Tugas Prarancangan Pabrik Maleic Anhydride dari Reaksi Oksidasi N-Butana dengan Kapasitas 22.000 ton/tahun

(1)

TUGAS PRARANCANGAN PABRIK

MALEIC ANHYDRIDE DARI REAKSI OKSIDASI N-BUTANA

DENGAN KAPASITAS 22.000 TON/TAHUN

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik

Oleh : Sofia Rahmawati

D 500 120 052

Dosen Pembimbing : 1. Ir. Herry Purnama, M.T., Ph.D. 2. M. Mujiburohman, S.T., M.T.,Ph.D.

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

(2)

(3)

(4)

iv INTISARI

Perancangan pabrik maleic anhydride (MA) terbuat dari reaksi oksidasi n-butana. Kapasitas disesuaikan dengan kebutuhan impor, kebutuhan bahan baku dan kapasitas pabrik yang sudah beroperasi, maka dirancang dengan kapasitas 22.000 ton/tahun. Pabrik ini direncanakan beroperasi selama 330 hari/tahun. Pabrik MA akan didirikan di daerah kawasan industri, Ogan Ilir, Sumatera Selatan. Proses pembuatan MA ini menggunakan reaktor fixed bed multitube

dengan menggunakan katalis vanadium phosphorus oxide (VPO). Pada reaktor ini reaksi berlangsung pada suhu 390-393,6oC dan tekanan 2 atm. Reaksi bekerja secara non adiabatis, non isotermaldan irreversible.

Kebutuhan n-butana sebesar 2.777,23 kg/jam, sedangkan oksigen yang dibutuhkan sebesar 13.172,88 kg/jam. Produk MA yang dihasilkan sebanyak 2.777,78 kg/jam. Utilitas pendukung proses meliputi penyediaan steam sebesar 40.670,74 kg/jam diperoleh dari boiler unit penyedia make up air pendingin sebesar 7.662,14 kg/jam dan untuk total air kebutuhan perusahaan sebesar 397.856,28 kg/jam. Manajemen perusahaan pada pabrik ini berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dengan jumlah karyawan sebanyak 181 orang. Perusahaan menggunakan sistem struktur line and staff yang masing-masing telah memiliki tugas dan wewenang sendiri. Pabrik MA menggunakan modal tetap sebesar Rp394.311.452.549,00 dan modal kerja sebanyak Rp314.124.831.535,00. Dari hasil analisis ekonomi pabrik ini memperoleh keuntungan sebelum pajak sebesar Rp20.046.655.254,00 per tahun setelah dipotong pajak sebesar 25% maka keuntungan menjadi Rp60.139.965.761,00 per tahun. Return on investment

sebelum pajak sebesar 19,71% dan sesudah pajak sebesar 14,78%. Break event point (BEP)sebesar 53,94%. Shut down point (SDP) 23,28%. Pay out time (POT) sebelum pajak selama 3,37 tahun sedangkan POT sesudah pajak selama 4,04 tahun. Dari hasil analisis ekonomi pabrik MA layak untuk didirikan.

(5)

v

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Alhamdulillah puji syukur kehadirat Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Tugas akhir ini merupakan tugas yang harus diselesaikan oleh setiap individu sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pada Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Tugas akhir ini berjudul Prarancangan Pabrik Maleic Anhydride dari Reaksi Oksidasi N-Butana dengan Kapasitas 22.000 ton/tahun. Adanya prarancangan pabrik ini diharapkan dapat menjadi tambahan alternatif industri kimia di masa depan bagi Indonesia.

Dalam menyusun tugas akhir ini penulis banyak mendapatkan saran, bimbingan serta bantuan baik secara langsung maupun tidak langsung dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak Ir. Herry Purnama, M.T., Ph.D., selaku dosen pembimbing I. 3. Bapak Mujiburohman, S.T., M.T., Ph.D., selaku dosen pembimbing II.

4. Bapak dan Ibu Dosen Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta atas segala bimbingan dan arahannya.

5. Orang tua saya yang selalu memberikan semangat saya serta kakak dan adik saya yang selalu mendukung serta mendoakan saya, sehingga saya dapat mengerjakan tugas akhir ini.

6. Seluruh keluarga besar saya yang selalu mendukung dan mendoakan saya. 7. Rizky Shinta Wulandari yang merupakan teman seperjuangan sekaligus

partner selama proses mengerjakan tugas akhir ini.

8. Teman-teman Teknik Kimia UMS angkatan 2012 yang namanya tidak bisa disebutkan satu persatu, terimakasih atas dukungan, kerjasama dan bantuan selama mengalami kesulitan.

(6)

vi

9. Kakak tingkat 2009, 2010, 2011, yang telah mau membantu jika saya mengalami kesulitan serta adek tingkat 2013, 2014 yang selalu memberi dukungan.

10. Dan semua pihak yang ikut membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Untuk itu saya sebagai penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk kesempurnaan tugas akhir ini. Semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua orang.

Surakarta, 17 Agustus 2017 Penulis

(7)

vii DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PENGESAHAN ... ii

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN ... iii

INTISARI ... iv

KATA PENGANTAR ... v

DAFTAR ISI ... vii

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR TABEL ... xii

BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang pendirian pabrik ... 1

1.2 Kapasitas perancangan... 2

1.3 Pemilihan lokasi pabrik ... 5

1.4 Tinjauan pustaka ... 6

1.4.1 Macam-macam proses ... 7

1.4.2 Pemilihan proses ... 8

1.4.3 Kegunaan produk ... 9

1.4.4 Sifat fisis dan kimia bahan ... 10

1.4.5 Tinjauan proses secara umum ... 14

BAB II. DESKRIPSI PROSES 2.1 Spesifikasi bahan baku dan produk ... 15

2.1.1 Bahan baku ... 15 2.1.2 Bahan pembantu ... 15 2.1.3 Produk ... 16 2.2 Konsep reaksi ... 16 2.2.1 Dasar reaksi ... 16 2.2.2 Mekanisme reaksi ... 17 2.2.3 Kondisi operasi ... 17

2.2.4 Tinjauan kinetika reaksi ... 17

(8)

viii

2.3 Diagram alir proses ... 23

2.4 Langkah proses ... 25

2.4.1 Tahapan persiapan bahan baku ... 25

2.4.2 Tahap pembentukan produk ... 25

2.4.3 Tahap pemisahan dan pemurnian produk ... 26

2.4.4 Tahap pembutiran dan pengepakan ... 27

2.5 Neraca massa dan neraca panas ... 27

2.5.1 Neraca massa ... 27

2.5.2 Neraca panas ... 33

2.6 Tata letak pabrik dan peralatan ... 40

2.6.1 Tata letak pabrik ... 40

2.6.2 Peralatan proses ... 44

BAB III. SPESIFIKASI ALAT 3.1 Furnace ... 47 3.2 Reaktor ... 47 3.3 Absorber ... 48 3.4 Stripper ... 49 3.5 Prilling tower ... 49 3.6 CO converter ... 50 3.7 Tangki ... 51 3.8 Separator ... 51 3.9 Kompresor ... 52 3.10 Expander ... 52 3.11 Blower ... 53 3.12 Belt conveyor ... 53 3.13 Bucket elevator ... 53 3.14 Akumulator ... 54 3.15 Filter ... 54 3.16 Exchanger ... 55 3.17 Kondensor ... 56 3.18 Reboliler ... 56

(9)

ix

3.19 Pompa ... 57

BAB IV. UNIT PENDUKUNG DAN LABORATORIUM 4.1 Utilitas... 58

4.1.1 Unit penyediaan ... 59

4.1.2 Unit pengolahan air... 61

4.1.3 Unit penyediaan listrik ... 65

4.1.4 Unit penyediaan bahan bakar... 66

4.1.5 Unit pembangkit steam ... 66

4.1.6 Unit penyediaan udara tekan ... 66

4.1.7 Unit refrigerasi ... 67

4.1.8 Unit pendingin dowtherm A ... 67

4.2 Kebutuhan utilitas ... 67

4.3 Laboratorium ... 73

4.4 Unit pengolahan limbah ... 75

4.5 Spesifikasi alat-alat utilitas ... 78

BAB V. MANAJEMEN PERUSAHAAN 5.1 Bentuk perusahaan ... 87

5.2 Struktur organisasi ... 88

5.3. Tugas dan wewenang ... 92

5.3.1 Pemegang saham ... 92

5.3.2 Dewan komisaris ... 92

5.3.3 Dewan direksi ... 92

5.3.4 Staf ahli ... 93

5.3.5 Penelitian dan pengembangan (litbang) ... 94

5.3.6 Kepala bagian... 94

5.3.7 Kepala seksi ... 97

5.4 Sistem kepegawaian dan sistem gaji... 97

5.5 Pembagian jam kerja karyawan ... 98

5.6 Penggolongan jabatan, jumlah karyawan dan sistem gaji ... 100

5.6.1 Penggolongan jabatan ... 100

(10)

x

5.7 Kesejahteraan sosial... 103

5.8 Manajemen produksi ... 104

5.8.1 Perencanaan produksi ... 104

5.8.2 Pengendalian produksi ... 105

BAB VI. ANALISA EKONOMI 6.1 Analisis ekonomi ... 107

6.2 Perhitungan analisa ekonomi ... 111

6.2.1 Dasar perhitungan ... 111

6.1.2 Penaksiran harga peralatan ... 111

6.1.2 Penaksiran harga bahan baku dan produk ... 113

6.1.3 Fixed capital investment (FCI) ... 114

6.1.4 Working capital (WC) ... 115

6.1.5 Manufacturing cost (MC) ... 115

6.1.6 General expenses (GE) ... 116

6.1.7 Analisa kelayakan ... 116

6.1.7.1 Keuntungan ... 116

6.1.7.2 Percent return on investment (ROI) ... 116

6.1.7.3 Pay out time (POT) ... 117

6.1.7.4 Break event point (BEP) ... 117

6.1.7.5 Shut down point (SDP)... 117

6.1.7.6 Discounted cash flow (DCF) ... 117

SIMPULAN ... 119

DAFTAR PUSTAKA ... 120 LAMPIRAN

(11)

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Kebutuhan impor maleic anhydride tahun 2003-2016 ... 3

Gambar 2.1 Diagram alir kualitatif ... 23

Gambar 2.2 Diagram alir kuantitatif ... 24

Gambar 2.3 Diagram alir neraca massa ... 27

Gambar 2.4 Tata letak pabrik ... 43

Gambar 2.5 Tata letak peralatan proses ... 46

Gambar 5.1 Struktur organisasi pabrik maleic anhydride ... 91

Gambar 6.1 Indeks harga alat... 113

(12)

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Data impor maleic anhydride di Indonesia ... 3

Tabel 1.2 Daftar pabrik maleic anhydride dengan bahan baku butana ... 4

Tabel 1.3 Daftar pabrik dengan kapasitas LPG ... 5

Tabel 1.4 Perbandingan bahan baku ... 7

Tabel 1.5 Perbandingan proses antara benzena dan butana ... 8

Tabel 1.6 Sifat fisis udara ... 11

Tabel 2.1 Neraca massa pipa pencampur ... 28

Tabel 2.2 Neraca massa furnace ... 28

Tabel 2.3 Neraca massa reaktor ... 28

Tabel 2.4 Neraca massa absorber ... 29

Tabel 2.5 Neraca massa stripper ... 29

Tabel 2.6 Neraca massa prilling tower ... 30

Tabel 2.7 Neraca massa separator-01... 30

Tabel 2.8 Neraca massa separator-02... 31

Tabel 2.9 Neraca massa CO-converter ... 31

Tabel 2.10 Neraca massa total ... 32

Tabel 2.11 Neraca panas kompresor-01 ... 33

Tabel 2.13 Neraca panas pipa pencampur ... 33

Tabel 2.14 Neraca panas furnace ... 34

Tabel 2.15 Neraca panas reaktor ... 34

Tabel 2.16 Neraca panas heat exchanger-01 ... 35

Tabel 2.17 Neraca panas absorber-01 ... 35

Tabel 2.20 Neraca panas stripper ... 36

Tabel 2.21 Neraca panas kondensor-01 ... 37

(13)

xiii

Tabel 2.24 Neraca panas kondensor-02 ... 38

Tabel 2.25 Neraca panas separator-01 ... 38

Tabel 2.27 Neraca panas separator-02 ... 39

Tabel 2.28 Neraca Panas CO-Converter ... 40

Tabel 3.1 Spesifikasi tangki ... 51

Tabel 3.2 Spesifikasi separator ... 52

Tabel 3.3 Spesifikasi kompresor ... 52

Tabel 3.4 Spesifikasi filter ... 55

Tabel 3.5 Spesifikasi exchanger ... 55

Tabel 3.6 Spesifikasi kondensor ... 56

Tabel 3.7 Spesifikasi pompa ... 57

Tabel 4.1 Kebutuhan air domestik ... 68

Tabel 4.2 Kebutuhan air untuk steam ... 68

Tabel 4.3 Kebutuhan air pendingin ... 69

Tabel 4.4 Kebutuhan air secara kontinyu ... 71

Tabel 4.5 Kebutuhan air secara total ... 71

Tabel 4.6 Pendingin downterm A... 72

Tabel 4.7 Kebutuhan listrik ... 72

Tabel 4.8 Kebutuhan bahan bakar ... 73

Tabel 4.9 Pompa pada unit utilitas ... 85

Tabel 5.1 Jadwal hari dan jam kerja karyawan shift ... 100

Tabel 5.2 Jumlah karyawan dan gaji ... 102

Tabel 6.1 Indeks harga alat ... 112

Tabel 6.2 Fixed capital investment ... 114

Tabel 6.3 Working capital ... 115

Tabel 6.4 Manufacturing cost ... 115