NASKAH PUBLIKASI Pra Perancangan Pabrik Dibutyl Phthalate Dari Phthalic Anhydride Dan N-Butanol Dengan Katalis Asam Sulfat Kapasitas 10.000 Ton Per Tahun.

(1)

NASKAH PUBLIKASI

PRARANCANGAN PABRIK

DIBUTYL PHTHALATE DARI PHTHALIC ANHYDRIDE DAN N-BUTANOL DENGAN KATALIS ASAM SULFAT

KAPASITAS 10.000 TON PER TAHUN

Oleh : Puput Eka Suryani

D 500 090 025 Dosen Pembimbing

1. Ir. Nur Hidayati, M.T., Ph.D. 2. Ir. Haryanto AR., M.S.

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

(2)

(3)

(4)

HALAMAN PENGESAHAN

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK KIMIA

NAMA : Puput Eka Suryani

NIM : D 500 090 025

JUDUL TPP : Prarancangan Pabrik Dibutyl Phthalate dari Phthalic

Anhydride dan N-Butanol dengan Katalis Asam Sulfat

Kapasitas 10.000 Ton/Tahun

DOSEN PEMBIMBING : 1. Ir. Nur Hidayati, M.T., Ph.D

2. Ir. Haryanto, AR., M.S.

Surakarta, Juli 2013

Menyetujui Naskah Publikasi ini :

Dosen pembimbing I

Ir. Nur Hidayati, M.T., Ph.D

(5)

A. PENDAHULUAN

Indonesia merupakan salah satu negara yang masih berkembang. Oleh

karena itu perkembangan di sektor industri terus meningkat setiap tahunnya.

Tidak terkecuali perkembangan industri kimia. Industri kimia di Indonesia sudah

cukup besar namun kebutuhan impor dari luar negeri jumalahnya pun masih

cukup besar. Ketergantungan Indonesia terhadap impor luar negeri harus

diimbangi dengan peningkatan di sektor industri kimia. Salah satu akibat apabila

nilai impor lebih tinggi dibandingkan nilai ekspor yaitu berkurangnya devisa

negara. Fakta lain menunjukkan bahwa Indonesia memiliki kekayaan diantaranya

sumber daya alam dan sumber daya manusia yang sangat melimpah. Sehingga

untuk mengatasi ketergantungan terhadap produk impor salah satunya yaitu

dengan mendirikan pabrik kimia untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri dan

juga sebagai salah satu solusi untuk menyediakan lapangan pekerjaan.

Sejauh ini banyak industri kimia yang tidak hanya memproduksi bahan jadi,

namun ada pula industri yang mengolah bahan mentah menjadi bahan

intermediate. Langkah tersebut merupakan salah satu cara untuk mengurangi

ketergantungan terhadap luar negeri. Pemerintah telah memprioritaskan

pembangunan di sektor industri, tidak terkecuali industri yang diharapkan dapat

merangsang berdirinya industri lain. Sehingga dapat saling berkesinambungan

satu sama lain. Industri tersebut antara lain industri kimia, plastik, farmasi,

kosmetik, dll.

Plasticizer merupakan aditif yang digunakan untuk meningkatkan plastisitas

atau fluidilitas material. Pada umumnya plasticizer digunakan untuk plastik,

khususnya yaitu untuk PVC (Polyvinyl chloride). Sifat bahan lainnya juga akan

meningkat apabila ditambahkan plasticizer, seperti beton, tanah liat dan produk

terkait. Pada tahun 2000 diperkirakan bahwa produksi plasticizer telah mencapai

beberapa juta ton per tahun. Hampir 90% dari pasar plasticizer digunakan untuk

PVC, karena plasticizer dapat meningkatkan fleksibilitas dan daya tahan

(6)

Besarnya plasticizer yang ditambahkan bervariasi, tergantung pada besarnya

efek yang diperlukan. Misalnya penambahan sedikit plasticizer digunakan hanya

untuk meningkatkan kemampuan kerja pada lelehan polimer. Hal ini pasti berbeda

apabila penambahan dalam jumlah yang lebih banyak. Saat ini telah terdapat

sekitar 3000 plasticizer dalam manufacture, dan ada sekitar 100 plasticizer yang

telah menjadi komoditas penting.

A. PERANCANGAN KAPASITAS

Data impor kebutuhan dibutyl phthalate Indonesia diperoleh dari Biro

Pusat Statistik (BPS) dari tahun 2007 sampai 2011. Data tersebut dapat dilihat

pada tabel 1.1.

Tabel 1.1. Data Impor Kebutuhan Dibutyl Phthalate di Indonesia 2007-2001

No. Tahun Kebutuhan (ton)

1. 2007 1.305,827

2. 2008 3.886,947

3. 2009 1.052,693

4. 2010 1.157,668

5. 2011 4.945,923

Dari data di atas, maka kapasitas pabrik pada tahun elevasi dapat

diperkirakan akan meningkat hingga 10433,721 ton. Sampai saat ini telah terdapat

pabrik di Indonesia yang memproduksi dibutyl phthalate, yaitu PT. Indo Polimer

dengan kapasitas 7.200 ton/tahun dan PT. Buana Chemical Industri dengan

kapasitas 30.000 ton/tahun(Indochemical’CIC’,2002). Dan dapat ditetapkan

kapasitas pabrik yaitu sebesar 10.000 ton/tahun. Dengan pemilihan kapasitas

tersebut diharapkan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri. Berdasarkan faktor

(7)

sarana komunikasi, maka lokasi pabrik ditetapkan di Gresik, Jawa Timur.

Sehingga dengan pertimbangan tersebut dapat menjaga keuntungan pabrik baik

dari segi teknis maupun ekonomis.

B. PROSES PEMBUATAN DIBUTYLPHTHALATE

Proses pembuatan dibutyl phthalate dalam manufacture menggunakan

proses esterifikasi. Proses esterifikasi merupakan proses penambahan butanol

dalam reaksi tersebut. dibutyl phthalate merupakan hasil reaksi antara phthalic

anhydride dan 2 molekul n-butanol, katalis dalam reaksi ini adalah H2SO4. Reaksi

berlangsung pada reaktor yang bersuhu 140˚C dan tekanan 1 atm. Perbandingan

umpan phthlatic anhydride dan butanol yaitu 1 : 2,5. Phthalic anhydride yang

berupa padatan dileburkan pada Melting Tank, kemudian dicampur dengan

butanol dan katalis H2SO4, selanjutnya reaksi terjadi pada reaktor. Proses

pemurnian produk terjadi pada menara distilasi-02, hasil atas menara distilasi akan

dikembalikan pada menara distilasi-01 untuk dimurnikan dan direcycle kembali.

Sedangkan hasil bawah menara distilasi-02 merupakan produk dengan kemurnian

99%. Pengotor-pengotor yang bersifat volatile dipindahkan dalam fase uap yang

kemudian dikondensasikan (Keyes,1975).

C. TINJAUAN KINETIKA

Reaksi pembentukkan dibutyl phthalate merupakan reaksi esterifikasi orde

dua yang melalui dua tahap. Persamaan konstanta kecepatan reaksi dtentukan dari

percobaan atau eksperimen. Berikut merupakan persamaan konstanta kecepatan

reaksi (Groggins, 1980) :

(8)

Proses pembentukkan dibutyl phthalate terjadi melalui dua tahap, berikut

merupakan tahap reaksi pembentukkan dibutyl phthalate :

1. Tahap Pertama

O

C COOC4H9

C6H4 O + C6H4OH C6H4

C COOH

O

1.

Gambar 1.1 Reaksi Pembentukan Monoester

Reaksi diatas dapat terjadi karena ada pemanasan, sehingga monoester dapat

mudah terjadi.

2. Tahap Kedua

COOC4H9 COOC4H9

C6H4 + C6H4OH C6H4 + H2O

COOH COOC4H9

Monoester Butanol Dibutyl Phthalate Air

Gambar 1.2 Reaksi Pembentukan Dibutyl Phthalate

Pada tahap kedua selain membentuk dibutyl phthalate reaksi tersebut

juga menghasilkan air. Reaksi esterisikasi diatas berlangsung lama dan

membutuhkan temperature tinggi serta katalis.

Aktivitas ion hydrogen suatu asam mineral pada kedua reaksi di atas

terjadi melalui formasi kompleks pelarut alkohol dalam suatu proses esterifikasi

(Fessenden, 1984).

(9)

D. KEGUNAAN PRODUK

Adapun kegunaan dibutyl phthalate antara lain (Greenfact, 2013) :

a. Plasticizer pada vernis nitroselulosa

b. Pengencer pada industri pasta gigi

c. Pelapis film dan fiber glass

d. Pelapis kertas

e. Pelarut pada industri tekstil

f. Pelarut untuk pembuatan parfum

E. TINJAUAN PROSES SECARA UMUM

Proses produksi dibutyl phthalate secara umum yaitu phthalate

anhydride yang berupa padatan dicairkan di dalam melting tank, dan selanjutnya

di masukkan ke dalam reaktor setelah dicampur dengan butanol dan asam sulfat.

Reaksi dalam reaktor berlangsung pada suhu 140˚C dan tekanan 1 atm, reaksi

tersebut merupakan reaksi esterifikasi. Hasil reaksi terdiri dari dua fase yaitu fase

gas dan fase cair. Fase cair hasil reaksi keluar dari reaktor bagian bawah dan

dinetralisasikan dengan NaOH dalam neutralizer. Sedangkan fase uap keluar dari

reaktor bagian atas dan selanjutnya dimurnikan pada menara distilasi. Proses

pemisahan filtrat dengan endapan terjadi pada decanter. Proses pemurnian produk

terjadi pada menara distilasi dua, keluaran bawah menara distilasi dua merupakan

produk yaitu dibutyl phthalate. Sedangkan keluaran atas MD-01 akan direcycle.

F. DIAGRAM ALIR

Diagram alir proses pembuatan dibutyl phthalate dapat dilihat pada

(10)

(11)

Melting

(12)

G. SPESIFIKASI ALAT UTAMA PROSES

Berikut ini merupakan spesifikasi alat proses produksi dibutyl phthalate.

1. Melting Tank

Kode : M-01

Fungsi : Melarutkan phthalic anhydride dengan H2SO4 dan

butanol

Jumlah : 1

Kondisi Operasi

Tekanan : 1 atm

Temperatur : 140˚C

Bahan : Stainless Steel SA 316

Shell

Diameter Shell : 3,048 m

Tinggi Shell : 0,9144 m

Tebal Shell : 0,14 in

Head

Jenis : Flanged dhised head

Tebal Head : 0,129 in

Pengaduk

Jenis : Flat Blade Turbine Impeller dengan 6 Blade

Jumlah : 1

Kecepatan : 36,478 rpm

Diameter :1,016 m

Motor : 2,5 Hp

Baffle

Jumlah : 4 buah

Lebar : 0,084 m

Spesifikasi Pemanas

Diameter Jaket : 3,055 m

Tinggi Jaket : 0,759 m

(13)

Harga : US $ 309.030,325

2. Reaktor

Kode : R-01

Fungsi : Tempat Reaksi pembentukan dibutyl phthalate

Jumlah : 1

Kondisi Operasi

Tekanan : 1 atm

Temperatur : 140˚C

Shell

Head

Jenis : Reaktor alir berpengaduk

Pengaduk

Jumlah : 1

Diameter :0,776 m

Motor : 5,5 Hp

Baffle

Jumlah : 4 buah

Lebar : 0,084 m

Spesifikasi Pemanas

Diameter Jaket : 2,336 m

Tinggi Jaket : 2,329 m

Tebal dinding jaket : 91,686 in

(14)

3. Netralizer

Kode : R-02

Fungsi : Menetralisasikan asam sulfat yang masih

terkandung

Jumlah : 1

Kondisi Operasi

Tekanan : 1 atm

Temperatur : 50˚C

Shell

Head

Jenis : Torisperical Dished Head

Pengaduk

Jumlah : 1

Diameter :0,376 m

Motor : 2 Hp

Baffle

Jumlah : 4 buah

Lebar : 0,188 m

Harga : US $ 309.030,325

4. Decanter

Kode : D-01

Fungsi : Memisahkan campuran hingga menjadi dua

lapisan

(15)

Kondisi Operasi

Tekanan : 1 atm

Temperatur : 50˚C

Shell

LebarShell : 3,325 m

Head

Harga : US $ 34.127,696

5. Menara Distilasi

Kode : T-02

Tugas : Memisahkan hasil atas D-01 sebanyak 1521,856

kg/jam

Jenis Alat : Menara Distilasi Sieve Tray

Kondisi Operasi

Umpan : P = 1,00 atm , T = 165,266oC

Puncak : P = 1,00 atm , T = 125,608 oC

Dasar : P = 1,00 atm, T = 319,000 oC

Spesifikasi

Bahan : Stainless steel

Shell

ID shell : 2,390 m

Tebal shell : 3/16 in

Tinggi : 2,228 m

Head

Tebal head : 3/16 in

(16)

Jenis : Sieve Tray

Susunan holes : Triangular pitch

Diameter holes : 5 mm

Tray spacing : 0,45 m

Jumlah : 5 buah

Harga : US $ 5170

6. Menara Distilasi

Kode : T-01

Fungsi : Memisahkan campuran hasil atas reaktor dan

MD-02 sebanyak 383,055 kg

Jumlah : 1

Jenis Alat : Menara Distilasi Sieve Tray

Kondisi Operasi

Umpan : P = 1,00 atm , T = 115oC

Puncak : P = 1,00 atm , T = 100oC

Dasar : P = 1,00 atm, T = 128oC

Spesifikasi

Bahan : Stainless steel

Shell

ID shell : 2,389 m

Tebal shell : 3/16 in

Tinggi : 17,693 m

Head

Tebal head : 3/16 in

Tray

Jenis : Sieve Tray

Susunan holes : Triangular pitch

Diameter holes : 5 mm

Tray spacing : 0,45 m

(17)

Harga : US $ 97.277

Harga : US $ 5.170

H. ANALISIS EKONOMI

Pabrik dibutyl phthalate ini memerlukan modal tetap Rp 8.662.473.232,30

per tahun, modal kerja Rp 171.552.629.143,51 per tahun. Dari analisis ekonomi

terhadap pabrik ini menunjukkan keuntungan sebelum pajak Rp

24.320.976.769,63 per tahun, keuntungan setelah pajak Rp 17.024.683.738,74 per

tahun. Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak 28,08% dan setelah

pajak 19,65%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak selama 2,62 tahun dan setelah

pajak 3,37 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 48,83%, dan Shut Down Point

(SDP) sebesar 30,61%. Nilai IRR berdasarkan perhitungan Discounted Cash Flow

(DCF) terhitung sebesar 19,7%. Adapun untuk gambar analisis dapat dilihat

sebagai berikut :

Gambar 4. Analisis Ekonomi

100,0; 8,7

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0

M

Kapasitas Pabrik per tahun (%)

Sa

Fa

Va

(18)

I. KESIMPULAN

Pabrik dibutyl phthalate yang berkapasitas 10.000 ton/tahun merupakan

pabrik beresiko rendah. Hal ini karena pabrik beroperasi pada temperatur 140˚C

dengan tekanan atmosferis. Berikut merupakan hasil perhitungan dari analisis

kelayakan :

Keuntungan Sebelum Pajak = Rp 24.320.976.769,63

Keuntungan Setelah Pajak = Rp 17.024.683.738,74

Return Of Invesment

ROI sebelum pajak = 28,08%

ROI setelah pajak = 19,65%

1. Pay Out Time

Pay Out Time sebelum pajak = 2,62 tahun

Pay Out Time setelah pajak = 3,37 tahun

Pay Out Time pabrik beresiko rendah yaitu maksimal 5 tahun

(Aries & Newton,1955)

2. BEP

Diperoleh nilai BEP sebesar = 48,83%

3. SDP

Diperoleh nilai SDP sebesar = 30,61%

4. DCF

Diperoleh nilai IRR-DCF sebesar = 19,7%

Berdasarkan hasil analisis di atas maka pabrik dibutyl phthalate yang

(19)

DAFTAR PUSTAKA

Aries, R.S., and Newton, R.D, 1955, Chemical Engineering Cost Estimation, Mc.

Graw Hill Book Company, New York.

Biro Pusat Statistik, 2007-2011, Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia.

Jakarta.

Fessenden, Fessenden,1988, Principles of Organic Chemistry, 4td edition,

McGRAW-HILL KOGAKHUSA, LTD., New York.

Grogins., P.H, 1980, Unit Process In Organic Svnthesis, 5th Mc Graw Hill Book

co. Inc., New York.

Keyes, Faith, and Clark, 1975, Industrial Chemical, 4th Edition, John Wiley and

Sons Inc., New York.

http://en.wikipedia.org/wiki/Butanol

http://en.wikipedia.org/wiki/Phthalic_anhydride

http://en.wikipedia.org/wiki/Sodium_hydroxide