NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK FORMALDEHIDA Prarancangan Pabrik Formaldehida Dengan Proses Katalis Perak Kapasitas 20.000 Ton/Tahun.

(1)

NASKAH PUBLIKASI

PRARANCANGAN PABRIK FORMALDEHIDA

DENGAN PROSES KATALIS PERAK

KAPASITAS 20.000 TON/TAHUN

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Kesarjanaan Strata 1 Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Oleh :

Agus Nur Arifin

D 500 050 014

Dosen Pembimbing :

Dr. Ir. H. Ahmad M. Fuadi, M.T.

Ir.Haryanto AR, M.S

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

(2)

(3)

(4)

(5)

INTISARI

Formaldehida merupakan senyawa gugus aldehida yang paling sederhana dan memiliki nilai sangat strategis. Dalam dunia industri kimia, banyak sektor industri kimia yang menggunakan formaldehida sebagai bahan pendukung untuk pembuatan produk lain. Formaldehida dapat dimanfaatkan secara langsung sebagai bahan pengawet, desinfektan, atau digunakan sebagai bahan intermediet

pada pembuatan urea formaldehida, melamin formaldehida dan phenol

formaldehida. Formaldehida ini diproduksi dengan bahan baku metanol dan udara. Pendirian pabrik formaldehida dengan proses katalis perak ini direncanakan berkapasitas 20.000 ton / tahun dan didirikan di kawasan industri Bontang, Kalimantan Timurpada tahun 2015.

Proses pembuatan formaldehida dengan proses katalis perakdibagi mejadi tiga tahap, yaitu persiapan bahan baku, pembentukan produk, dan pemurnian produk. Tahap pertama, 1.183,1721 kg/jam metanol diuapkan terlebih dahulu menggunakan vapourizer (Vp-01) sebelum dicampur dengan 9.940,4827 Kg/jam udara. Setelah metanol menjadi fase gas, bersamaan dengan udara dimasukan kedalam reaktor fixed bed multitube yang mana sebelumnya dinaiikan terlebih dahulu pada suhu 600C tekanan 1,2 atm. Didalam reaktor terjadi reaksi yang bersifat eksotermis, irreversible, non isotermal, dan non adiabatis dengan media pendingin moltensalt. Setelah proses pembentukan reaksi produk terjadi, produk dikeluarkan dari reaktor (R-01) pada suhu 616.3897C. Tahap terakhir yaitu tahap pemurnian produk. Sebelum pemurnian produk dengan absorber (Ab-01), produk keluaran reaktor terlebih dahulu diturunkan suhunya menjadi 35oC agar sesuai dengan suhu operasi di absorber. Didalam absorber produk keluaran reaktor dimurnikan dengan 1.134,0354 kg/jam air. Sebanyak 2.525,2525 kg/jam hasil

bawah absorber merupakan produk formaldehida yang diinginkan, dan

9.732,4377 kg/jam hasil atas absorber gas CH3OH, H2O, O2, N2, H2 dan CH2O.

Pabrik formaldehida ini direncanakan beroperasi 330 hari/tahun dengan

jumlah karyawan sebanyak 135 orang dengan modal tetap

Rp.129.369.308.314,95 dan modal kerja Rp. 10.594.996.139,01. Dari analisis kelayakan diperoleh Percent Return On Invesment (ROI) sebelum pajak 41,7200% dan setelah pajak 29,2040%. Pay Out time (POT) sebelum pajak 1,9330 tahun dan setelah pajak 2,5510 tahun. Break Event Point (BEP) sebesar 42,18% dan Shut Down Point (SDP) sebesar 26,22%. Discounted cash Flow

(6)

Pendahuluan

Sektor industri saat ini berperan besar dalam meningkatkan kemajuan

suatu Negara. Salah satu sektor industri tersebut adalah sektor industri kimia. Di

Indonesia saat ini, sektor industri kimia mengalami pertumbuhan yang signifikan

dengan ditandai banyak berdirinya perusahaan atau pabrik-pabrik berbasis industri

kimia.

Salah satu industri kimia tersebut adalah industri formaldehida.

Formaldehida adalah senyawa dari gugus aldehid yang paling sederhana dan

memiliki nilai strategis dalam perkembangan dunia industri, karena banyak sektor

industri lain yang menggunakan formaldehida sebagai bahan bakunya. Kegunaan

formaldehida 37% sendiri sebagai bahan baku turunan formaldehida sendiri

seperti urea formaldehida, resin formaldehida, melamin formaldehida, dan penol

formaldehida.

Saat ini kebutuhan akan formaldehida dalam negeri tidak sebanding dengan

produksi dalam negeri, sehingga pemerintah membutuhkan impor dari luar negeri.

Hal ini dapat terlihat dari kebutuhan impor formaldehida dari tahun 2001–2005

berdasarkan data impor BPSI (Biro Pusat Statistik Indonesia).

Table 1.1 Daftar Kebutuhan Impor Formaldehida Indonesia Dari Tahun

2001 - 2006

No. Tahun Kebutuhan impor (ton/tahun)

1 2001 3.132,090

2 2002 3.446,745

3 2003 4.175,261

4 2004 5.001,957

5 2005 9.089,312

6 2006 10.068,260

Untuk itu dibutuhkan pendirian pabrik formaldehida baru dengan kapasitas

20.000 ton/tahun yang dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri.

Dasar Reaksi

Proses pembentukan formaldehida dengan katalis perak didasarkan

pada reaksi oksidasi. Reaksinya adalah sebagai berikut :

(7)

CH3OH(g) CH2O(g) + H2(g) ………..2

Reaksi diatas berlangsung di dalam reaktor fixed bed multitube pada

temperatur 590o-650oC dan tekanan atmospheris dengan perbandingan mol

antara metanol dan udara adalah 1 : 2 (Kirk and Othmer, 1996).

Tinjauan Termodinamika

Tabel 1. Data Panas Pembentukan dan Energi Gibbs

Komponen ∆Hfo (Kj/mol) ∆Gfo (Kj/mol)

CH2O -115,9 -109,91

CH3OH -201,17 -162,51

H2O -241,8 -228,6

H2 0 0

O2 0 0

( Yaws, 1999 )

Reaksi I

CH3OH (g) + ½ O2 (g) CH2O(g) + H2O (g) ...4

∆Hro = ΔHfoproduk–ΔHforeaktan ...5

ΔHro = (∆Hfo CH2O + ∆Hfo H2O) - (∆Hfo CH3OH +(1/2 ∆Hfo O2))

= (-115,9 + (-241,8)) - (-201,17 + 0) ΔHro = -156,53 kJ/mol

Reaksi II

CH3OH (g) CH2O (g) + H2 (g) ...6

ΔHro = ΔHfoproduk–ΔHforeaktan ...7

ΔHro = (∆HfoCHOH+ ∆Hfo H2) - (∆Hfo CH3OH)

= (-115,9 + (0)) - (-201170 ) ΔHro = +85,27 kJ/mol

Pada reaksi pertama terjadi reaksi eksotermis dan pada reaksi kedua

terjadi reaksi endotermis. Namun demikian, secara keseluruhan reaksi yang

berlangsung adalah reaksi eksotermis. (Kirk and Othmer, 1994)

Untuk harga K didapatkan :

∆Go = ∆Gfoproduk - ∆Gforeaktan ...8

(8)

= (-109,91 + -228,6) – (-162,51 + 0)

Jadi reaksinya adalah reaksi irreversible karena harga K yang didapat

sangat besar (Smith dan Van Ness, 1996).

Tinjauan Kinetika

Persamaan kinetika reaksi pembentukan formaldehida adalah sebagai

berikut :

Harga konstanta kecepatan reaksi kimia adalah sebagai berikut :

CH3OH + ½ O2 CH2O + H2O ...11

CH3OH CH2O + H2 ...12

Dimana : kS = 0,032 exp (6300 / T)

km = 14,7 exp (-7050/T) (Mezaki and Inoue, 1989)

Langkah Proses

Proses produksi formaldehida dibagi menjadi 3 tahap yaitu :

1. Tahap penyiapan bahan baku

Pada tahap ini terdapat 2 tahap penyiapan yaitu tahap penyiapan

bahan baku metanol dan udara. Untuk metanol pertama-tama metanol cair

dari tangki penyimpanan (F-01) (T = 35oC, P = 1 atm) dipompa menuju ke

vaporizer (V-01). Didalam vaporizer, metanol cair diubah fasenya menjadi

gas sampai titik didihnya menjadi 70,10oC dengan tekanan 1 atm. Selanjutnya

produk hasil dari vaporizer dialirkan ke separator (H-01) untuk dipisahkan

antara cairan dan uap. Produk atas dari separator (L-01) yang berupa gas

(9)

bawah separator (L-01) yang berupa cairan dikembalikan sebagai campuran

umpan untuk vaporizer (V-01). Sedangkan untuk udara diperoleh dari alam

dengan cara diserap menggunakan blower (G-01) pada tekanan 1,2 atm dan

suhu 35oC. Selanjutnya udara dialirkan ke heat exchanger (E-01) untuk

dinaikkan suhunya menjadi 170oC.

Udara hasil keluar heat exchanger (E-01) selanjutnya di umpankan

bersama-sama dengan uap metanol kedalam reaktor (R-01). Tetapi

sebelumnya, campuran metanol dan udara tersebut dinaikkan suhunya hingga

mencapai 600oC dengan menggunakan furnace (Q-01). Umpan keluar dari

furnace selanjutnya di turunkan tekanannya dari 2,78 atm menjadi 1,2 atm

dengan menggunakan expander (Exp-01) sebelum masuk ke reaktor (R-01)

sebagai umpan.

2. Tahap pembentukan produk

Umpan campuran metanol dan udara pada suhu 600oC dan tekanan

1,2 atm diatas selanjutnya direaksikan didalam reaktor fix bed multitube yang

telah diisi katalis perak. Reaksi yang terjadi didalam reaktor berlangsung

dalam fase gas dan bersifat irreversible, eksotermis, non-adiabatis, dan

non-isothermal. Untuk mengurangi panas yang dihasilkan, maka digunakan

pendingin Moltensalt untuk mengurangi suhu pada reaktor. Produk hasil

reaksi, selanjutnya dikeluarkan dari reaktor (R-01) dengan suhu 616,39oC.

3. Tahap pemurnian produk

Produk reaktor yang keluar dari reaktor tidak langsung didinginkan di

cooler (E-03), melainkan diturunkan dahulu suhunya dengan memanfaatkan

panasnya yang tinggi yaitu 616oC. Panas produk reaktor digunakan untuk

memanaskan umpan udara dengan melewatkannya di heat exchanger (E-01),

sehingga panas produk reaktor turun dari 616,39oC menjadi 486,28oC.

Selanjutnya panas dari produk reaktor dimanfaatkan lagi untuk membuat

steam di waste heat boiler (E-02), sehingga panas dari produk reaktor turun

dari 486,28oC menjadi 484,37oC.

Produk reaktor yang keluar dari waste heat boiler selanjutnya

(10)

yang dibutuhkan untuk umpan absorber. Setelah itu produk reaktor yang

keluar dari cooler (E-03) dialirkan menuju ke absorber (D-01) dengan suhu

35oC dan tekanan 1,0029 atm. Didalam absorber (D-01) formaldehida diserap

dengan menggunakan media penyerap air. Hasil atas yang berupa gas yaitu

oksigen, nitrogen, dan sedikit H2O, CH3OH, dan CHOH digunakan sebagai

bahan bakar furnace (Q-01) dan selebihnya dijual. Sedangkan untuk hasil

bawah yang berupa larutan formaldehida 37%, selanjutnya dialirkan menuju

tangki penampungan (F-02) dengan menggunakan pompa (L-03) untuk

selanjutnya siap dipasarkan.

Spesifikasi Alat Dan Bahan

1. Tangki penyimpan bahan baku metanol

Kode : F-01

Fungsi : menampung metanol selama 7 hari

Tipe : silinder vertical dengan flat bottom dan head conical roof

Volume : 80.954,1030 gal

Jumlah : 1 buah

2. Tangki penyimpan produk formaldehida

Kode : F-02

Fungsi : menampung formaldehida selama 7 hari

Tipe : silinder vertical dengan flat bottom dan head conical roof

Volume : 129.171,6528 gal

Jumlah : 1 buah

3. Blower

Kode : G-01

Fungsi : menaikkan tekanan udara dari 1 atm menjadi 1,2 atm dan

mengalirkan udara ke reaktor

Tipe : sentrifugal 1 stage

Kapasitas : 882.952,3741 m3/jam

Daya : 3 Hp

4. Vaporizer

(11)

Fungsi : menguapkan metanol sebelum masuk reaktor

Tipe : heat exchanger double pipe

Panjang pipa : 12 ft

Luas permukaan : 88,0320 ft2

5. Separator

Kode : H-01

Fungsi : memisahkan antara cairan dan uap metanol dari vaporizer

Tipe : vertical drum

Volume : 1,2001 m3

Diameter : 30 in

6. Heat exchanger

Kode : E-01

Fungsi : memanaskan udara

7. Waste heat boiler (WHB)

Kode : E-02

Fungsi : membuat steam

8. Expander

Kode : Ex

Fungsi : menurunkan tekanan dari 2,7976 atm menjadi 1,2 atm

Tipe : single stage dan sentrifugal

Laju alir : 2,718 m3/s

Daya : 50 Hp

9. Furnace

Kode : Q-01

(12)

Tipe : box

Qduty : 5,5469 MMBTU/jam

10. Reaktor

Kode : R-01

Fungsi : mereaksikan CH2OH dengan O2 menjadi CHOH

Tipe : fixed bed multitube

Jenis : reaktor katalitik non adiabatic dan non isothermal

Suhu : 600-616,38970C

Tekanan : 1,2 atm

Katalis : perak (Ag)

Volume : 2.213,7512 galon

Tinggi total : 5,1657 m

Jumlah : 1 buah

11. Absorber

Kode : D-01

Fungsi : menyerap formaldehida dengan menggunakan air

Tipe : packed tower

Suhu : 350C

Tekanan : 1 atm

12. Cooler

Kode : E-03

Fungsi : mendinginkan produk reaktor dari suhu 484,360C menjadi 350C

Tipe : heat exchanger shell and tube

Panjang tube : 16 ft

Luas permukaan : 2.257,6438 ft2

Jumlah tube : 719 buah

Analisi Ekonomi

Berdasarkan hasil analisis ekonomi didapatkan bahwa pendirian pabrik

formaldehida membutuhkan modal investasi sebesar Rp.129.369.308.314,95 dan

biaya produksi sebesar Rp. 136.164.709.711,37. Analisis ekonomi terhadap pabrik

(13)

keuntungan setelah pajak Rp.37.781.157.297,94 pertahun. Percent Return On

Invesment (ROI) sebelum pajak 41,7200% dan setelah pajak 29,2040%. Pay Out

time (POT) sebelum pajak 1,9330 tahun dan setelah pajak 2,5510 tahun. Break

Event Point (BEP) sebesar 42,18% dan Shut Down Point (SDP) sebesar 26,22%.

Discounted cash Flow (DCF) terhitung sebesar 47,11%.

Gambar 1. Grafik Kelayakan Analisis Ekonomi

Kesimpulan

Dari hasil analisa ekonomi dapat diambil kesimpulan bahwa :

1) Percent Return on Investment sebelum pajak = 41,72% dan sesudah pajak =

29,20%. Batas minimum Percent ROI pabrik resiko rendah 20%

2) Pay Out Time sebelum pajak = 1,9330 tahun dan sesudah pajak =

2,5510 tahun. Batas maksimum POT pabrik resiko rendah = 5 tahun

3) Break Even Point = 41,18 %. Syarat BEP untuk pabrik kimia antara 40-60%

4) Shut Down Point = 26,22 %. Syarat SDP untuk pabrik kimia minimal 25%

5) Discounted cash Flow adalah 47,11 %

Dari hasil evaluasi ekonomi di atas Pabrik Formaldehid dengan proses

Katalis Perak kapasitas 20.000 ton/tahun layak untuk didirikan.

(14)

DAFTAR PUSTAKA

Agra, S., 1989, Kinetika dan Katalis, Universitas Gadjah Mada

Anonim, 2003, matches process Equipment Cost Estimate,

http://www.matche.com/ , Diakses tanggal 25 September 2013, jam

13.43 WIB

Anonim, 2009, Chemichal price, http://www.icis.com/, diakses tanggal 25

September 2013, jam 13.46 WIB

Anonim, 2009, Formaldehyde and Adhesive Resin, http://www.ikah.dprin.go.id/,

diakses tanggal 19 Januari 2013, jam 12.26 WIB

Anonim, 2013, Silver Catalyst, www.allgemeine-gold.de, diakses tanggal 31

Oktober 2013, jam 12.26 WIB

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

McGraw-Hill Book Company, New York.

Badan Pusat Statistik, 2001-2005, Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia,

Export-Import, Jakarta

Brown, G.G., Et.All., 1950, Unit Operation, Modern Asia ed, John Willey and

Sons Inc., New York

Brownell, L.E. and Young, E.H., 1959, Process Equipment Design Vessel Design,

Michigan.

Coulson, J.M. and Richarson, J.F., 1983, Chemical Engineering, vol. 6,

Pergamon Press Ltd, New York.

Fogler, H.S., 1999, Elements of Chemical Reaction Engineering, 3rd edition,

Prentice Hall P.T.R, New Jersey.

Kern, D.Q., 1950, Process Heat Transfer, McGraw Hill International Book

Company, Singapura.

Kirk, R.E. and Othmer, V.R., 1993, Encyclopedia of Chemical Technology, vol.5

Carbon & Graphite Fibers to C1-Chlorocarbons, 4th ed., John Wiley &

(15)

Flavor Characterization to Fuel Cells, 4th ed., John Wiley & Sons Inc.,

New York.

Mass Transfer to Neuroregulators, 4th ed., John Wiley & Sons Inc., New

York.

Nickel & Nickel Alloys to Paint, 4th ed., John Wiley & Sons Inc., New

York.

Vitamins to Zone Refining, 4th ed., John Wiley & Sons Inc., New York.

Mc Ketta, J.J. and Cunningham, D.F., 1976, Encyclopedia of Chemical

Processing and Design, vol.11, Marcel Pekker, New York, p. 350-370.

Mezaki, R. and Inoue, H, 1991, Rate Equation of Solid Catalyzed Reaction,

University of Tokyo Press, Tokyo, p. 218.

MSDS Air pdf, http://s7d9.scene7.com/is/content/minesafetyappliances/10003.

Perry, R.H. and Green, D.W., 1950, Chemical Engineers’ Handbook, 3th ed.,

McGraw Hill Book Company, Tokyo.

Peters, M.S., Timmerhaus, K.D. and West, R.E., 2003, Plant Design and

Economics for Chemical Engineers, 5th ed., Mc-Graw Hill, New York.

Treybal, R.E., 1984, Mass Transfer Operation, 3rd ed., McGraw Hill International

Book Company, Japan.

Ullman’s, 1988, Encyclopedia of Industrial Chemistry, vol.A11 Fibers 5.Synthetic Inorganic to Formaldehyde, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim..

Widiyanti, Arin., 2006,”Daftar 20 Perusahaan Produsen Formalin”. Detik News.

http://news.detik.com/read/2006/01/03/160825/511554/10/daftar-20-perusahaan-produsen-formalin?nd992203605 diunggah 26.09.2013

Yaws, C.L., 1999, Chemical Properties Handbook, McGraw Hill Companies Inc.,

(16)