commit to user
i
PRARANCANGAN PABRIK ETIL ASETAT DARI ETANOL DAN ASAM ASETAT DENGAN REACTIVE DISTILLATION
KAPASITAS 20.000 TON/TAHUN
Disusun Oleh :
1. Dian Ratna Sari ( I 0509010 ) 2. Marliana Ika Setyawati ( I 0509026)
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA 2013
commit to user
commit to user
iii
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
“Sesungguhnya setelah kesulitan itu ada kemudahan “
Ucapan terima kasih, kami persembahkan untuk :
Bapak dan ibu tercinta atas dukungannya baik moril dan materiil. Adik dan kakak yang memberikan doa dan dukungannya.
Teman-teman penghuni stuta (Studio Tugas Akhir), khususnya penghuni pojok utara yang selalu kedinginan, Asna, Erna, Rina, Indah, terima kasih telah setia mendengarkan kegaduhan kami setiap hari.
Teman-teman seperjungan angkatan 2009 atas semangat, dukungan dan doanya selama ini.
Kakak-kakat tingkat yang telah ikut membantu menyelesaikan tugas akhir ini.
commit to user
iv
KATA PENGANTAR
Segala puji hanya bagi Allah SWT, hanya karena Rahmat dan Hidayah-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Etil Asetat dari Etanol dan Asam Asetat dengan Reactive Distillation Kapasitas 20.000 Ton/Tahun”.
Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Dr. Sunu Herwi Pranolo, selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Dr. Margono, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing I dan Inayati, S.T., M.T., Ph.D. sebagai Dosen Pembimbing II Tugas Akhir yang telah bersedia membimbing dalam penyusunan tugas akhir.
3. Kedua orang tua kami yang telah memberikan dukungan baik moral maupun material.
4. Teman-teman mahasiswa angkatan 2009 dan segenap civitas akademik Jurusan Teknik Kimia.
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan pembaca pada umumnya.
Surakarta, Juli 2013 Penulis
commit to user
v DAFTAR ISI
Halaman Judul I
Lembar Pengesahan Ii
Motto dan Persembahan Iii
Kata Pengantar Iv
Daftar Isi V
Daftar Tabel Xi
Daftar Gambar Xiii
Intisari Xiv
BAB I PENDAHULUAN 1 1 2
I.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik 1
I.2 Kapasitas Perancangan 2
I.3 Pemilihan Lokasi Pabrik 5
I.3.1 Lokasi Sumber Bahan Baku 5
I.3.2 Pemasaran Produk 6
I.3.3 Transportasi 6
I.3.4 Utilitas 6
I.3.5 Tenaga Kerja dan Tenaga Ahli 7 I.3.6 Ketersediaan Lahan yang Memadai 7
I.3.7 Iklim 7
I.3.8 Komunikasi 8
commit to user
vi
I.3.10 Kondisi Tanah dan Daerah 8
I.4 Tinjauan Pustaka 9
I.4.1 Macam-Macam Proses 9
I.4.2 Kegunaan Produk 14
I.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk 14
I.4.4 Tinjauan Pustaka 20
BAB II DESKRIPSI PROSES 22
II.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk 22 II.1.1 Spesifikasi Bahan Baku 22 II.1.2 Spesifikasi Bahan Pembantu 23
II.1.3 Spesifikasi Produk 23
II.2 Konsep Proses 24
II.2.1 Dasar Reaksi 24
II.2.2 Mekanisme Reaksi 25
II.2.3 Tinjauan Kinetika 27
II.2.4 Tinjauan Termodinamika 27 II.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses 29
II.3.1 Diagram Alir Proses 29
II.3.2 Tahapan Proses 33
II.4 Neraca Massa dan Neraca Panas 35
II.4.1 Neraca Massa 35
II.4.2 Neraca Panas 37
commit to user
vii
II.5.1 Layout Pabrik 38
II.5.2 Layout Peralatan Proses 41
BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES 44
III.1 Tangki 44
III.1 Tangki Penyimpan Bahan Baku Asam Asetat 44 III.2 Tangki Penyimpan Bahan Baku Etanol 45 III.3 Tangki Penyimpan Produk Etil Asetat 46 III.2 Reaktor Menara Reactive Distillation 47
III.3 Dekanter 48
III.4 Stripping Column 49
III.5 Pompa 50
III.5.1 Pompa I 50
III.5.2 Pompa II 51
III.5.3 Pompa III 51
III.5.4 Pompa IV 52
III.6 Heat Exchanger 53
III.7 Reboiler 54 III.7.1 Reboiler I 54 III.7.2 Reboiler II 55 III.8 Kondenser 57 III.8.1 Kondenser I 57 III.8.2 Kondenser II 58
commit to user
viii
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM 61
IV.1 Unit Pendukung Proses 61
IV.1.1 Unit Pengadaan dan Pengolahan Air 62
IV.1.2 Unit Pengadaan Steam 71
IV.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan 72 IV.1.4 Unit Pengadaan Listrik 72 IV.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar 77
IV.2 Laboratorium 78
IV.2.1 Laboratorium Fisik 80
IV.2.2 Laboratorium Analitik 80
IV.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan 81
IV.3 Unit Pengolahan Limbah 82
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN V.1 Bentuk Perusahaan
V.2 Struktur Organisasi
85 86
V.3 Tugas dan Wewenang 89
V.3.1 Pemegang Saham 89
V.3.2 Dewan Komisaris 90
V.3.3 Dewan Direksi 90
V.3.4 Staf Ahli 92
V.3.5 Penelitian dan Pengembangan (Litbang) 92
V.3.6 Kepala Bagian 92
commit to user
ix
V.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan 97
V.4.1 Karyawan Non Shift 97
V.4.2 Karyawan Shift atau Ploog 98
V.5 Status Karyawan dan Sistem Upah 99
V.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji 100
V.6.1 Penggolongan Jabatan 100
V.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji 100
V.7 Kesejahteraan Karyawan 103
BAB VI ANALISA EKONOMI 105
VI.1 Dasar Perhitungan 105
VI.2 Penaksiran Harga Peralatan 107
VI.3 Penentuan Total Capital Investment (TCI) 110 VI.3.1 Modal Tetap (Fixed Capital Investment) 110 VI.3.2 Modal Kerja (Working Capital Investment) 111 VI.4 Penentuan Manufacturing Cost (TMC) 112 VI.4.1 Direct Manufacturing Cost (DMC) 112 VI.4.2 Indirect Manufacturing Cost (IMC) 114 VI.4.3 Fixed Manufacturing Cost (FMC) 115
VI.4.4 General Expense (GE) 116
VI.5 Keuntungan Produksi 117
VI.6 Analisa Kelayakan 117
commit to user
x LAMPIRAN
Lampiran A Sifat-Sifat Fisis Bahan Lampiran B Neraca Massa
Lampiran C Neraca Panas
Lampiran D Reaktor Menara Reactive Distillation Lampiran E Stripping Column
commit to user
xi
DAFTAR TABEL
Tabel I.1 Impor Etil Asetat di Indonesia 2
Tabel I.2 Kapasitas Produksi Etil Asetat di Berbagai Negara 4 Tabel I.3 Perbandingan Beberapa Proses Produksi Etil Asetat 13 Tabel II.1 Neraca Massa pada Reactive Distillation (RD-01) 35 Tabel II.2 Neraca Massa pada Dekanter (DC-01) 36 Tabel II.3 Neraca Massa pada Stripping Column (SC-01) 36
Tabel II.4 Neraca Massa Total 36
Tabel II.5 Neraca Panas Reactive Distillation (RD-01) dan Dekanter (DC-01)
37
Tabel II.6 Neraca Panas Stripping Column (SC-01) 37
Tabel II.7 Neraca Panas Total 38
Tabel IV.1 Kebutuhan Air Pendingin 69
Tabel IV.2 Kebutuhan Air untuk Steam 70
Tabel IV.3 Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi 70 Tabel IV.4 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas 73 Tabel IV.5 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan 74 Tabel IV.6 Total Kebutuhan Listrik Pabrik Etil Asetat 76
Tabel V.1 Jadwal Pembagian Kelompok shift 98
Tabel V.2 Jumlah Karyawan Menurut Jabatannya 100 Tabel V.3 Perincian Golongan dan Gaji Karyawan 102
commit to user
xii
Tabel VI.2 Direct Plan Cost 110
Tabel VI.3 Indirect Plan Cost 111
Tabel VI.4 Modal Kerja 112
Tabel VI.5 Direct Manufacturing Cost 114
Tabel VI.6 Indirect Manufacturing Cost 115
Tabel VI.7 Fixed Manufacturing Cost 116
Tabel VI.8 General Expense 116
commit to user
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar I.1 Grafik Impor Etil Asetat di Indonesia 3
Gambar I.2 Peta Lokasi 9
Gambar II.1 Blok Diagram Kualitatif Pabrik Etil Asetat 30 Gambar II.2 Blok Diagram Kuantitatif Pabrik Etil Asetat 31
Gambar II.3 Diagram Alir Proses 32
Gambar II.4 Tata Letak Pabrik Etil Asetat 40
Gambar II.5 Tata Letak Peralatan Proses 43
Gambar IV.1 Skema Pengolahan Air dari PT Petrokimia Gresik 68 Gambar IV.2 Skema Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) 83 Gambar V.1 Struktur Organisasi Pabrik Etil Asetat 89 Gambar VI.1 Chemical Engineering Cost Index 108
commit to user
xiv INTISARI
Dian Ratna Sari, Marliana Ika Setyawati, 2013, Prarancangan Pabrik Etil Asetat dari Etanol dan Asam Asetat dengan Reactive Distillation Kapasitas 20.000 Ton/Tahun, Jurusan Teknik Kimia, Universitas Sebelas Maret Surakarta
Etil asetat dengan rumus molekul (CH3COOC2H5) adalah salah satu bahan kimia yang digunakan sebagai bahan pelarut terutama dalam industri farmasi dan kosmetik. Untuk membantu memenuhi kebutuhan dalam negeri, dirancang pabrik etil asetat dari etanol dan asam asetat dengan kapasitas 20.000 ton/tahun. Bahan baku etanol (C2H5OH) sebanyak 23.424 ton/tahun diperoleh dari PT Molindo Raya, Malang, Jawa Timur dengan kapasitas produksi 50.000 kL/tahun sedangkan asam asetat sebanyak 18.896 ton/tahun diperoleh dari PT Indo Acidatama, Solo, Jawa Tengah dengan kapasitas produksi 33.000 ton/tahun. Pabrik direncanakan berdiri di Gresik, Jawa Timur pada tahun 2017 dan beroperasi selama 330 hari dalam satu tahun dan proses produksi berlangsung selama 24 jam per hari.
Tahapan proses yang terjadi meliputi persiapan bahan baku etanol dan asam asetat, reaksi pembentukan etil asetat dalam reaktor menara reactive
distillation. Etil asetat dibuat dengan cara mereaksikan etanol dan asam asetat
dengan cara esterifikasi. Reaksi berlangsung dalam reaktor yang berupa menara
reactive distillation secara adiabatic-non isothermal. Reaksi yang terjadi bersifat
eksotermis. Konversi etil asetat untuk reaksi ini mencapai 100 % terhadap asam asetat. Kondisi operasi reaktor berlangsung pada tekanan 2 atm dan suhu 100-140oC dengan katalis resin aktif amberlyst 35 wet. Pemisahan bahan dilakukan di dalam dekanter dan pemisahan produk dengan sisa reaktan (etanol) dilakukan di dalam stripping column. Hasil atas stripping column dikembalikan lagi ke dalam dekanter. Sedangkan hasil bawah stripping column merupakan produk etil asetat dengan kemurnian 99,75%.
Unit pendukung proses pabrik meliputi unit pengadaan air, steam, udara tekan, dan tenaga listrik. Kebutuhan air untuk umpan boiler, air konsumsi, air pendingin dan sanitasi diperoleh dari PT Petrokimia Gresik, sedangkan untuk
steam diperoleh dari boiler dengan suhu 154 oC dan tekanan 5,3973 atm. Kebutuhan udara tekan disediakan oleh sebuah kompresor. Kebutuhan listrik diperoleh dari PLN dan sebuah generator sebagai cadangan. Pabrik juga didukung laboratorium yang mengontrol mutu bahan baku dan produk serta limbah.
Bentuk perusahaan yang dipilih Perseroan Terbatas (PT), dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non-shift. Jumlah karyawan keseluruhan adalah 130 orang, dimana karyawan shift 52 orang dan karyawan non-shift 78 orang.
Dari hasil analisis diperoleh, ROI (Return on Investment) sebelum dan sesudah pajak sebesar 33,20% dan 28,22%, POT (Pay Out Time) sebelum dan sesudah pajak selama 2,43 tahun dan 2,76 tahun, BEP (Break Even Point) sebesar 49,99%. Jadi dari segi ekonomi pabrik tersebut layak untuk didirikan di Indonesia.
commit to user
xiv ABSTRACT
Dian Ratna Sari, Marliana Ika Setyawati, 2013, Preliminary Design of Ethyl Acetate from Ethanol and Acetic Acid by Reactive Distillation Capacity 20,000 Ton/Year, Chemical Engineering Department, Sebelas Maret University, Surakarta
Ethyl Acetate with molecular formula (CH3COOC2H5) is one of chemicals used as solvent especially in pharmacy and cosmetics industries. Ethyl Acetate plant from ethanol and acetic acid capacity 20,000 ton/year is built to supply the needs in Indonesia. PT Molindo Raya from Malang, East Java supplies 23,424 ton/year ethanol (C2H5OH) while the capacity is 50,000 kL/year. The acetic acid is supplied by PT Indo Acidatama, Solo, Central Java for 18,896 ton/year while their capacity is 33,000 ton/year. The plant is to be operated 330 days a year 24 hours a day.
The process steps consist of raw material preparation of ethanol and acetic acid and ethyl acetate synthesis in a reactive distillation tower. Ethyl acetate is synthesized by reacting ethanol and acetic acid through esterification. The reaction occurs in an adiabatic-non isothermal reactive distillation tower reactor. The reaction is carried out exothermically. The conversion of this reaction reaches 100% of acetic acid fed. The operating condition of reactor is 2 atm pressure and 100 – 140oC catalyzed by active resin amberlyst 35 wet. The separation process is done in a decanter and the remaining ethanol is separated in a stripping column. The top product of stripping column is recycled to the decanter while the bottom product is the desired ethyl acetate 99.75% purity.
The plant is supported by several utility units which are water, steam, compressed air and electricity. PT Petrokimia Gresik supplies water needed for this plant used in boilers, consumption, cooling and sanitation. Steam is produced in a boiler with the temperature of 154oC and 5.3973 atm pressure. The compressed air is supplied by a compressor. Electricity is supplied by PLN and a backup generator. The plant is equipped with a laboratory to control the product and raw material quality and the waste produced.
The industry is to be built as Company Limited (co. Ltd) with line and staff organizational structure. The employee working time is divided as shift and non-shift worker and the total employee is 130 people consist of 52 shift and 78 non shift worker.
The economic feasibility analysis shows ROI (Return on Investment) before and after tax is 33.20% and 28.22% respectively; POT (Pay Out Time) before and after tax is 2.43 and 2.76 years respectively and BEP (Break Even Point) is 49.99%. The analysis shows that economically the plant is feasible to be built in Indonesia.
