekanisme Reaksi ... 17 2.2.3 Kondisi Operasi ... 18 2.2.4 Tinjauan Kinetika ... 21

2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ... 22

2.3.1 Diagram Alir Proses ... 23

2.3.2 Langkah Proses... 26

2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas ... 29

2.4.1 Neraca Massa ... 29

2.4.2 Neraca Panas ... 33

2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses ... 35

2.5.1 Lay Out Pabrik ... 35

2.5.2 Lay Out Peralatan Proses ... 38

BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ... 41

3.1 Reaktor ... 41

3.2 Dekanter I ... 42

3.3 Dekanter II ... 43

3.4 Evaporator ... 44

3.5 Menara Distilasi ... 45

3.6 Tangki Penyimpanan Metanol ... 46

3.7 Tangki Penyimpanan Asam Sulfat ... 47

3.8 Tangki Penyimpanan Dimethyl Phthalate ... 48

3.9 Silo Penyimpanan Phthalic Anhydride ... 49

(4)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user vi 3.11 Heat Exchanger-02 ... 51 3.12 Heat Exchanger-03 ... 52 3.13 Condensor ... 53 3.14 Reboiler ... 54

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ... 55

4.1 Unit Pendukung Proses ... 55

4.1.1 Unit Pengadaan Air ... 56

4.1.1.1 Air Pendingin ... 56

4.1.1.2 Air Umpan Boiler ... 57

4.1.1.3 Air Konsumsi umum dan Sanitasi ... 58

4.1.1.4 Pengolahan Air ... 59

4.1.1.5 Kebutuhan Air... 63

4.1.2 Unit Pengadaan Steam ... 64

4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan... 67

4.1.4 Unit Pengadaan Listrik ... 68

4.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar ... 74

4.2 Laboratorium ... 75

4.2.1 Laboratorium Fisik ... 77

4.2.2 Laboratorium Analitik ... 77

4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan ... 77

4.2.4 Analisa Air ... 78

4.3 Unit Pengolahan Limbah ... 80

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ... 82

(5)

commit to user

vii

5.2 Struktur Organisasi ... 83

5.3 Tugas dan Wewenang ... 86

5.3.1 Pemegang Saham ... 86

5.3.2 Dewan Komisaris ... 87

5.3.3 Dewan Direksi ... 87

5.3.4 Staf Ahli ... 89

5.3.5 Penelitian dan Pengembangan ... 89

5.3.6 Kepala Bagian ... 89

5.3.7 Kepala Seksi ... 94

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 94

5.4.1 Karyawan Non Shift ... 94

5.4.2 Karyawan Shift ... 95

5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah ... 97

5.4.1 Karyawan Tetap ... 97

5.4.2 Karyawan Harian ... 98

5.4.3 Karyawan Borongan ... 98

5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ... 98

5.6.1 Penggolongan Jabatan ... 98

5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji ... 99

5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ... 102

BAB VI ANALISIS EKONOMI ... 104

6.1 Fixed Capital Investment (FCI) ... 112

6.2 Working Capital Investment (WCI) ... 113

(6)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user viii 6.4 Manufacturing Cost... 114 6.5 General Expense ... 116 6.6 Analisa Kelayakan ... 116 6.7 Kesimpulan ... 124

Daftar Pustaka ... xiii Lampiran

(7)

commit to user

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Data Impor Dimethyl Phthalate di Indonesia ... 3

Tabel 1.2 Data Produksi Pabrik Dimethyl Phthalate ... 4

Tabel 2.1 Neraca Massa Pada Reaktor... 29

Tabel 2.2 Neraca Massa Pada Dekanter I... 30

Tabel 2.3 Neraca Massa di Dekanter II... 31

Tabel 2.4 Neraca Massa Evaporator ... 32

Tabel 2.5 Neraca Massa di Menara Distilasi ... 32

Tabel 2.6 Neraca Massa Total ... 33

Tabel 2.7 Neraca Panas Reaktor ... 33

Tabel 2.8 Neraca Panas Dekanter I ... 34

Tabel 2.9 Neraca Panas Dekanter II ... 34

Tabel 2.10 Neraca Panas Evaporator ... 34

Tabel 2.11 Neraca Panas Menara Distilasi ... 35

Tabel 4.1 Kebutuhan Air Pendingin ... 62

Tabel 4.2 Kebutuhan Air Untuk Steam ... 62

Tabel 4.3 Kebutuhan Air Konsumsi dan Sanitasi ... 63

Tabel 4.4 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas... 68

Tabel 4.5 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan ... 70

Tabel 4.6 Total Kebutuhan Listrik Pabrik ... 73

Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift ... 96

Tabel 5.2 Jumlah Karyawan menurut Jabatannya ... 99

(8)

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

commit to user

x

Tabel 6.1 Data Cost Index Chemical Plant ... 108

Tabel 6.2 Fixed Capital Investment ... 112

Tabel 6.3 Working Capital Investment ... 113

Tabel 6.4 Manufacturing Cost ... 114

Tabel 6.5 General Expense ...116

(9)

commit to user

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Grafik Data Impor Dimethyl Phthalate di Indonesia ... 4

Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif ... 23

Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif ... 24

Gambar 2.3 Diagram Alir Proses ... 25

Gambar 4.1 Diagram Alir Pengolahan Air Sungai ... 60

Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Dimethyl Phthalate ... 86

Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index ... ... 109

(10)

commit to user

1

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab I Pendahuluan

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik

Perkembangan industri sebagai bagian dari usaha pembangunan ekonomi jangka panjang yang diarahkan untuk menciptakan struktur ekonomi yang lebih kokoh dan seimbang, yaitu struktur ekonomi dengan titik berat industri maju yang didukung oleh sektor-sektor lain yang tangguh. Dengan dimulainya globalisasi perdagangan, seyogyanya memacu kita untuk lebih cermat menemukan terobosan-terobosan baru sehingga produk yang dihasilkan mempunyai pasar-pasar, daya saing tinggi, efektif, efisien, dan harus ramah terhadap lingkungan. Seiring dengan perkembangan industri tersebut, terjadi pula peningkatan pada kebutuhan bahan baku dan bahan pembantu.

Dewasa ini, salah satu industri kimia yang berkembang dengan pesat adalah industri bahan polimer, yang menghasilkan berbagai jenis produk plastik, serat sintesis, karet sintesis, dan sebagainya. Pada proses pembuatan bahan polimer, selain memerlukan resin sebagai bahan baku utama, juga diperlukan suatu tambahan yang disebut dengan plasticizer, yaitu bahan yang ditambahkan pada resin agar menjadi lunak dan mudah dibentuk (flexible), sehingga mempermudah proses fabrikasi (flowing, casting, dan finishing process).

Dimethyl phthalate adalah salah satu jenis plasticizer yang banyak digunakan

dalam pembuatan nitrocellulose dan cellulose acetate rubber. Selain sebagai bahan

plasticizer, dimehtyl phthalate digunakan sebagai insectrepellent, yaitu suatu bahan

(11)

commit to user

Bab I Pendahuluan

phthalate juga digunakan sebagai pendorong roket, lacquers, plastik, karet pelapis

kaca, dan lain-lain.

Dimethyl phthalate mempunyai beberapa nama lain yaitu dimetil ester, dan

mempunyai rumus molekul C6H4(COOCH3)2. Dimethyl phthalate berbentuk

cairan, tidak berwarna, menyerupai minyak, dan sedikit berbau seperti senyawa aromatik, mendidih pada suhu 283 0_{C. Bahan kimia ini sedikit larut dalam air}

(0,43%).

Pertimbangan- pertimbangan perlu didirikannya pabrik dimethyl phthalate di Indonesia adalah sebagai berikut ;

1. Dapat menghemat devisa negara, dengan adaya pabrik dimetyl phthalate di Indonesia dapat menekankan atau mengurangi impor dimethyl phthalate dan jika berlebih dapat di ekspor. Usaha ini didukung oleh ketersediaan sumber bahan baku seperti phthalic anhydride, metanol dan asam sulfat yang mudah diperoleh didalam negeri.

2. Dapat memacu berdirinya pabrik- pabrik baru yang menggunakan bahan baku dimethyl phthalate dan mendukung upaya pengembangan industri polimer.

3. Dimethyl phthalate banyak diproduksi oleh negara- negara eropa.

Mengingat terbatasnya produsen dimethyl Phthalate di Asia, pendirian pabrik dimethyl phthalate di Indonesia dapat mendatangkan keuntungan yang cukup besar.

Keuntungan dimethyl phthalate di Indonesia dapat dikatakan cukup kecil sehingga pendirian pabrik berorientasi untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri dan ekspor ke negara- negara Asia, terutama Asia Tenggara.

(12)

commit to user

3

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab I Pendahuluan

1.2 Penentuan Kapasitas Rancangan Pabrik

Ada beberapa pertimbangan dalam pemilihan kapasitas pabrik Dimethyl

Phthalate, antara lain:

1.2.1 Kebutuhan Dimethyl Phthalate di Dalam Negeri

Di Indonesia belum terdapat pabrik dimethyl phthalate, maka kebutuhan

dimethyl phthalate di Indonesia saat ini dipasok dengan impor. Untuk mengurangi

impor dimethyl phthalate yang berlebihan dan agar dapat mengimpor ke luar negeri. Daftar kebutuhan dimethyl phthalate di Indonesia adalah sebagai berikut:

Tabel 1.1 Data impor dimethyl phthalate di Indonesia

Tahun Jumlah (ton/tahun) 2003 2004 2005 2006 2007 2008 3.880,904 3.913,946 4.123,358 4.868,08 4.774,667 6.269,758

( Biro Pusat Statistik ) Dari data diatas akan diperoleh grafik sebagai berikut:

(13)

commit to user

Bab I Pendahuluan

Gambar 1.1 Grafik Data impor dimethyl phthalate di Indonesia

Dengan persamaan di atas diperkirakan untuk tahun 2015 kebutuhan

dimethyl phthalate di Indonesia sebesar 18.293 ton/tahun. 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 dimethyl

phthalate di berbagai negara dan kapasitas produksinya.

Tabel 1.2 Data produksi pabrik dimethyl phthalate

Negara Perusahaan Kapasitas

( ton/tahun ) Italia Belgia Sisas-Chemical Pantocim Euroftal 20.000 100.000 70.000 (www.conserspa.com)

(14)

commit to user

5

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab I Pendahuluan

1.2.3. Ketersediaan Bahan Baku

Persediaan bahan baku utama pembuatan dimethyl phthalate yaitu phthalic

anhydride diperoleh dari pabrik phthalic anhydride yang ada di Indonesia yaitu PT.

Petrowidada, Gresik, Jawa Timur yang memiliki kapasitas 70.000 ton/tahun. Sedangkan persediaan metanol dipasok dari PT. Kaltim Methanol Industri, Bontang dengan kapasitas total 660.000 ton/tahun. Untuk pemasaran luar negeri dengan kapasitas 480.000 ton/tahun dan untuk pemasaran dalam negeri dengan kapasitas 180.000 ton/tahun. Dan untuk persediaan katalis asam sulfat diperoleh dari PT. Petrokimia Gresik dengan kapasitas 700.000 ton/tahun.

Berdasarkan faktor-faktor diatas, maka akan direncanakan pendirian pabrik

dimethyl phthalate dengan kapasitas 35.000 ton/tahun. Dengan perhitungan,

untuk memproduksi dimethyl phthalate dengan kapasitas 35.000 ton/tahun diperlukan bahan baku phthalic anhydride kurang lebih sebanyak 27.000 ton/tahun, metanol sebanyak 12.000 ton/tahun, dan asam sulfat 0,03 ton/tahun. Sehingga dengan kapasitas rancangan 35.000 ton/tahun diperkirakan bahan baku dalam negeri memenuhi. Selain itu, pemilihan kapasitas tersebut diharapkan dapat memenuhi kebutuhan dimethyl phthalate dalam negeri dan menjadi komoditas ekspor bagi Indonesia.

1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik

Pemilihan lokasi pabrik sangat penting di dalam perancangan pabrik karena hal ini berhubungan langsung dari nilai ekonomis pabrik yang akan dibangun. Pabrik dimethyl phthalate ini direncanakan akan dibangun di Gresik, Jawa Timur. Ada beberapa faktor yang harus diperhatikan untuk menentukan

(15)

commit to user

Bab I Pendahuluan

lokasi pabrik yang kita rancang agar secara teknis dan ekonomis menguntungkan. Adapun faktor-faktor yang harus dipertimbangkan adalah :

1.3.1. Faktor Primer

a. Ketersediaan bahan baku

Kriteria penilaian dititikberatkan pada kemudahan memperoleh bahan baku. Dalam hal ini, bahan baku utama yang berupa phthalic anhydride diperoleh dari PT. Petrowidada yang berlokasi di Gresik, Jawa Timur sedangkan metanol diperoleh dari PT. Kaltim Methanol Industri, Bontang, dan asam sulfat diperoleh dari PT. Petrokimia Gresik.

b. Pemasaran produk

Produksi dimethyl phthalate diutamakan untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, terutama untuk industri plastik seperti kulit imitasi dari jenis PVC, kabel listrik, pipa, dll. Pemilihan lokasi di daerah Gresik ini sangat mendukung pemasaran produk dimethyl phthalate, karena pabrik yang akan didirikan dekat dengan konsumen yang ada di Jawa Timur.

c. Sarana transportasi

Sarana transportasi sangat diperlukan dalam pengangkutan bahan baku, pemasaran produk, dan lain sebagainya. Oleh karena itu fasilitas jalan raya, rel kereta api, pelabuhan, bandar udara sangat diperlukan. Di daerah Gresik, fasilitas transportasi sangat mendukung, seperti : jalan tol yang berhubungan dengan Jalur Pantura, Bandar Udara Djuanda, dan Pelabuhan Tanjung Perak. Hal ini akan mempermudah transportasi keluar masuk bahan baku dan produk.

(16)

commit to user

7

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab I Pendahuluan

d. Tenaga kerja

Tersedianya tenaga kerja yang terampil mutlak diperlukan untuk menjalankan mesin-mesin produksi. Jawa Timur, khususnya Gresik, merupakan kawasan industri yang sudah mapan. Untuk mendapatkan tenaga kerja ahli maupun tenaga kerja biasa dari daerah sekitar industri cukup mudah.

e. Penyediaan utilitas

Perlu diperhatikan sarana-sarana pendukung seperti tersedianya air, listrik, dan sarana lainnya sehingga proses produksi dapat berjalan dengan baik. Gresik dengan daerah pantai dan dialiri Sungai Brantas yang cukup besar sehingga kebutuhan air untuk proses produksi maupun untuk karyawan akan mudah terpenuhi. Selain itu, sebagai suatu kawasan industri yang telah direncanakan dengan baik dan tempat industri berskala besar ( PT. Petrokimia Gresik ), Gresik telah mempunyai sarana-sarana pendukung yang memadai.

1.3.2. Faktor Sekunder

a. Perluasan area pabrik

Gresik memiliki kemungkinan untuk perluasan pabrik karena masih mempunyai area yang cukup luas. Hal ini perlu diperhatikan karena dengan semakin meningkatnya permintaan produk akan menuntut adanya perluasan pabrik.

b. Karakteristik lokasi

Karakteristik lokasi ini menyangkut iklim di daerah tersebut, kemungkinan terjadinya banjir, serta kondisi sosial masyarakatnya. Dalam hal ini, Gresik sebagai kawasan industri adalah daerah yang telah ditetapkan menjadi daerah

(17)

commit to user

Bab I Pendahuluan

industri sehingga pemerintah memberikan kelonggaran hukum untuk mendirikan suatu pabrik di daerah tersebut.

c. Kebijaksanaan Pemerintah

Dalam hal ini, pendirian pabrik juga perlu memperhatikan beberapa faktor kepentingan yang terkait di dalamnya, kebijaksanaan pengembangan industri, dan hubungannya dengan pemerataan kesempatan kerja, kesejahteraan, dan hasil-hasil pembangunan. Disamping itu, pabrik yang didirikan juga harus berwawasan lingkungan, artinya keberadaan pabrik tersebut tidak boleh mengganggu atau merusak lingkungan sekitarnya.

d. Kemasyarakatan

Dengan masyarakat yang akomodatif terhadap perkembangan industri dan tersedianya fasilitas umum untuk hidup bermasyarakat, maka lokasi di Gresik dirasa tepat.

Dari pertimbangan faktor-faktor diatas, maka dipilih daerah Gresik, Jawa Timur sebagai lokasi pendirian pabrik dimethyl phthalate.

1.4 Tinjauan Pustaka 1.4.1 Proses

Proses pembuatan dimethyl phthalate sama dengan proses pembuatan dibutyl

phthalate dari phthalic anhydride dan butyl alkohol dengan katalis asam sulfat.

Reaksi pembentukan Dimethyl Phthalate yang terjadi di dalam reaktor adalah: C6H4(CO)2 + CH3OH C6H4( COOCH3 )( COOH )

C6H4( COOCH3 )( COOH ) + CH3OH C6H4( COOC4H9 )2 + H2O

( Faith Keyes, 1957 )

H2SO4

(18)

commit to user

9

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab I Pendahuluan

1.4.2. Kegunaan produk

Kegunaan utama dari dimethyl phthalate adalah sebagai bahan pembantu dalam pembuatan nitrocellulose dan cellulose acetate rubber (sebagai plasticizer). Selain itu juga digunakan dalam industri propellant, lacquers, plastik, karet, lapisan kaca dan lain sebagainya.

1.4.3. Sifat-sifat fisik dan kimia bahan baku dan produk

a. Bahan baku

1. Phthalic Anhydride ( PA )

Sifat fisik:

- Bentuk : kristal putih - Rumus molekul : C6H4(CO)2O

- Berat molekul : 148,118 g/mol - Titik beku : 131,11 o_C

- Titik didih : 284,5 o_C

- Temperatur kritis : 517,85 o_C

Sifat kimia:

a. Membentuk asam dengan hidrasi

Phthalic anhydride cair dapat bereaksi dengan air

membentuk asam secara eksotermis. Reaksi :

C6H4(CO)2O + H2O C6H4(COOH)2...(1-1)

Reaksi phthalic anhydride padat berlangsung padat karena kelarutannya rendah dan berjalan lambat pada suhu 200o_C.

(19)

commit to user

Bab I Pendahuluan

b. Dekarboksiklis

Jika steam dimasukkan ke phthalic anhydride lebur yang mengandung katalis dekarboksilat akan membentuk asam yang sesaat kemudian pecah menjadi asam benzoate dan CO2. Reaksi : C6H4(CO)2O + H2O C6H5(COOH) + CO2...(1-2) 2. Metanol - Bentuk : cair - Rumus molekul : CH3OH

- Berat molekul : 32,042 g/mol - Titik beku : -97,68 o_F

Sifat kimia:

Metanol adalah gugus alkohol aliphatik yang paling sederhana, reaktifitasnya ditentukan oleh gugus hidroksil. Reaksi dengan metanol terjadi melalui pecahan ikatan C-O atau C=H dan bercirikan reaksi substitusi gugus –H dan –OH.

1) Dehidrogenasi

Pelepasan unsur hidrogen dengan bantuan katalis Ag. Reaksi :

2CH3OH 2CH2OH + H2 ………(1-3) Ag

(20)

commit to user

11

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab I Pendahuluan

2) Reaksi esterifikasi pembentukan senyawa ester dengan jalan mereaksikan metanol dengan senyawa asam organik, misal pada reaksi pembentukan metil asetat.

Reaksi :

CH3OH + C7H6O3 C8H8O3+ H2O …………...(1-4)

3) Reaksi substitusi

Reaksi antara metanol dengan senyawa halida, misal pada reaksi pembentukan metil klorida

Reaksi :

CH3OH + HCl CH3Cl+ H2O ………..……(1-5)

(Kirk and Othmer, 1979)

b. Katalis

Asam Sulfat Sifat fisik:

- Bentuk : cair

- Rumus molekul : H2SO4

- Berat molekul : 98,079 g/mol - Titik beku : 10,31 o_C

Sifat kimia:

- Sangat larut dalam air - Merupakan asam kuat - Korosif

(21)

commit to user

Bab I Pendahuluan

- Mempunyai senyawa kovalen

( Perry, 1997 ) c. Produk Dimethyl Phthalate ( DMP ) Sifat fisik: - Bentuk : cair - Rumus molekul : C10H10O4

- Berat molekul : 194,187 g/mol - Titik beku : -1 o_C

Sifat kimia:

- Sangat mudah terbakar

- Berbahaya untuk kesehatan seperti membuat iritasi mata, merusakan pernapasan dan kulit.

1.4.4. Tinjauan Proses

Dimethyl phthalate dihasilkan dari reaksi esterifikasi antara phthalic anhydride dan metanol dengan menggunakan katalis asam sulfat yang terjadi di

dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) pada kondisi operasi yang optimal dengan suhu 150 o_{C, dan tekanan 1 atm. Reaktor dilengkapi dengan}

pendingin koil untuk menjaga suhu agar tetap konstan 150 o_{C. Reaksi yang}

(22)

commit to user

13

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab I Pendahuluan

1. Tahap Pertama

C6H4(CO)2 + CH3OH C6H4( COOC4H9 )( COOH )

Pada tahap pertama, proses secara mudah dapat terjadi dengan adanya pemanasan campuran pada kedua komponen membentuk suatu monoester (Monomethyl Phthalate ).

2. Tahap Kedua

C6H4( COOC4H9 )( COOH ) + C4H9OH C6H4( COOC4H9)2 + H2O

Pada tahap ini terbentuk dimethyl phthalate yang disertai dengan pelepasan air. Esterifikasi dari kedua kelompok karbonil berjalan sangat lambat dan memerlukan temperatur tinggi dan katalis.

Keluaran reaktor yang berupa campuran dimethyl phthalate, monomethyl

phthalate, metanol dan senyawa lainnya dimurnikan untuk memperoleh dimethyl phthalate murni (min. 99,5 %) dengan dekanter. Hasil atas dekanter berupa air,

metanol, dimethyl phthalate yang terikut air , monomethyl phthalate, phthalic acid dan asam sulfat. Kemudian hasil atas ini masuk ke evaporator dan memisahkan air dan metanol sebagai hasil atas yang akan diumpankan kembali ke MD untuk memisahkan metanol dan air. Metanol keluaran MD diumpankan kembali ke reaktor, sedangkan air di buang ke unit pengolahan limbah. Hasil bawah evaporator yang terdiri dari dimethyl phthalate, monomethyl phthalate, phthalic acid, dan asam sulfat diumpankan kembali ke reaktor. Produk dimethyl phthalate dihasilkan dari hasil bawah dekanter.

H2SO4

(23)

commit to user

Bab II Deskripsi Proses

BAB II

DESKRIPSI PROSES

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk

2.1.1. Spesifikasi bahan baku

a. Phthalic Anhydride

o Bentuk : kristal putih o Kemurnian : 99,8 %

o Impuritas : phthalic acid ( 0,2 % )

o Kelarutan :terlarut dalam alkohol, ester, kloroform, dan sedikit larut dalam air

b. Metanol

o Bentuk : cairan tidak berwarna

o Kemurnian : 99,5 %

o Impuritas : H2O ( 0,5 % )

o Kelarutan : terlarut sempurna dalam alkohol dan air

2.1.2. Spesifikasi bahan pembantu

Asam Sulfat

o Bentuk : cairan tidak berwarna o Kemurnian : 98 %

(24)

commit to user

15

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab II Deskripsi Proses

o Kelarutan : terlarut sempurna dalam air

2.1.3. Spesifikasi produk Dimethyl Phthalate

o Bentuk : cairan menyerupai minyak o Kemurnian : 99,5 %

o Impuritas : MMP ( 0,4% ), PAc ( 0,15% )

o Kelarutan : terlarut dalam alkohol, eter, dan kloroform , dan sangat sedikit larut dalam air ( 0,43% )

2.2. Konsep Proses

2.2.1. Dasar Reaksi

Proses pembuatan dimethyl phthalate dilakukan di dalam reaktor alir tangki berpengaduk ( RATB ), dimana bahan baku yang berupa metanol dan phthalic

anhydride serta katalis yang berupa H2SO4 dimasukkan secara bersamaan melalui

bagian atas reaktor.

Reaksi pembuatan dimethyl phthalate merupakan reaksi esterifikasi antara

phthalic anhydride dengan metanol menggunakan katalis asam sulfat 98%.

( Faith Keyes, hal 319, 1957)

2.2.2. Mekanisme Reaksi

Secara lengkap proses esterifikasi berdasarkan persamaan stoikiometri terdiri dari dua tahap, yaitu :

(25)

commit to user

Bab II Deskripsi Proses

Tahap pertama

Phthalic Anhydride Metanol Monomethyl Phthalate

Reaksi tahap pertama adalah reaksi eksotermis yang berlangsung cepat dan terjadi pada suhu 150 o_C.

Tahap kedua

Monomethyl Phthalate Metanol Dimethyl Phthalate Air

Pada tahap ini, terbentuk dimethyl phthalate yang disertai dengan terbentuknya air. Esterifikasi dari kedua kelompok karbonil berjalan sangat lambat, dan memerlukan katalis. Karena reaksi pertama berlangsung sangat cepat dan reaksi tahap kedua berjalan sangat lambat maka reaksi yang menentukan adalah reaksi tahap kedua.

2.2.3. Kondisi Operasi

Reaksi berjalan pada kisaran suhu 150 o_{C – 200} o_{C dengan tekanan}

atmosferis dengan pertimbangan bahwa pada kondisi tersebut laju pembentukan

dimethyl phthalate optimal. ( Faith Keyes, 1957 )

H-O-H

+ +

(26)

commit to user

17

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab II Deskripsi Proses

Dalam keadaan normal ( tanpa katalis ) reaksi boleh dikatakan hampir tidak berjalan, sehingga di dalam menjalankan reaksi ini katalisator sangat berperan. Reaksi esterifikasi ini merupakan reaksi orde dua terhadap monoester dengan persamaan :

-rA = k CA2 (1)

-rA = k CA02 ( 1-XA )2 (2)

Dari studi kinetik, konstanta kecepatan reaksi pada proses pembuatan dimethyl

phthalate dapat dihitung dengan persamaan :

k = 0,000021-0,0008896 C+0,001228 C ( B/M )( 10(15,184909-4515,8672/T)_/105_.

0,012058 )

dengan = k : konstanta kecepatan reaksi, gmol/liter.menit C : persentase berat asam sulfat terhadap umpan B/M : perbandingan mol alkohol dengan monoester T : suhu , o_K

Semakin besar presentase berat katalis, maka harga semakin besar pula seperti ditunjukkan pada persamaan 2. Dari persamaan tersebut dapat dilihat bahwa bila harga k semakin besar, maka laju pengurangan monomethyl phthalate ( -rA ) semakin besar yang berarti kecepatan reaksi semakin besar. Jadi, semakin

besar presentase berat katalis, harga k semakin besar dan kecepatan reaksi semakin besar pula.

Perbandingan mol antara metanol dan monomethyl phthalate, semakin besar harga perbandingan molnya akan menyebabkan semakin besarnya harga k dan ini berarti kecepatan reaksi semakin besar.

(27)

commit to user

Bab II Deskripsi Proses

Kenaikan temperatur cenderung meningkatkan harga k, yang berarti bahwa semakin tinggi temperatur akan mempercepat kecepatan reaksi, hal ini dapat dijelaskan dalam rumus Arrhenius :

k = Ae-E/RT

jika harga T semakin besar maka harga k akan semakin besar pula.

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 ( H298 ) pada tekanan 1 atm dan suhu

25 o_C.

Tabel 2.1 Harga H298 dan G298 masing-masing komponen

Komponen H298, J/mol G298, J/mol

Phthalic Anhydride -393.130 -329.000

Metanol -201.170 -162.510

Asam Sulfat -241.800 -228.600

Dimethyl Phthalate -663.000 -526.000

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

Perubahan energi Gibbs dapat dihitung dengan persamaan :

(28)

commit to user

19

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab II Deskripsi Proses

Dimana :

G298 = Energi bebas Gibbs standar suatu reaksi pada 298 K (

kJ/mol )

R = konstanta gas ( R = 8,314.10-3_{kJ/kmol.K )}

= temperatur ( K )

K = konstanta kesetimbangan reaksi : PA + 2 Metanol DMP + Air

G298 = ( G298 ) produk - ( G298 ) reaktan

= (( G298 )DMP+ ( G298 )air )–(( G298 )PA +( G298 )metanol))

= ((-526.000 228.600 J/mol))-((-162.510 J/mol)+(-329.000 J/mol))

= -263.090 J/mol K298 = e-( G/RT )

= e-((-263.090 J/mol)/((8,314 J/mol.K)(298 K)))

= 1,3096.1046

Dari persamaan (13.15) Chemical Engineering Thermodinamics, Smith and Van Ness :

Ln K/K’ = (- H298/R) ( 1/T -1/T’ )

Ln K298/K423,15 = (- H298/R) ( 1/T298 -1/T423,15)

Dimana : K298 = konstanta kesetimbangan pada 298 K

K423,15 = konstanta kesetimbangan pada 423,15 K

H298 = panas reaksi pada 298 K

(29)

commit to user

Bab II Deskripsi Proses

T298 = temperatur pada 298 K

T423,15 = temperatur pada suhu operasi 423,15 K

H298 = ( H298 ) produk –( H298) reaktan

= (( H298 )DMP+ ( H298 )air )–(( H298 )PA +( H298 )metanol))

=((663.000 J/mol)+(241.800 J/mol))((201.170 J/mol ) + ( -393.130 J/mol ))

= -310.500 J/mol

Dari perhitungan tersebut didapat nilai H298 negatif dengan demikian

dapat disimpulkan bahwa reaksi berjalan secara eksotermis ( menghasilkan panas ).

Besarnya konstanta kesetimbangan pada suhu 150 o_{C = 423,15 K dapat}

dihitung sebagai berikut :

K423,15 = 1,65.1062

Karena harga K423,15=k1/k2 besar, berarti harga k2 jauh lebih kecil bila

dibandingkan dengan harga k1 sehingga diabaikan terhadap k1 dan reaksi dianggap berjalan satu arah (irreversible)

(30)

commit to user

21

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab II Deskripsi Proses

2.2.5. Tinjauan Kinetika

Reaksi pembentukan dimethyl phthalate :

C8H4O3 + CH3OH C9H8O4 (1) PA Metanol MMP

C9H8O4 + CH3OH C10H10O4 + H2O (2)

MMP Metanol DMP Air

Reaksi ( 1 ) merupakan reaksi searah dan berlangsung cepat dan sempurna. Diketahui konstanta kesetimbangan reaksi ( K ) mempunyai nilai yang cukup besar, sehingga dianggap pembentukan DMP pada reaksi ( 2 ) merupakan reaksi

irreversible, berlangsung lambat, eksotermis, dan memerlukan katalis ( H2SO4 ).

Sekitar 1% konsentrasi asam sulfat ditambahkan sebagai katalis. Reaktor menggunakan pendingin untuk mempertahankan panas di dalam reaktor pada suhu 150 o_{C dan tekanan 1 atm.}

Menurut hasil penelitian Othmer, 1948 ( Groggins ) harga konstanta kecepatan reaksi ( k ) merupakan fungsi dan konsentrasi katalis asam sulfat, perbandingan mol monomethyl phthalate dengan metanol dan temperatur yang dituliskan sebagai :

dengan = k : konstanta kecepatan reaksi, gmol/liter.menit C : persentase berat asam sulfat terhadap umpan B/M : perbandingan mol alkohol dengan monoester T : suhu , o_K

(31)

commit to user

Bab II Deskripsi Proses

2.3. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses

2.3.1. Diagram Alir Proses

Diagram alir prarancangan pabrik dimethyl phthalate yaitu : a. Diagram Alir Kualitatif ( Gambar 2.1 )

b. Diagram Alir Kuantitatif ( Gambar 2.2 ) c. Diagram Alir Proses ( Gambar 2.3 )

(32)

commit to user

23

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab II Deskripsi Proses

R E A K T O R 15 0 C 1 at m D E K A N T E R I 89 C 1 at m F 1 F 3 F 4 F 9 F 10 M et an ol 9 9, 5% A ir 0, 5 % M et an ol A ir D M P M M P P A c A sa m S ul fa t M et an ol A ir M et an ol A ir F 2 P A 9 9, 8% P A c 0, 2% E va po ra to r 89 C 1 at m M D 89 C 1 at m D E K A N T E R II 89 C 1 at m D M P M M P P A c F 6 D M P M M P P A c F 12 F 5 M et an ol A ir D M P M M P P A c A sa m S ul fa t _F7 F 8 A ir D M P M M P P A c A sa m S ul fa t M et an ol A ir F 11 G am ba r 2. 1 D ia gr am A lir K ua lit at if M et an ol A ir _DMP M M P P A c A sa m S ul fa t D M P 9 9, 5% M M P P A c

(33)

commit to user

Bab II Deskripsi Proses

RE AK TO R 15 0 C 1 at m DE KA NT ER I 89 C 1 at m F1 F3 F4 F9 F1 0 M et an ol : 1 46 4. 67 74 Ai r : 7. 36 02 TO TA L :1 47 2. 03 75 M et an ol : 1 82 .7 11 5 Ai r : 42 5. 81 35 DM P : 4 44 2. 53 39 M M P : 1 6. 38 05 PA c : 6. 74 68 As . S ul fa t: 27 .5 22 1 TO TA L : 51 01 .7 1 M et an ol : 1 82 .7 11 5 Ai r : 42 3. 68 44 TO TA L : 6 06 .3 95 9 M et an ol :1 71 .7 48 8 Ai r : 8. 47 37 TO TA L : 18 0. 22 25 F2 PA :3 36 6. 65 24 PA c : 6 .7 46 8 TO TA L: 33 73 .3 99 2 DM P : 4 39 6. 29 59 M M P : 16 .2 16 7 PA c : 6. 67 93 TO TA L : 4 41 9. 19 19 Ev ap or at or 89 C 1 at m M D 89 C 1 at m DE KA NT ER II 89 C 1 at m DM P : 3 99 6. 63 27 M M P : 14 .7 42 4 PA c : 6. 07 21 TO TA L : 4 01 7. 44 72 F6 DM P : 3 99 .6 63 3 M M P : 1 .4 74 2 PA c : 0. 60 72 TO TA L : 4 01 .7 44 7 F1 2 F5 M et an ol : 18 2. 71 15 Ai r : 4 25 .8 13 5 DM P : 4 45 .9 01 3 M M P : 1. 63 80 PA c : 0 .6 74 7 As . S ul fa t: 2 7. 52 21 TO TA L : 10 84 .2 61 1 M et an ol : 18 2. 71 15 Ai r :4 25 .8 13 5 DM P : 46 .2 38 0 M M P : 0. 16 38 PA c : 0 .0 67 5 As . S ul fa t: 27 .5 22 1 TO TA L : 68 2. 51 64 F7 F8 Ai r : 2. 12 91 DM P : 4 6. 23 80 M M P : 0. 16 38 PA c : 0. 06 75 As . S ul fa t: 27 .5 22 1 TO TA L : 76 .1 20 5 M et an ol : 1 0. 96 27 Ai r : 41 5. 21 07 TO TA L : 42 6. 17 34 F1 1

G

am

ba

r 2

.2

Di

ag

ra

m

A

lir

K

ua

nt

ita

tif

(34)

commit to user

25

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab II Deskripsi Proses

T-01 SL-01 T-02 H-01 D-01 D-02 EV R-01 MD CD-01 ACC-01 RB-01 P-01 P-02 P-03 T-03 P-04 Ke UPL P-05 C-01 C-02 P-06 P-07 LI LI FC FC LC C-03 Air pendingin Air pendingin Air pendingin Air pendingin TC TC TC TC condensate TC steam BC-01 BE-01 BC-02 LI

PRARANCANGAN PABRIK

DIMETHYL PHTHALATE

DARI

PHTHALIC ANHYDRIDE

DAN METANOL

KAPASITAS 35.000 TON/TAHUN

1 30 3 1 30 2 ₁ 150 4 1 30 1 1 100 5 1 100 6 1 100 7 1 100 8 1 35 9 1 100 10 1 155 12 1 89 13 70 70 1 70 14 92 1 99 15 1 155 11 KETERANGAN GAMBAR BE : BUCKET ELEVATOR BC : BELT CONVEYOR C : COOLER D : DECANTER E : EVAPORATOR H : HOPPER MD : DISTILLATION TOWER P : PUMP R : REACTOR SL : SILO T : STORAGE FC : FLOW CONTROLLER LC : LEVEL CONTROLLER LI : LEVEL INSTRUMENT TC : TEMPERATURE CONTROLL : NOMOR ARUS : TEKANAN, atm : TEMPERATUR, ºc : ELECTRIC CONNECTOR : PNEUMATIC

: ARUS AIR PENDINGIN : ARUS PEMANAS STEAM : GATE VALVE

: GLOBE VALVE

DIAGRAM ALIR PROSES

PRARANCANGAN PABRIK DIMETHYL PHTHALATE

DARI PHTHALIC ANHYDRIDE DAN METANOL

KAPASITAS 35.000 TON/TAHUN HIMMAH SEKAR EKA AYU GUSTIANA I 0506026 NOVA TRI WIJAYANTO I 0506063

Dosen Pembimbing I, Dosen Pembimbing II,

Ir. Samun Triyoko Ari Diana Susanti, S.T., M.T.,

NIP.19470421 198501 1 001 NIP.19750123 200812 2 002 LC FC FC FRC recycle TC steam condensate TC LC LC Air pendingin 99 70 LC FC

(35)

commit to user

Bab II Deskripsi Proses

2.3.2. Langkah Operasi

Proses pembuatan dimethyl phthalate dari phthalic anhydride dan metanol dengan proses esterifikasi dengan menggunakan katalis asam sulfat dapat dibagi menjadi tiga tahap, yaitu :

1. Tahap persiapan bahan baku

Tahap ini bertujuan untuk menyiapkan phthalic anhydride dan metanol sebelum direaksikan di dalam reaktor.

Tahap penyiapan bahan baku meliputi :

a. Metanol dari tangki penyimpan metanol ( T-01 ) yang bersuhu 30 o_C

dan tekanan 1 atm dipompakan ke dalam reaktor dengan menggunakan pompa metanol ( P-01 )

b. Phthalic anhydride padat dari gudang penyimpanan ( Silo-01 )

diumpankan ke dalam hopper dengan menggunakan belt conveyor dan bucket elevator.

Ketiga bahan ini bersama dengan arus recycle dari menara distilasi dan evaporator masuk ke dalam reaktor.

2. Tahap reaksi esterifikasi pembentukan Dimethyl Phthalate (DMP) Reaksi yang terjadi di dalam reaktor:

PA + metanol MMP MMP + metanol DMP + Air

(36)

commit to user

27

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab II Deskripsi Proses

Phthalic anhydride ( PA ) yang berasal dari silo dan metanol yang

berasal dari tangki penyimpanan metanol ( T-01 ) diumpankan ke dalam reaktor ( R-01 ) dengan perbandingan 1:2,25.

( Faith Keyes, 1957 ) Reaksi esterifikasi ini merupakan reaktor jenis Continuous Stirred

Tank Reactor ( CSTR ) yang dilengkapi dengan koil pendingin. Reaktor

beroperasi secara isotermal pada suhu 150 o_{C dan tekanan 1 atm. Reaksi}

yang terjadi adalah reaksi eksotermis, maka untuk mempertahankan suhu di dalam reaktor agar isotermal digunakan koil pendingin untuk mengambil panas reaksi yang timbul. Pendingin yang digunakan adalah air dengan suhu pendingin masuk 30 o_{C dan keluar 50} o_{C. Reaktor ini}

dilengkapi dengan pengaduk untuk menjaga homogenitas komponen dalam reaktor.

3. Tahap pemurnian dan pemisahan produk

Produk reaktor terdiri atas dimethyl phthalate, monomethyl phthalate, sisa metanol yang tidak bereaksi, air, phthalic acid, dan asam sulfat. Campuran bersuhu 150 o_{C ini didinginkan terlebih dahulu dengan cooler 1}

(C-01 ) agar suhu menjadi 89 o_{C dan tekanan 1 atm sebelum diumpankan}

ke dekanter 1 dengan bantuan pompa ( P-03 ). Di dalam dekanter I( D-01 ), sebagian besar senyawa-senyawa yang tidak larut dalam air ( dimethyl

phthalate, monomethyl phthalate, dan phthalic acid ) terpisah dengan senyawa

– senyawa yang larut dalam air ( metanol dan asam sulfat ). Hasil bawah dekanter I berupa dimethyl phthalate, monomethyl phthalate, dan phthalic acid.

(37)

commit to user

Bab II Deskripsi Proses

Sedangkan hasil bawahnya berupa air, metanol, asam sulfat dan sebagian hasil bawah yang terikut ke atas ( dimethyl phthalate, monomethyl phthalate, dan phthalic acid ). Hasil atas dari dekanter I dimurnikan kembali dan diumpankan ke dekanter II. Setelah dari dekanter II hasil bawahnya di disimpan di dalam tangki penyimpanan produk bersamaan dengan produk dari dekanter I. Dan hasil atas dari dekanter II diumpankan ke dalam evaporator.

Di dalam evaporator, air dan metanol akan terpisahkan di bagian atas evaporator sedangkan dimethyl phthalate, monomethyl phthalate, phthalic

acid, dan asam sulfat akan terpisahkan pada bagian bawah evaporator.

Senyawa – senyawa di bagian bawah evaporator di recycle menuju reaktor. Sedangkan yang ada dibagian atas evaporator diumpankan ke menara distilasi.

Pada menara distilasi, metanol akan dipisahkan dari air untuk di

recycle ke reaktor. Sedangkan air yang ada dibagian bawah menara di buang

(38)

commit to user

29

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab II Deskripsi Proses

2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas

Produk : Dimethyl Phthalate 99,5% berat Kapasitas : 35.000 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

Tabel 2.1 Neraca Massa pada Reaktor

komponen Masuk ( kg/jam )

Keluar (kg/jam) F1 F2 F8 F10 F3 Metanol Air DMP MMP PA PAc Asam Sulfat 0 0 0 0 3.366,6524 6,7468 0 1.464,6774 7,3602 0 0 0 0 0 0 2,1291 46,2380 0,1638 0 0,0675 27,5221 171,7488 8,4737 0 0 0 0 0 182,7115 425,8135 4.442,5339 16,3805 0 6,7468 27,5221 Total 3.373,3992 1.472,0375 76,1205 180,2225 5.101,71 5.101,7083 5.101,7083

(39)

commit to user

Bab II Deskripsi Proses

Tabel 2.2 Neraca Massa pada Dekanter I

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

F3 F4 F5 Metanol Air DMP MMP PAc Asam Sulfat 182,7115 425,8135 4.442,5339 16,3805 6,7468 27,5221 0 0 3.996,6327 14,7424 6,0721 0 182,7115 425,8135 445,9013 1,6380 0,6747 27,5221 Total 5.101,7083 4.017,4472 1.084,2611 5.101,7083 5.101,7083

(40)

commit to user

31

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab II Deskripsi Proses

Tabel 2.3 Neraca Massa di Dekanter II

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

F5 F6 F7 Metanol Air DMP MMP PAc Asam Sulfat 182,7115 425,8135 445,9013 1,6380 0,6747 27,5221 0 0 399,6633 1,4742 0,6072 0 182,7115 425,8135 46,2380 0,1638 0,0675 27,5221 Total 1.084,2611 401,7447 682,5164 1.084,2611 1.084,2611

(41)

commit to user

Bab II Deskripsi Proses

Tabel 2.4 Neraca Massa Menara Distilasi I Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

F7 F8 F9 Metanol Air DMP MMP PAc Asam Sulfat 182,7115 425,8135 46,2380 0,1638 0,0675 27,5221 0 2,1291 46,2380 0,1638 0,0675 27,5221 182,7115 423,6844 0 0 0 0 Total 682,5164 76,1205 606,3959 682,5164 682,5164

Tabel 2.5 Neraca Massa di Menara Distilasi II Komponen

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

F9 F10 F11 Metanol Air 182,7115 423,6844 171,7488 8,4737 10,9627 415,2107 Total 606,3959 180,2225 426,1734 606,3959 606,3959

(42)

commit to user

33

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab II Deskripsi Proses

Tabel 2.6 Neraca Massa Total komponen

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

F1 F2 F11 F12 Metanol 0 1.464,6774 10,9627 0 Air 0 7,3602 415,2107 0 DMP 0 0 0 4.396,2959 MMP 0 0 0 16,2167 PA 3.366,6524 0 0 0 PAc 6,7468 0 0 6,6793 Asam Sulfat 0 0 0 0 TOTAL 3.373,3992 1.472,0375 426,1734 4.419,1919 4.845,4 4.845,4 2.4.2. Neraca Panas

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Satuan : kJ/jam

Tabel 2.7 Neraca panas Reaktor

komponen Qinput ( KJ/jam ) Qoutput ( KJ/jam )

Q umpan 93.309,6085 -

Q produk - 1.214.767,4380

Q pendingin - 1.313.120,0305

Q reaksi 2.434.577,8600 -

(43)

commit to user

Bab II Deskripsi Proses

Tabel 2.8 Neraca Panas Dekanter I

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

Q umpan 716.310,03 -

Q produk atas - 233.067,75

Q produk bawah - 483.242,28

TOTAL 716.310,03 716.310,03

Tabel 2.9 Neraca Panas Dekanter II

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

Q umpan 233.067,75 -

TOTAL 233.067,75 233.067,75

Tabel 2.10 Neraca Panas Menara Distilasi I

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

Q umpan 698.924,32 -

Q steam 173.098,05 -

(44)

commit to user

35

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab II Deskripsi Proses

Tabel 2.11 Neraca Panas Menara Distilasi II

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

Q umpan 560.177,61 - Q condensor - 515.304,90 Q reboiler 115.266,00 - Qdistilat - 26.954,23 Qbottom - 133.184,48 TOTAL 675.443,61 675.443,61

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 maksimum.

(45)

commit to user

Bab II Deskripsi Proses

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

o Pabrik dimethyl phthalate 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) :

(46)

commit to user

37

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab II Deskripsi Proses

Merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran operasi. Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendalian 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.

(47)

commit to user

Bab II Deskripsi Proses

Kantin Musholla Gudang UPL Koperasi Klinik Kantor Parkir Karyawan Area Perluasan Utilitas La bo ra to riu m Pemadam Kebakaran B en gk el Pos Keamanan Pos Keamanan Pos Keamanan C on tr ol l ro om Safety Pintu Darurat Parkir Keterangan : : Taman : Arah jalan Proses

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

Dimethyl Phthalate, antara lain (Vilbrandt, 1959) :

1. Aliran udara

Aliran udara di dalam dan di sekitar peralatan proses perlu diperhatikan kelancarannya. Hal ini bertujuan untuk menghindari

(48)

commit to user

39

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab II Deskripsi Proses

terjadinya stagnasi udara pada suatu tempat sehingga mengakibatkan akumulasi bahan kimia yang dapat mengancam keselamatan pekerja.

2. Cahaya

Penerangan sebuah pabrik harus memadai dan pada tempat-tempat prose yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu adanya penerangan tambahan.

3. Lalu lintas manusia

Dalam perancangan lay out peralatan perlu diperhatikan agar pekerja dapat mencapai seluruh alat proses dengan cepat dan mudah. Hal ini bertujuan apabila terjadi gangguan pada alat proses dapat segera diperbaiki. Keamanan pekerja selama menjalankan tugasnya juga diprioritaskan.

4. Pertimbangan ekonomi

Dalam menempatkan alat-alat proses diusahakan dapat menekan biaya operasi dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi pabrik. 5. Jarak antar alat proses

Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi tinggi sebaiknya dipisahkan dengan alat proses lainnya, sehingga apabila terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut maka kerusakan dapat diminimalkan.

(49)

commit to user

Bab II Deskripsi Proses

S S T-01 T-01 _T-02 T-03 T-03 T-03 R D D _MDII C O N T R O L R O O M KETERANGAN: 1. S : Silo penyimpan PA

2. T-01: Tangki penyimpan metanol 3. T-02: Tangki penyimpan asam sulfat 4. R : Reaktor 5. D : Dekanter 6. MD I : Menara Distilasi I 7. MD II : Menara distilasi II 8. T-03: Tangki penyimpan DMP Skala 1:250 MD I

(50)

commit to user

41

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab III Spesifikasi Alat Proses

BAB III

SPESIFIKASI ALAT PROSES

3.1 Reaktor

Kode : R-01

Fungsi : Sebagai tempat berlangsungnya reaksi antara Metanol dan Phthalic

Anhydride menjadi Dimethyl Phthalate.

Tipe : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk ( RATB ) Kondisi operasi :

Suhu =150 o_C

Tekanan = 1 atm Waktu tinggal = 3,4 jam Isotermal non Adiabatis Dimensi :

Diameter shell = 2,7859 m Tinggi shell = 2,7859 m Tebal shell = 0,1875 in

Jenis head = Torispherical dished head Tinggi head = 0,5391 m

Tebal head = 0,25 in Volume reaktor = 16,9727 m3

(51)

commit to user

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab III Spesifikasi Alat Proses

Spesifikasi pengaduk :

Jenis pengaduk = Turbin 6 blade, 4 baffle Diameter pengaduk = 0,9286 m Panjang blade = 0,2322 m Lebar baffle = 0,4736 m Kecepatan = 69,4525 rpm Daya motor = 11 hp Spesifikasi pendingin Jenis = Koil

Media pendingin = Air

3.2 Dekanter I

Kode : D-01

Fungsi : memisahkan fase ringan yang berupa metanol, air, dan asam sulfat dengan fase berat DMP, MMP, dan PAc.

Tipe : Horizontal, Cylindrical Drum Bahan : Stainlless steel type 302 Jumlah : 1 buah

Kondisi operasi

Suhu : 89 o_C

Tekanan : 1 atm Waktu tinggal : 32 menit

(52)

commit to user

43

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab III Spesifikasi Alat Proses

Spesifikasi

Diameter shell : 1,0621 m Panjang shell : 3,1864 m Tebal shell : 0,1875 in

Jenis head : Torispherical dished head Panjang head : 0,2262 m

Tebal head : 0,1875 in

3.3. Dekanter II

Kode : D-02

Fungsi : memisahkan fase ringan yang berupa metanol, air, dan asam sulfat dengan fase berat DMP, MMP, dan PAc.

Tipe : Horizontal, Cylindrical Drum Bahan : Stainlless steel type 302 Jumlah : 1 buah

Kondisi operasi

Suhu : 89 o_C

Tekanan : 1 atm Waktu tinggal : 17 menit Spesifikasi

Diameter shell : 0,5329 m Panjang shell : 1,5987 m Tebal shell : 0,1875 in

(53)

commit to user

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab III Spesifikasi Alat Proses

Jenis head : Torispherical dished head Panjang head : 5,8079 in

Tebal head : 0,1875 in

3.4. Evaporator

Kode : E-01

Fungsi : Menguapkan Metanol dan Air keluaran Dekanter II dari DMP, MMP, PAc, dan Asam Sulfat

Tipe : Long tube vertical evaporator Kondisi operasi

Suhu : 89 o_C

Tekanan : 1 atm Spesifikasi HE

Jenis : Double Pipe Heat Exchanger ( DPHE ) Panjang : 12 ft

Luas tr. Panas : 16,512 ft2

Harpin : 2 x 1 ¼ in SN 40 Jumlah : 2 harpin

Spesifikasi displacement vapor Diameter : 0,1367 m Tebal shell : 0,1875 in Tinggi :0,1367 m

(54)

commit to user

45

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab III Spesifikasi Alat Proses

Bentuk head : Torispherical dished head Tebal head : 1/5 in

Tinggi head : 0,1052 m

3.5. Menara Distilasi

Kode : MD-01

Fungsi : untuk memisahkan metanol dari air untuk direcycle kembali Tipe : Menara distillasi dengan packing

Bahan : Carbon steel SA 283 grade C Jumlah : 1 buah Kondisi operasi Tekanan : 1 atm Suhu umpan : 89 o_C Suhu bottom : 99 o_C Suhu top : 70 o_C Dimensi menara Diameter top : 0,45 m Diameter bottom : 0,32 m Bahan isian

Jenis : ceramic rasching ring

Ukuran : 1 in

(55)

commit to user

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab III Spesifikasi Alat Proses

3.6. Tangki Penyimpanan Metanol

Kode : T-01

Fungsi : Menyimpan bahan baku metanol

Tipe : Silinder vertikal dengan flat bottom dan conical roof Bahan : Plate steel SA 283 grade C

Jumlah : 2 buah Kondisi operasi

Suhu : 30 o_C

Tekanan : 1 atm Waktu penyimpanan: 30 hari Dimensi Diameter : 9,1440 m Tinggi shell : 3,6576 m Tebal shell Course 1 : 0,5 in Course 2 : 0,4375 in Tebal head : 3/16 in Tinggi head : 0,6443 m Sudut θ : 8,025 o Tinggi total : 4,3019 m

(56)

commit to user

47

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab III Spesifikasi Alat Proses

3.7. Tangki Penyimpanan Dimethyl Phthalate

Kode : T-03

Fungsi : menyimpan produk Dimethyl Phthalate

Tipe : Silinder vertikal dengan flat bottom dan conical roof Bahan : Plate steel SA 283 grade C

Jumlah : 3 buah Kondisi operasi

Suhu : 30 o_C

Tekanan : 1 atm Waktu penyimpanan : 30 hari Dimensi Diameter : 9,1440 m Tinggi shell : 3,6576 m Tebal shell Course 1 : 1,125 in Course 2 : 1 in Tebal head : 3/16 in Tinggi head : 0,2841 m Sudut θ : 3,557 o Tinggi total : 3,9417 m

(57)

commit to user

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab III Spesifikasi Alat Proses

3.8. Silo Penyimpanan Phthalic Anhydride

Kode : SL-01

Fungsi : Menyimpan bahan baku Phthalic Anhydride Tipe : Silinder vertikal dengan dasar berbentuk cone 60o

Bahan : Carbon Steel SA 283 grade C Jumlah : 2 buah

Kondisi operasi

Suhu : 30 o_C

Tekanan : 1 atm Waktu penyimpanan : 7 hari Dimensi Diameter : 5,9386 m Tinggi shell : 8,9080 m Tebal shell : 0,3125 in Tebal head : 0,375 in Tinggi head : 5,1906 m Tinggi total : 14,0986 m

(58)

commit to user

49

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab III Spesifikasi Alat Proses

3.9. Cooler -01

Kode : C-01

Fungsi : Mendinginkan suhu keluaran reaktor menuju dekanter 1 Tipe : Shell and Tube Heat Exchanger

Jumlah : 1 buah Panjang : 16 ft Kondisi operasi

Hot fluid : 150 o_{C – 89}o_C

Cold fluid : 30 o_{C – 50}o_C

Spesifikasi outer pipe, cold fluid ( air ) Kapasitas : 3.410,69 kg/jam

Material : Carbon steel SA 283 grade C Spesifikasi inner pipe, hot fluid ( fluida keluaran reaktor )

Kapasitas : 5.101,71 kg/jam

Material : Carbon steel SA 283 grade C Jumlah : 406

P : 5,2971 psi Dirt factor : 0,0043 hr.ft2_.o_F/Btu

(59)

commit to user

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab III Spesifikasi Alat Proses

3.10. Cooler -02

Kode : C-02

Fungsi : Mendinginkan produk ( keluaran Dekanter I dan II ) Tipe : Shell and Tube Heat Exchanger

Hot fluid : 89 o_C

Cold fluid : 35 o_C

Spesifikasi outer pipe, cold fluid ( air )

Kapasitas : 2.307,2963 kg/jam

Material : Carbon steel SA 283 grade C Spesifikasi inner pipe, hot fluid ( produk )

Kapasitas : 4.419,19 kg/jam

Material : Carbon steel SA 283 grade C Jumlah : 226

P : 0.0022 psi

Dirt factor : 0,0041 hr.ft2_.o_F/Btu

(60)

commit to user

51

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab III Spesifikasi Alat Proses

3.13. Condensor

Kode : CD-01

Fungsi : Mengkondensasikan hasil atas MD Tipe : Double Pipe Heat Exchanger

Hot fluid : 70,1681 o_C

Cold fluid : 35 o_C

Spesifikasi outer pipe, annulus ( hasil atas MD ) Kapasitas : 180,2200 kg/jam

Material : Carbon steel SA 283 grade C Spesifikasi inner pipe, cold fluid ( air )

Material : Carbon steel SA 283 grade C Jumlah : 5 harpin

P : 0,0088 psi

(61)

commit to user

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab III Spesifikasi Alat Proses

3.14. Reboiler

Kode : RB-01

Fungsi : Menguapkan sebagian hasil bawah MD Tipe : Kettle Reboiler

Hot fluid : 170 o_C

Cold fluid : 92,2 o_C

Spesifikasi shell side, ( campuran hasil bawah MD ) Kapasitas : 426, 1734 kg/jam

Material : Carbon steel SA 283 grade C Spesifikasi inner pipe, cold fluid ( air )

Material : Carbon steel SA 283 grade C Jumlah : 5 harpin

P : 0,0088 psi

(62)

commit to user

53

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab III Spesifikasi Alat Proses

3.15. Pompa

Pompa 1 Pompa 2 Pompa 3

Fungsi Mengalirkan metanol dati T-01 ke Reaktor Mengalirkan keluaran reaktor ke dekanter Mengalirkan hasil bawah dekanter I dan dekanter II Tipe Single stage centrifugal pump

Material Commercial steel

Kapasitas 9,095 gpm 23,712 gpm 20,894 gpm

Tekanan 1-1 atm 1-1 atm 1-1 atm

Tenaga pompa 0,15 hp 0,04 hp 0,64 hp

NPSH pompa 1,7292 ft 3,2755 ft 3,0106 ft Kecepatan putar 3500 rpm 3500 rpm 3500 rpm

Tenaga motor ¼ hp ¼ hp ¼ hp

(63)

commit to user

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab III Spesifikasi Alat Proses

Pompa 4 Pompa 5

Fungsi Mengalirkan hasil bawah evaporator ke reaktor

Mengalirkan fluida dari accumulator ke reaktor

Tipe Single stage centrifugal pump

Material Commercial steel

Kapasitas 0,315 gpm 9,922 gpm

Tekanan 1-1 atm 1-1 atm

Tenaga pompa 0,01 hp 0,15 hp NPSH pompa 0,1837 ft 1,8324 ft Kecepatan putar 3500 rpm 3500 rpm

Tenaga motor ¼ hp ¼ hp

(64)

commit to user

55

Prarancangan Pabrik Dimethyl Phthalate

dari Phthalic Anhydride dan Metanol

Kapasitas 35.000 Ton / Tahun

Bab IV Unit Pendukung Proses dan Laboratorium

BAB IV

UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM

4.1 Unit Pendukung Proses

Unit pendukung proses atau sering disebut unit utilitas merupakan bagian yang penting untuk menunjang berlangsungnya proses dalam suatu pabrik. Unit pendukung proses meliputi : unit pengadaan air, unit pengadaan steam, unit pengadaan udara tekan, unit pengadaan listrik, unit pengadaan bahan bakar.

Unit pendukung proses yang terdapat dalam pabrik dimethyl phthalate adalah : 1. Unit pengadaan air

Unit ini bertugas menyediakan dan mengolah air untuk memenuhi kebutuhan air sebagai berikut :

a. Air pendingin b. Air umpan boiler

c. Air konsumsi umum dan sanitasi 2. Unit pengadaan steam

Unit ini bertugas untuk menyediakan kebutuhan steam sebagai media pemanas di evaporator ( EV-01 ) dan reboiler ( RB-01 ).