TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK METIL ESTER SULFONAT DARI PALM STEARIN METHYL ESTER KAPASITAS 60.000 TON/TAHUN

(1)

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK METIL ESTER SULFONAT DARI PALM STEARIN METHYL ESTER

KAPASITAS 60.000 TON/TAHUN

Oleh :

Muhammad Novalianto Sangadji I 0516029 Muhammad Dzikiy I 0516031

PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

2020

library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur kepada Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridho-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul ”Prarancangan Pabrik Metil Ester Sulfonat dari Palm Stearin Methyl Ester Kapasitas 60.000 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. Ayah dan Ibu atas dukungan doa, materi dan semangat yang senantiasa diberikan tanpa kenal lelah.

2. Dr. Adrian Nur S.T., M.T selaku Kepala Program Studi Sarjana Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

3. Dr. Bregas S T Sembodo, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing I dan Prof.

Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T.,M.T. selaku Dosen Pembimbing II, atas bimbingan dan bantuannya dalam penyusunan tugas akhir

4. Dr. Margono, S.T., M.T. selaku pembimbing akademik.

5. Teman - teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS khususnya angkatan 2016.

Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.

Surakarta, Juli 2020

Penulis

(7)

iv DAFTAR ISI

Halaman Judul ... i

Lembar Pengesahan ... ii

Kata Pengantar ... iii

Daftar Isi ... iv

Daftar Tabel ... ix

Daftar Gambar... xiv

Intisari ... xv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik ... 1

1.2 Kapasitas Perancangan ... 5

1.2.1 Data Impor Surfaktan Indonesia ... 6

1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku ... 6

1.2.3 Kapasitas Pabrik yang Menguntungkan ... 7

1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik ... 8

1.4 Tinjauan Pustaka ... 15

1.4.1 Proses Pembuatan Surfaktan Metil Ester Sulfonat ... 15

1.4.2 Kegunaan Produk ... 17

1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk ... 17

1.4.3.1 Bahan Baku ... 17

1.4.3.2 Produk ... 22

1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum ... 23

(8)

BAB II DESKRIPSI PROSES ... 24

2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ... 24

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku ... 24

2.1.2 Spesifikasi Produk ... 26

2.1.3 Spesifikasi Bahan Pembantu (Katalis) ... 26

2.2 Konsep Proses ... 27

2.2.1 Tinjauan Termodinamika ... 27

2.2.2 Tinjauan Kinetika ... 32

2.2.3 Mekanisme Reaksi ... 33

2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ... 36

2.3.1 Diagram Alir Proses ... 36

2.3.2 Langkah Proses ... 39

2.4 Neraca Massa dan Neraca Energi ... 41

2.4.1 Neraca Massa ... 42

2.4.2 Neraca Energi ... 45

2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses ... 48

BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ... 56

3.1 Persiapan Bahan Baku ... 56

3.2 Melter ... 59

3.3 Sulfur Burner... 59

3.4 Cyclone ... 60

3.5 Catalytic Converter ... 60

3.6 Falling Film Reactor ... 61

(9)

vi

3.7 Digester ... 62

3.8 Bleacher ... 62

3.9 Neutralizer ... 63

3.10 Spray Dryer ... 64

3.11 Heat Exchanger... 64

3.12 Gudang ... 68

3.13 Belt Conveyor ... 69

3.14 Hopper ... 70

3.15 Silo ... 71

3.16 Pompa ... 71

3.17 Screw Conveyor ... 74

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ... 75

4.1 Unit Pendukung Proses ... 75

4.1.1 Unit Pengadaan Air ... 76

4.1.1.1 Air Pendingin ... 76

4.1.1.2 Air Umpan Waste Heat Boiler ... 77

4.1.1.3 Air Konsumsi Umum dan Sanitasi ... 79

4.1.2 Unit Pengadaan Udara Tekan ... 80

4.1.3 Unit Pengadaan Listrik ... 81

4.1.3.1 Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas ... 82

4.1.3.2 Listrik untuk Penerangan ... 83

4.1.3.3 Listrik untuk AC ... 84 4.1.3.4 Listrik untuk Laboratorium dan Instrumentasi 85

(10)

4.1.4 Unit Pengadaan Bahan Bakar ... 85

4.2 Laboratorium ... 86

4.2.1 Laboratorium Fisik ... 88

4.2.2 Laboratorium Analitik... 88

4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan ... 89

4.2.4 Prosedur Analisa Proses ... 89

4.2.5 Prosedur Analisa Air ... 90

4.3 Unit Pengolahan Limbah ... 91

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ... 96

5.1 Bentuk Perusahaan ... 96

5.2 Struktur Organisasi ... 97

5.3 Tugas dan Wewenang ... 102

5.3.1. Pemegang Saham ... 102

5.3.2. Dewan Komisaris ... 102

5.3.3. Dewan Direksi... 103

5.3.4. Staf Ahli ... 104

5.3.5. Penelitian dan Pengembangan (Litbang) ... 104

5.3.6. Kepala Bagian ... 105

5.3.7. Kepala Seksi ... 108

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 109

5.4.1. Karyawan Non Shift ... 109

5.4.2. Karyawan Shift ... 109

5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah ... 111

(11)

viii

5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ... 111

5.6.1. Penggolongan Jabatan ... 111

5.6.2. Jumlah Karyawan dan Gaji ... 112

5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ... 114

5.8 Manajemen Produksi ... 115

5.8.1. Perencanaan Produksi ... 116

5.8.2. Pengendalian Produksi ... 117

BAB IV ANALISA EKONOMI ... 119

6.1 Dasar Perhitungan ... 119

6.2 Penafsiran Harga Peralatan ... 120 ... 6.3 Penentuan Total Capital Investment (TCI) ... 122

6.4 Penentuan Manufacturing Cost (MC) ... 124

6.4.1. Direct Manufacturing Cost (DMC) ... 124

6.4.2. Indirect Manufacturing Cost (IMC) ... 124

6.4.3. Fixed Manufacturing Cost (FMC) ... 125

6.5 Penentuan Total Poduction Cost (TPC) ... 125

6.5.1. General Expense (GE) ... 125

6.5.2. Total Production Cost (TPC) ... 126

6.6 Keuntungan ... 126

6.7 Analisa Kelayakan ... 126

Daftar Pustaka ... 132 Lampiran

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Jumlah Impor Surfaktan Indonesia ... 5

Tabel 1.2 Produsen palm stearin methyl ester ... 7

Tabel 1.3 Produsen Metanol... 7

Tabel 1.4 Daftar Pabrik Penghasil Metil Ester Sulfonat ... .8

Tabel 1.5 Jumlah Penduduk Provinsi Riau ... .13

Tabel 1.6 Persentase Jumlah Angkatan Kerja dan Non Angkatan di Riau ... .14

Tabel 2.1 Benchmark Feed Characteristics for C16-C18 ME ... .25

Tabel 2.2 Spesifikasi H2O2...25

Tabel 2.3 Spesifikasi Metanol ... .26

Tabel 2.4 Spesifikasi Natrium Hidroksida ...26

Tabel 2.5 Benchmark Product Characteristics for MES ... .26

Tabel 2.6 Neraca Massa Melter ... .42

Tabel 2.7 Neraca Massa Sulfur Burner ... .42

Tabel 2.8 Neraca Massa Cyclone ...42

Tabel 2.9 Neraca Massa Catalytic Converter Bed 1 ... .43

Tabel 2.10 Neraca Massa Catalytic Converter Bed 2 ... .43

Tabel 2.11 Neraca Massa Catalytic Converter Bed 3 ... 43

Tabel 2.12 Neraca Massa Falling Film Reactor ... 44

Tabel 2.13 Neraca Massa Digester ... 44

(13)

x

Tabel 2.14 Neraca Massa Bleacher ... 44

Tabel 2.15 Neraca Massa Neutralizer ... 45

Tabel 2.16 Neraca Massa Spray Dryer ... 45

Tabel 2.17 Neraca Energi pada Melter ... 45

Tabel 2.18 Neraca Energi pada Sulfur Burner ... 46

Tabel 2.19 Neraca Energi pada Cyclone ... 46

Tabel 2.20 Neraca Energi pada Catalytic Converter ... 46

Tabel 2.21 Neraca Energi pada Falling Film Reactor ... 47

Tabel 2.22 Neraca Energi pada Digester ... 47

Tabel 2.23 Neraca Energi pada Bleacher ... 47

Tabel 2.24 Neraca Energi pada Neutralizer ... 48

Tabel 2.25 Neraca Energi pada Spray Dryer ... 48

Tabel 3.1 Tangki penyimpanan palm stearin methyl ester ... 55

Tabel 3.2 Tangki penyimpanan H2O2 ... 55

Tabel 3.3 Tangki penyimpanan metanol ... 56

Tabel 3.4 Tangki penyimpanan NaOH ... 57

Tabel 3.5 Spesifikasi Melter ... 58

Tabel 3.6 Spesifikasi Sulfur Burner ... 58

Tabel 3.7 Spesifikasi Cyclone ... 59

Tabel 3.8 Spesifikasi Catalytic Converter ... 59

Tabel 3.9 Spesifikasi Falling Film Reactor ... 60

Tabel 3.10 Spesifikasi Digester ... 61

Tabel 3.11 Spesifikasi Bleacher ... 61

(14)

Tabel 3.12 Spesifikasi Neutralizer ... 62

Tabel 3.13 Spesifikasi Spray Dryer ... 63

Tabel 3.14 Spesifikasi Waste Heat Boiler... 63

Tabel 3.15 Spesifikasi HE-02 ... 64

Tabel 3.20 Spesifikasi Gudang ... 67

Tabel 3.21 Spesifikasi Belt Conveyor - 01... 68

Tabel 3.22 Spesifikasi Belt Conveyor - 02... 68

Tabel 3.23 Spesifikasi Hopper - 01... 69

Tabel 3.24 Spesifikasi Hopper - 02... 69

Tabel 3.25 Spesifikasi Silo ... 70

Tabel 3.26 Spesifikasi Pompa-01... 70

(15)

xii

Tabel 3.35 Spesifikasi Screw Conveyor – 01 ... 74

Tabel 4.1 Kebutuhan Air Konsumsi dan Sanitasi ... 80

Tabel 4.2 Kebutuhan Total Air ... 80

Tabel 4.3 Listrik Peralatan Proses... 82 Tabel 4.4 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan... 83

Tabel 4.5 Total Kebutuhan Listrik Pabrik... 85

Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift ... 110

Tabel 5.2 Jumlah Karyawan Menurut Jabatan ... 112

Tabel 5.3 Perincian Golongan dan Gaji Karyawan... 113

Tabel 6.1 Indeks Harga Alat ... 120

Tabel 6.2 Fixed Capital Investment ... 123

Tabel 6.3 Working Capital Investment ... 123

Tabel 6.4 Total Capital Investment ... 124

Tabel 6.5 Direct Manufacturing Cost ... 124

Tabel 6.6 Indirect Manufacturing Cost... 125

Tabel 6.7 Fixed Manufacturing Cost ... 125

Tabel 6.8 Manufacturing Cost ... 125

Tabel 6.9 General Expense ... 126

Tabel 6.10 Total Production Cost ... 126

Tabel 6.11 Variable Cost ... 128

Tabel 6.12 Regulated Cost ... 128

Tabel 6.13 Analisa Kelayakan ... 131

(16)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Hubungan Antara Jumlah Impor Surfaktan dengan Tahun... 6

Gambar 1.2 Fasilitas Pendukung di Kawasan Industri Dumai (KID)... 10

Gambar 1.3 Peta Kota Dumai ... 11

Gambar 1.4 Pelabuhan Dumai ... 12

Gambar 2.1 Diagram Alir Proses ... 36

Gambar 2.2 Diagram Alir Kualitatif ... ₃₇

Gambar 2.3 Diagram Alir Kuantitatif ... 38

Gambar 2.4 Layout Pabrik ... 51

Gambar 2.5 Layout Peralatan Proses ... 55

Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Metil Ester Sulfonat ... 101

Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index... 121

Gambar 6.2 Grafik Analisa Kelayakan Ekonomi... 130

(17)

xv INTISARI

Muhammad Dzikiy, Muhammad Novalianto Sangadji, 2020, Prarancangan Pabrik Metil Ester Sulfonat dari Palm Stearin Methyl Ester Kapasitas 60.000 Ton/Tahun, Program Studi Sarjana Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Metil ester sulfonat (MES) merupakan surfaktan anionik yang paling banyak digunakan. Surfaktan MES memiliki kelebihan dibandingkan dengan surfaktan LAS (Linear alkil sulfonat) berupa keunggulan kinerja surfaktan dalam kondisi pencucian suhu rendah dan tingkat kesadahan air sekitar 100 bagian per juta (ppm) (CaCO3). Dengan memperhatikan faktor penyediaan palm stearin methyl ester, transportasi, tenaga kerja, pemasaran, serta utilitas, maka lokasi pabrik yang cukup strategis adalah Kawasan Industri Dumai, kota Dumai, Provinsi Riau. Pabrik direncanakan mulai beroperasi pada tahun 2024.

Bahan baku pembuatan MES terdiri dari sulfur sebanyak 118 kg/ton produk/tahun, dan palm stearin methyl ester sebanyak 750,66 kg/ton produk/tahun. Produk MES yang dihasilkan adalah sebesar 60.000 ton/tahun atau 8.333,33 kg/jam. Pembuatan MES terdiri dari beberapa tahapan, yaitu pembakaran sulfur dengan oksigen, pembakaran sulfur dioksida dengan oksigen, sulfonasi, bleaching, netralisasi dan pengeringan. Pada tahap sulfonasi, metil ester dikontakkan dengan SO³sebanyak 2.109,54 kg/jam di dalam suatu falling film reactor (FFR) dengan kondisi non isothermal non adiabatik pada suhu 45 C, tekanan 1 atm, konversi sebesar 70%, dan perbandingan mol metil ester terhadap gas SO³ sebesar 1:1,3. Reaksi ini berlangsung secara eksotermis. Agar reaksi sulfonasi berlangsung dengan sempurna, produk keluaran FFR dimasukkan ke dalam digester (aging process). Proses sulfonasi menghasilkan produk berwarna gelap dan bersifat sangat asam. Untuk mencerahkan warna sampai sesuai dengan spesifikasi, dilakukan proses bleaching dengan menambahkan hidrogen peroksida 50% sebesar 116,94 kg/jam dan metanol sebesar 2338,85 kg/jam. Selanjutnya dilakukan tahap netralisasi dengan menambahkan natrium hidroksida 50% sebesar 908,2 kg/jam hingga pH 5,5-7,5. Hasil dari proses netralisasi yang berupa pasta netral dilewatkan ke dryer. Limbah berupa metanol sebesar 2.300 kg/jam dan air sebesar 1.235,87 kg/jam merupakan produk buangan gas. Produk bawah dryer berupa produk powder kering MES.

Utilitas terdiri dari unit penyediaan air, listrik, udara tekan, bahan bakar, dan pengolahan limbah. Kebutuhan air total sebanyak 1.051,1 kg/ton produk/tahun, kebutuhan udara tekan sebesar 12,276 m³/ton produk/tahun, kebutuhan bahan bakar sebesar 0,3 L/ton produk/tahun, dan unit pengolahan limbah.

Bentuk perusahaan adalah Perseroan Terbatas (PT) dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non-shift.

Dari hasil analisis ekonomi diperoleh, ROI (Return on Investment) sebelum dan sesudah pajak sebesar 34,66% dan 27,73%, POT (Pay Out Time) sebelum dan sesudah pajak selama 2,34 dan 2,80 tahun, BEP (Break Event Point) 44,88% dan SDP 25,80%.

Sedangkan DCF (Discounted Cash Flow) sebesar 29,92%, sehingga pabrik tersebut layak untuk didirikan.