TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK METIL ETIL KETON DENGAN PROSES DEHIDROGENASI 2-BUTANOL KAPASITAS TON/TAHUN

(1)

DENGAN PROSES DEHIDROGENASI 2-BUTANOL KAPASITAS 75.000 TON/TAHUN

HAMIDA ISHMATU SHOLIKHAH I0517036 RIF’AH ULFATUN HASANAH I0517071

PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2021

commit to user

(2)

ii

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK METIL ETIL KETON DENGAN PROSES DEHIDROGENASI 2-BUTANOL KAPASITAS 75.000 TON/TAHUN

Oleh:

Hamida Ishmatu Sholikah I0517036

Rif’ah Ulfatun Hasanah I0517071

Pembimbing II Pembimbing I

Ir. Arif Jumari, M.Sc. Dr. Ir. Adrian Nur, S.T., M.T.

NIP. 19650315 199702 1 001 NIP. 19730108 200012 1 001

Dipertahankan didepan tim penguji :

1. Dr. Fadilah, S.T., M.T. 1.

NIP. 19720812 200003 2 001

2. Dr. Bregas Siswahjono Tatag Sembodo, S.T., M.T. 2.

NIP. 19711206 199903 1 002

Disahkan

Kepala Program Studi Sarjana Teknik Kimia

Dr. Ir. Adrian Nur, S.T., M.T.

NIP. 19730108 200012 1 001

22-07-2021

commit to user

(3)

iii

LEMBAR KONSULTASI

Tugas Akhir Prarancangan Pabrik Kimia

Nama : 1. Hamida Ishmatu Sholikah (I0517036)

2. Rif’ah Ulfatun Hasanah (I0517071)

Judul TA-PPK : Prarancangan Pabrik Metil Etil Keton dengan Proses Dehidrogenasi 2-Butanol Kapasitas 75.000 Ton/Tahun Tanggal Mulai : 17 Desember 2020

Pembimbing I : Dr. Ir. Adrian Nur, S.T., M.T.

Pembimbing II : Ir. Arif Jumari, M.Sc.

No. Tanggal Konsultasi Paraf

Ket.

Pemb. I Pemb. II 1.

2.

3.

4.

5.

17 Desember 2020 24 Desember 2020

30 Desember 2020

1 Januari 2021

6 Januari 2021

- Konsultasi proposal - Konsultasi detail

kapasitas pabrik - Konsultasi lokasi

pendirian pabrik - Konsultasi target

penjualan dalam negeri

- Konsultasi blok diagram proses - Konsultasi ekonomi

sederhana

- Konsultasi neraca massa

- Konsultasi matlab reaktor

...

commit to user

(4)

iv

Ket.

Pemb. I Pemb. II 6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

13 Januari 2021

27 Januari 2021

3 Februari 2021

10 Februari 2021

17 Februari 2021

25 Februari 2021

26 Februari 2021

3 Maret 2021

10 Maret 2021

- Konsultasi desain reaktor

- Konsultasi desain vaporizer dan separator

- Konsultasi desain reaktor

- Konsultasi desain furnace

- Konsultasi desain kondenser parsial dan separator

- Konsultasi desain kolom distilasi

...

commit to user

(5)

v

Ket.

Pemb. I Pemb. II 16.

17.

18.

19.

20.

21.

17 Maret 2021

25 Maret 2021

1 April 2021

8 April 2021

15 April 2021

22 April 2021

- Konsultasi desain kolom distilasi - Konsultasi tangki

penyimpanan bahan baku dan produk - Konsultasi cooler

MEK

- Konsultasi cooler hidrogen

- Konsultasi kompresor hidrogen

- Konsultasi tata letak peralatan proses - Konsultasi pompa

proses

- Konsultasi pompa proses

- Konsultasi tata letak peralatan proses dan tata letak pabrik - Konsultasi tata letak

pabrik

- Konsultasi pompa proses

- Konsultasi desain heater

...

commit to user

(6)

vi

Ket.

23.

24.

25.

26.

30 April 2021

7 Mei 2021

18 Mei 2021

21 Mei 2021

28 Mei 2021

- Konsultasi unit pengadaan air - Konsultasi pompa

utilitas

- Konsultasi unit pengadaan air - Konsultasi tata letak

peralatan utilitas - Konsultasi utilitas

bahan bakar - Konsultasi PEFD - Konsultasi utilitas

udara tekan dan listrik - Konsultasi tangki

penyimpanan standar - Konsultasi desain

bak limbah - Konsultasi desain

chimney

- Konsultasi PEFD - Konsultasi

manajemen

- Konsultasi ekonomi - Konsultasi ekonomi

...

commit to user

(7)

vii

Ket.

28.

29.

30.

31.

32.

33.

34.

3 Juni 2021

11 Juni 2021 15 Juni 2021

16 Juni 2021

17 Juni 2021

22 Juni 2021

24 Juni 2021

30 Juni 2021

- Konsultasi ekonomi - Konsultasi neraca

panas

- Konsultasi ekonomi - Konsultasi naskah

bab 1

- Konsultasi naskah bab 2

- Konsultasi naskah bab 3

- Konsultasi naskah bab 4 dan bab 5 - Konsultasi naskah

bab 6

- Konsultasi naskah total

...

• Jumlah konsultasi dengan masing-masing pembimbing minimal sebanyak 8 kali untuk dapat dinyatakan selesai.

Dinyatakan selesai Tanggal :

Pembimbing II Pembimbing I

Ir. Arif Jumari, M.Sc. Dr. Ir. Adrian Nur, S.T., M.T.

NIP. 19650315 199702 1 001 commit to user NIP. 19730108 200012 1 001

(8)

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena limpahan rahmat dan kasih-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan Laporan Tugas Akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Metil Etil Keton dengan Proses Dehidrogenasi 2-Butanol Kapasitas 75.000 Ton/Tahun”.

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat, hidayah, bimbingan, petunjuk, dan cinta kasih-Nya yang tiada henti diberikan kepada kami.

2. Ayah dan Ibu serta keluarga tercinta atas doa, dukungan moral dan materialnya.

3. Dr. Ir. Adrian Nur, S.T., M.T. selaku Kepala Program Studi Sarjana Teknik Kimia.

4. Inayati, S.T., M.T., Ph.D. selaku Dosen Koordinator Tugas Akhir.

5. Dr. Ir. Adrian Nur, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing I dan Ir. Arif Jumari, M.Sc. selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan dan arahannya dalam penyelesaian tugas akhir.

6. Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS angkatan 2017.

7. Seluruh pihak yang telah membantu, yang tidak dapat disebutkan satu per satu.

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 dan pembaca sekalian.

Surakarta, Juni 2021

Penulis

commit to user

(9)

ix DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... ii

LEMBAR PENGESAHAN ... iii

LEMBAR KONSULTASI ... iv

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR TABEL ... xiii

DAFTAR GAMBAR ... xv

INTISARI ... xvi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik ... 1

1.2 Kapasitas Perancangan ... 2

1.2.1 Kebutuhan Metil Etil Keton Dalam Negeri ... 2

1.2.2 Kebutuhan Metil Etil Keton Luar Negeri... 3

1.2.3 Ketersediaan Bahan Baku ... 5

1.2.4 Kapasitas Maksimal dan Minimal Pabrik yang Telah Berproduksi 5 1.2.5 Penentuan Kapasitas Pabrik Metil Etil Keton ... 5

1.3 Penentuan Lokasi Pabrik ... 6

1.4 Tinjauan Pustaka ... 9

1.4.1 Macam-Macam Proses ... 9

1.4.2 Tinjauan Proses Secara Umum ... 11

1.4.3 Kegunaan Produk ... 11

1.4.4 Sifat-Sifat Fisis dan Kimia ... 12

BAB II DESKRIPSI PROSES ... 16

2.1 Spesifikasi Bahan Baku, Bahan Pendukung, dan Produk ... 16

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku ... 16 2.1.2 Spesifikasi Bahan Pendukung ... 16 commit to user

(10)

x

2.1.3 Spesifikasi Produk ... 16

2.2 Konsep Dasar Proses ... 17

2.2.1 Dasar Reaksi ... 17

2.2.2 Mekanisme Reaksi ... 17

2.2.3 Kondisi Operasi ... 20

2.3 Tinjauan Termodinamika ... 20

2.4 Tinjauan Kinetika ... 21

2.5 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ... 22

2.5.1 Diagram Alir Kualitatir dan Kuantitatif ... 22

2.5.2 Diagram Alir Proses ... 22

2.5.3 Tahapan Proses ... 25

2.6 Neraca Massa dan Neraca Panas ... 26

2.6.1 Neraca Massa ... 26

2.6.2 Neraca Panas... 27

2.7 Tata Letak Peralatan dan Pabrik ... 28

2.7.1 Tata Letak Peralatan ... 28

2.7.2 Tata Letak Pabrik... 30

BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ... 33

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ... 53

4.1 Unit Pendukung Proses ... 53

4.1.1 Unit Pengadaan Air ... 54

4.1.2 Unit Pengadaan Udara Tekan ... 58

4.1.3 Unit Pengadaan Listrik ... 58

4.1.2 Unit Pengadaan Bahan Bakar ... 63

4.1.5 Unit Pengolahan Limbah ... 64

4.2 Laboratorium ... 66

4.2.1 Laboratorium Analisis Bahan Baku dan Produk ... 68 4.2.2 Laboratorium Penguji Kualitas Air ... 69 commit to user

(11)

xi

4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan ... 69

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ... 70

5.1 Bentuk Perusahaan ... 70

5.2 Struktur Organisasi ... 70

5.3 Tugas dan Wewenang ... 73

5.3.1 Pemegang Saham ... 73

5.3.2 Dewan Komisaris ... 73

5.3.3 Dewan Direksi ... 73

5.3.4 Staf Ahli ... 74

5.3.5 Kepala Bagian... 74

5.3.6 Kepala Divisi ... 78

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 78

5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah ... 79

5.6 Manajemen Produksi ... 82

5.6.1 Perencanaan Produksi ... 83

5.6.2 Pengendalian Produsi ... 83

5.7 Keselamatan dan Kesehatan Kerja ... 84

5.7.1 Keselamatan Kerja ... 84

5.7.2 Kesehatan Kerja ... 86

BAB VI ANALISIS EKONOMI ... 87

6.1 Dasar Perhitungan Analisis Ekonomi ... 87

6.2 Estimasi Harga Peralatan ... 88

6.3 Estimasi Penanaman Modal Total (Total Capital Investment) ... 92

6.3.1 Modal Tetap (Fixed Capital Investment) ... 92

6.3.2 Modal Kerja (Working Capital Investment) ... 93

6.4 Estimasi Biaya Total Produksi ... 94

6.4.1 Biaya Langsung (Direct Cost) ... 94 6.4.2 Biaya Tetap (Fixed Cost) ... 95 commit to user

(12)

xii

6.4.3 Biaya Pengeluaran Umum (General Expanses) ... 95

6.5 Analisis Profitabilitas ... 97

6.5.1 Estimasi Laba Tahunan ... 97

6.5.2 Analisis Profitabilitas Non-Discounted ... 98

6.5.3 Analisis Profitabilitas Discounted ... 101

6.6 Evaluasi Resiko dalam Perhitungan Profitabilitas ... 104

6.6.1 Break Event Point (BEP) ... 104

6.6.2 Shut Down Point (SDP) ... 106

6.6.1 Estimasi Ketidakpastian ... 108

commit to user

(13)

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Impor Metil Etil Keton di Indonesia ... 2

Tabel 1.2 Negara Pengimpor Metil Etil Keton ... 4

Tabel 1.3 Data Pabrik Penghasil Metil Etil Keton di Dunia ... 5

Tabel 1.4 Perbandingan Proses Pembuatan Metil Etil Keton ... 10

Tabel 2.1 Harga ∆H^of Komponen Reaksi pada Suhu 298K ... 21

Tabel 2.2 Harga ∆G Komponen Reaksi pada Suhu 673K ... 21

Tabel 2.3 Komponen Input Reaktor dalam Kmol ... 23

Tabel 2.4 Neraca Massa Total Pabrik ... 26

Tabel 2.5 Neraca Panas Total di Sekitar Pabrik ... 27

Tabel 3.1 Spesifikasi Tangki ... 34

Tabel 3.2 Spesifikasi Vessel ... 36

Tabel 3.3 Spesifikasi Heat Exchanger ... 41

Tabel 3.4 Spesifikasi Pompa ... 48

Tabel 3.5 Spesifikasi Kompresor... 51

Tabel 4.1 Kebutuhan Air Sanitasi dan Umum ... 55

Tabel 4.2 Kebutuhan Air Pendingin ... 55

Tabel 4.3 Jumlah Total Kebutuhan Air ... 56

Tabel 4.4 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses ... 59

Tabel 4.5 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Utilitas ... 59

Tabel 4.6 Penentuan Jumlah Lumen Pabrik ... 60

Tabel 4.7 Total Kebutuhan Listrik Pabrik ... 62

Tabel 4.8 Pengujian Sampel ... 69

Tabel 5.1 Jadwal Shift Karyawan Pabrik Metil Etil Keton... 79

Tabel 5.2 Perincian Kualifikasi, Jumlah dan Gaji Karyawan ... 80

Tabel 6.1 Harga Bahan Baku dan Produk ... 87 Tabel 6.2 Harga Peralatan Proses ... 89 commit to user

(14)

xiv

Tabel 6.3 Harga Peralatan Utilitas ... 90

Tabel 6.4 Modal Tetap (Fixed Capital Investment) ... 92

Tabel 6.5 Modal Kerja (Working Capital Investment) ... 93

Tabel 6.6 Modal Total (Total Capital Investment) ... 94

Tabel 6.7 Biaya Langsung (Direct Cost) ... 94

Tabel 6.8 Biaya Tetap (Fixed Cost)... 95

Tabel 6.9 Biaya Pengeluaran Umum (General Expanses) ... 96

Tabel 6.10 Biaya Total Produksi (Cost of Manufacturing) ... 96

Tabel 6.11 Arus Kas Non-Discounted ... 98

Tabel 6.12 Arus Kas Discounted ... 101

Tabel 6.13 Biaya Tetap ... 104

Tabel 6.14 Biaya Bervariasi ... 105

Tabel 6.15 Biaya Yang Diatur ... 105

Tabel 6.16 Hasil Analisis Ketidakpastian FCI ... 108

Tabel 6.17 Hasil Analisis Ketidakpastian Produk ... 109

Tabel 6.18 Hasil Analisis Ketidakpastian Bahan Baku ... 110

Tabel 6.19 Hasil Analisis Ketidakpastian Bunga ... 111

commit to user

(15)

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Grafik Impor Metil Etil Keton di Indonesia ... 3

Gambar 1.2 Grafik Impor Metil Etil Keton Negara Luar... 4

Gambar 1.3 Peta Lokasi Pabrik Metil Etil Keton ... 7

Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif dan Kuantitatif ... 23

Gambar 2.2 Diagram Alir Proses ... 24

Gambar 2.3 Tata Letak Alat Proses Metil Etil Keton ... 30

Gambar 2.4 Tata Letak Pabrik Metil Etil Keton ... 32

Gambar 4.1 Skema Pengolahan Air ... 57

Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Metil Etil Keton ... 72

Gambar 6.1 Diagram Arus Kas Non-Discounted ... 99

Gambar 6.2 Diagram Arus Kas Discounted ... 102

Gambar 6.3 Kurva Evaluasi Risiko Ekonomi ... 107

commit to user

(16)

xvi

INTISARI

Hamida Ishmatu Sholikah, Rif’ah Ulfatun Hasanah, 2021, Prarancangan Pabrik Metil Etil Keton dengan Proses Dehidrogenasi 2-Butanol Kapasitas 75.000 Ton/Tahun, Program Studi Sarjana Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret

Metil Etil Keton (MEK) banyak digunakan di industri kimia terutama pada industri kilang minyak sebagai bahan pemisah antara produk dan pengotor, industri cat, pelapisan, pernis, dan sebagainya. Pabrik MEK dirancang dengan kapasitas produksi 75.000 ton/tahun. Pabrik ini direncanakan beroperasi pada tahun 2024 di Cilegon, Jawa Barat.

Pembuatan MEK menggunakan bahan baku berupa 1,036 ton 2-butanol/ton produk dengan kemurnian 2-butanol 99,5%. Reaksi pembentukan MEK terjadi pada fase gas secara endotermis dengan katalis zinc oxide (ZnO). MEK dihasilkan dari reaksi dehidrogenasi 2-butanol pada suhu 450°C dan tekanan 2,5 atm dalam reaktor fixed bed multitube. Kondisi reaktor adalah non-isotermal dan non- adiabatis serta menggunakan media pemanas berupa flue gas. Konversi di reaktor sebesar 97%. Pemurnian produk menggunakan kondensor parsial dan kolom disitilasi sehingga diperoleh MEK dengan kemurnian 99,7%.

Unit pendukung proses pabrik meliputi unit pengadaan air (pendingin, sanitasi dan umum), udara tekan, listrik, bahan bakar dan pengolahan limbah. Air yang bersumber dari PT Krakatau Tirta Industri dengan kebutuhan 52,648 m³/ton produk. Pengadaan udara tekan sebesar 9,275 m³/ton produk. Pengadaan tenaga listrik sebesar 142,32 kWh/ton produk. Pengadaan bahan bakar untuk furnace sebesar 3.988.124,23 kJ gas alam/ton produk dan bahan bakar untuk generator sebesar 0,106 L solar/ton produk. Pabrik ini didukung oleh laboratorium untuk mengontrol mutu bahan baku, produk, serta limbah sesuai spesifikasi yang diinginkan.

Pabrik berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dengan struktur organisasi line and staff. Sistem ini didasarkan pada pembagian jam kerja karyawan yang terdiri dari karyawan shift dan non-shift. Jumlah karyawan sebanyak 207 pekerja dengan 4,992 manhour/ton produk.

Hasil analisis ekonomi menyimpulkan pabrik ini layak didirikan. Biaya produksi pabrik sebesar Rp 27.564.126,03/ton produk dan keuntungan yang didapatkan sebesar Rp 3.522.274,03/ton produk. Analisis profitabilitas non- discounted menunjukkan nilai Payback Period selama 1,63 tahun, Cummulative Cash Ratio sebesar 2,99, Cummulative Cash Position sebesar Rp 2.113.364.419.410,70, dan Rate of Return on Investment sebesar 61,09%.

Berdasarkan analisis profitabilitas discounted diperoleh nilai Discounted Payback Period selama 2,04 tahun, Present Value Ratio sebesar 1,65, Net Present Value sebesar Rp 585.035.454.688,12. Discounted Cash Flow Rate of Return sebesar 20,77%. Evaluasi resiko dalam perhitungan profitabilitas didapatkan nilai Break Event Point sebesar 48,26% dan Shut Down Point sebesar 30,99%.

commit to user