perancangan pabrik ethyl acetate

13
NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK ETIL ASETAT DARI ASAM ASETAT DAN ETANOL DENGAN KATALIS ASAM SULFAT KAPASITAS 45.000 TON PER TAHUN Oleh: Verry Junaidi Rachmawan D 500 080 002 DosenPembimbing: Eni Budiyati, ST, M.Eng. Dr. Ir. H. Ahmad M. Fuadi, M.T. PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2014

Upload: rieskayuniar

Post on 16-Nov-2015

178 views

Category:

Documents


3 download

DESCRIPTION

Teknik Kimia

TRANSCRIPT

  • NASKAH PUBLIKASI

    PRARANCANGAN PABRIK

    ETIL ASETAT DARI ASAM ASETAT DAN ETANOL

    DENGAN KATALIS ASAM SULFAT

    KAPASITAS 45.000 TON PER TAHUN

    Oleh:

    Verry Junaidi Rachmawan

    D 500 080 002

    DosenPembimbing:

    Eni Budiyati, ST, M.Eng.

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

    PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

    UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

    2014

  • UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

    FAKULTAS TEKNIK

    Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura, Telp. (0271) 717417, Fax.715448

    Surakarta 57102

    Website: http://www.ums.ac.id , Email: [email protected]

    Surat Persetujuan Artikel Publikasi Ilmiah

    Yang bertanda tangan di bawah ini pembimbing skripsi/ tugas akhir:

    Pembimbing I : Eni Budiyati, S.T., M.Eng.

    NIK : 991

    Pembimbing II : Dr. Ir. H. Ahmad M. Fuadi, M.T.

    NIK : 618

    Telah membaca dan mencermatinaskah artikel publikasi ilmiah, yang merupakan

    ringkasan skripsi/ tugas akhir dari mahasiswa:

    Nama : Verry Junaidi Rachmawan

    NIM : D 500 080 002

    Program Studi : TEKNIK KIMIA

    Judul Skripsi : PRARANCANGAN PABRIK ETIL ASETAT DARI

    ASAM ASETAT DAN ETANOL DENGAN KATALIS

    ASAM SULFAT KAPASITAS 45.000 TON PER TAHUN

    Naskah artikel tersebut layak dan dapat disetujui untuk dipublikasikan. Demikian

    persetujuan ini dibuat, semoga dapat dipergunakan seperlunya.

    Surakarta, 23 Desember 2014

    Menyetujui

    http://www.ums.ac.id/mailto:[email protected]

  • B ismilahirroahmanirrohim

    Yang bertandatangan dibawah

    Nama

    NIM/NIK/NIP

    Fakultas/Jurusan

    Jenis

    Judul

    SURAT PERYATAAN

    PUBLIKASI KARYA ILMIAH

    ini, saya :

    Verry Junaidi Rachmawan

    D500 080 002

    Teknik kimia

    Skripsi/Tesis/Diserlasi llaporan penelitian

    Prarancangan Pabrik Etil asetat dari asam asetat dan etanol

    Dengan katalis asam sulfat Kapasitas 45.000 ton per tahun

    Dengan -ini menyatakan bahwa saya menyetuj ui untuk :

    l. Memberikan hak bebas royalti kepada perpustakaan UMS atas penulisan karya ilmiahsaya, demi pengembangan ilmu pengetahuan.

    2. Memberikan hak menyimpan, mengalih mediakan/ mengalih formatkan, mengeloladalam bentuk pangkalan data (database), mendistribusikanya, serta menampilkanya

    dalam bentuk softcopy untuk kepentingan akademik kepada Perpustakaan UMS, tanpa

    perlu meminta rjin dari saya selama tetap menyantumkan nama saya sebagaipenulis/pencipta.

    3. Bersedia dan menjamin untuk menanggung secara pribadi tanpa melibatkan pihakPerpustakaan UMS, dari semua bentuk tuntutan hukum yang timbul atas pelanggaran hak

    cipta dalam karya ilmiah ini.

    Demikian peryataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan semoga dapat digunakan sebagai

    semestinya.

    Surakafia, 23 Desember 2014

    Yang Menyatakan

    (Verry Junaidi Rachmawan)

  • ABSTRAK

    Etil asetat merupakan cairan tidak berwarna yang mudah larut

    dalam air dan pelarut organik, yang mempunyai kegunaan sebagai bahan pelarut

    organik dalam industri pembuatan tinta, pembuatan resin serta dalam industri

    farmasi dan kosmetik. Untuk memenuhi kebutuhan etil asetat dalam negeri

    dirancang pabrik etil asetat dari etanol dan asam asetat dengan kapasitas 45.000

    ton per tahun dan tidak menutup kemungkinan untuk diekspor.

    Proses pembuatan Etil asetat menggunakan reaksi esterifikasi etanol dan

    asam asetat dengan katalis asam sulfat, dilakukan di dalam Reaktor Alir Tangki

    Berpengaduk (RATB). Membutuhkan bahan baku etanol sebanyak 53.505,16 ton

    per tahun yang diperoleh dari PT. Molindo Raya Industrial sedangkan asam

    asetat sebanyak 59.200,87 ton per tahun diperoleh dari PT. Indo Acidatama.

    Reaksi berlangsung pada fase cair, suhu 70C dan tekanan 1 atm. Untuk

    memperoleh produk etil asetat dengan kemurnian 99%. dilakukan proses distilasi.

    Bentuk perusahaan adalah perseroan terbatas (PT). Dalam pelaksanaan proses,

    pabrik membutuhkan karyawan sebanyak 96 orang. Kebutuhan unit pendukung

    proses pabrik etil asetat meliputi 6.297.112.623,01 liter air per tahun,

    1.700.609.196,92 kg steam per tahun, 25.414.939,60 liter bahan bakar per tahun,

    dan 2.225.359,69 kW listrik per tahun.

    Dari hasil analisis ekonomi diperoleh hasil yaitu Percent Return On

    Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 59,63% dan setelah pajak sebesar

    41,74%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar 1,44 tahun sedangkan

    setelah pajak sebesar 1,93 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 37,76%, dan

    Shut Down Point (SDP) sebesar 23,21%. Discounted Cash Flow (DCF) sebesar

    35 %. Berdasarkan data di atas maka pabrik etil asetat dari asam asetat dan

    etanol ini layak untuk didirikan..

    Kata kunci : etil asetat, esterifikasi, RATB

  • 1.1. Latar Belakang

    Etil asetat dengan rumus molekul (CH3COOC2H5) merupakan cairan

    tidak berwarna yang mudah larut dalam air dan pelarut organik, salah satu

    bahan kimia yang digunakan sebagai bahan pelarut organik dalam pembuatan

    tinta, pembuatan resin dan terutama dalam industri farmasi dan kosmetik.

    Dari tahun ketahun perkembangan industri di Indonesia semakin bertambah

    sangat banyak, baik pabrik industri milik pemerintah maupun pabrik industri

    milik swasta. Dengan berdirinya banyak pabrik di Indonesia dapat

    menghemat devisa negrara, karena mengurangi impor negara, sehingga

    perekonomian Indonesia bisa lebih baik.

    Perkembangan industri kimia yang sangat cepat sehingga pemerintah

    memberikan kesempatan untuk mendirikan pabrik etil asetat di Indonesia.

    Dengan didukung kebutuhan etil asetat di Indonesia setiap tahun meningkat

    hampir 16,7% (Badan Pusat Statistik, 2014). Berkebalikan dengan

    meningkatnya kebutuhan tersebut, pabrik etil asetat di Indonesia masih belum

    bisa untuk mencukupi kebutuhan etil asetat di Indonesia, sehingga untuk

    mencukupi kebutuhan etil asetat di Indonesia, pemerintah mengambil

    langkah untuk mendatangkan atau impor etil asetat dari negara lain. selain

    alasan-alasan diatas, pemerintah juga mengambil beberapa pertimbangan

    sebagai alasan untuk memberikan banyak kesempatan untuk mendirikan

    pabrik etil asetat. Adapun alasan dari pemerintah antara lain untuk memenuhi

    kebutuhan etil aseta dalam negeri, membuka lapangan pekerjaan baru

    sehingga pengangguran akan menurun, serta menghemat devisa negara

    karena dapat membantu pertumbuhan perekonomian Indonesia. Dengan

    didukung oleh sumber bahan baku dan sumber daya manusia yang melimpah

    serta pemasaran hasil produksi yang mudah di Indonesia, pembuatan pabrik

    etil asetat memiliki prospek kedepan yang sangat menjanjikan. Untuk

    penentuan kapasitas perancangan pendirian pabrik dapat melihat dari

    beberapa pertimbangan antara lain kebutuhan produk, dan ketersediaan bahan

    baku.

  • Reaksi pembentukan esterifikasi merupakan reaksi yang berjalan

    lambat dengan penambahan asam sulfat sebagai katalis. Fungsi katalis dalam

    reaksi tersebut adalah untuk mempercepat reaksi pembentukan etil asetat

    (Groggins, 1985).

    1.2. Tujuan

    pendirian pabrik etil asetat dari asam asetat dan etanol ini bertujuan untuk

    memenuhi kebutuhan etil asetat dalam negeri sehingga mengurangi impor dalam

    nergeri, dan tidak menutup kemungkinan produk tersebut bisa untuk ekspor.

    Dengan harapan dapat memberikan keuntungan negara dan mengurangi beban

    negara dalam bidang ekonomi.

  • TINJAUAN PUSTAKA

    Pemilihan proses

    Macam-macam proses produksi etil asetat yaitu:

    a. Esterifikasi

    Reaksi esterifikasi antara asam asetat dan etanol menggunakan katalis

    asam sulfat. Reaksi yang terjadi adalah reaksi reversibel, dimana konversi dari etil

    asetat sebesar 65%. Untuk meningkatkan yield, pembentukan air harus

    diminimalkan (McKetta and Chuningham, 1994).

    b. proses reaksi tischenco

    Proses Tischenco merupakan produksi etil asetat secara komersial dengan

    mengubah etanol menjadi asetaldehid menggunakan katalis aluminum alkoxide

    (Rahman et al., 2003). Yield pada proses ini sebesar 61%. Reaksi yang terjadi

    yaitu (McKetta and Chuningham, 1994):

    2CH3CHO CH3COOCH2CH3 (1.1)

    c. proses sintesis etil asetat dari etilena dan asam asetat

    Etil asetat dapat disintesis dari etilen dan asam asetat menggunakan

    katalis asam padat, misalnya zeolit. Reaksinya dituliskan:

    CH2CH2 + CH3COOH 2CH3CHO (1.2)

    2CH3CHO CH3COOC2H5 (1.3)

    Pada reaksi ini, tidak terbentuk produk samping sehingga dapat

    meminimalkan energi untuk proses pemurnian produk (Crane et al, 2011).

  • METODE PENELITIAN

    Dasar Reaksi

    Proses pembuatan etil asetat dari asam asetat dan etanol

    dengan katalis asam sulfat dilakukan melalui esterifikasi terjadi

    pada Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) dengan reaksi

    sebagai berikut:

    CH3COOH(c) + C2H5OH(c) CH3COOC2H5(c) + H2O(c) (2.1)

    Kondisi Operasi

    Untuk proses pembuatan etil asetat dari asam asetat dan

    etanol menggunakan katalis asam sulfat beroperasi pada suhu 70C

    dan tekanan 1 atm. Fase yang terjadi dalam reaksi ini adalah fase

    cair, umpan dan produk dalam keadaan fase cair. Reaksi ini adalah

    reversible.

    Tinjauan Kinetika

    Ditinjau dari segi kinetika reaksi, kecepatan reaksi asam

    asetat dan etanol menjadi etil asetat adalah reaksi orde dua.

    Persamaan reaksinya dapat dituliskan sebagai berikut (Tajdari et

    al., 2009) :

    Reaksi :

    asam asetat + etanol etil asetat + air (2.2)

    ( ) (

    )

    H2SO4

  • Dimana ,r = kecepatan reaksi (mol.m-3

    .s-1

    )

    k1 = konstanta kecepatan reaksi ( m3.mol

    -1.s

    -1)

    KC = konstanta kesetimbangan

    C = konsentrasi (mol.m-3

    )

    Ck = persen volume katalis

    T = temperatur (K)

    AA = acetic acid (asam asetat)

    E = etanol

    EA = ethyl acetate (etil asetat)

    W = water (air)

    Tinjauan Termodinamika

    Untuk menentukan reaksi apakah reaksi endotermis atau

    eksotermis dapat diketahui dari entalpi reaksi (H). Entalpi reaksi antara

    asam asetat dan etanol adalah H = -0,0114kL/mol, dan untuk konstanta

    keseimbangan pada suhu 70C sebesar Kc =3,4402. Dilihat dari harga Kc

    reaksi ini bersifat reversible (Faith et al,1957). Karena entalpi reaksinya

    negatif, maka reaksi antara asam asetat dan etanol merupakan reaksi

    eksotermis.

    Langkah proses

    Secara umum proses pembentukan etil asetat dari etanol dan asam asetat

    dapat dibagi menjadi 3 tahap, yaitu:

    1. Tahap penyiapan bahan baku

    2. Tahap esterifikasi

    3. Tahp pemisahan hasil dan pemurnian

  • Untuk lebih jelasnya tahapan-tahapan proses tersebut adalah sebagai

    berikut:

    1. Tahap penyiapan bahan baku

    Etanol dalam kondisi cair yang disimpan pada tangki 03

    (01T03A/B) pada suhu 32oC dan tekanan 1 atm diumpankan bersama

    dengan produk atas menara distilasi 04 (01C04) ke reaktor 01 (R01) yang

    sebelumnya dilewatkan pada heater 02 (E102) untuk dinaikan suhunya

    menjadi 70oC.

    Asam asetat dalam kondisi cair yang disimpan pada tangki 01

    (F01A/B) dialirkan bersama produk bawah menara distilasi 01 (D01)

    menuju mixer 01 (M01). Selanjutnya dilewatkan pada heater 01 (E101)

    untuk dinaikan suhunya menjadi 70oC sebelum masuk reaktor 01 (R01).

    Pada pembuatan etil asetat ini digunakan perbandingan antara asam

    asetat dan etanol adalah 1.375 kg : 1.240 kg (Faith et al., 1957).

    2. Tahap esterifikasi

    Asam asetat dan etanol direaksikan dengan katalis asam sulfat di

    dalam reaktor pada suhu 70oC dan tekanan 1 atm. Reaksi berlangsung di

    dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) pada fase cair, kondisi

    nonadiabatis, isotermal dan eksotermis. Adapun reaksi ditunjukkan pada

    persamaan 2.3 :

    CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O (2.3)

    asam asetat etanol etil asetat air

    Reaksi esterifikasi terjadi dalam 2 buah reaktor yang disusun

    secara seri (R01, R02) dimana konversinya berturut-turut sebesar 45,69%,

    dan 65%. Produk keluar dari reaktor 02 (R02) dan diumpankan menuju

    menara distilasi 01 (D01).

    H2SO4

  • 3. Tahap pemisahan dan pemurnian produk

    Produk keluar reaktor 02 (R02) dilewatkan pada heater 03 (E103)

    untuk dinaikan suhunya dari 70oC menjadi 88,96

    oC dan selanjutnya

    diumpankan menuju menara distilasi 01 (D01) untuk memisahkan produk

    dari asam sulfat dan asam asetat. Asam sulfat dan asam asetat sebagai hasil

    bawah menara distilasi 01 (D01) kemudian di-recycle ke reaktor 01 (R01)

    yang sebelumnya dialirkan melewati mixer 01 (M01).

    Produk atas menara distilasi 01 (D01) yang berupa etil asetat,

    etanol, air, dan sedikit asam asetat diumpankan menuju menara distilasi 02

    (D02). Produk atasnya yaitu etil asetat, etanol , air dan asam asetat

    didinginkan dalam cooler 01 (E401) menjadi 34,36oC. Selanjutnya, etil

    asetat, etanol, air dan asam asetat yang telah didinginkan, dialirkan ke

    mixer 02 (M02). Di dalam mixer ini, campuran dilarutkan dengan

    menambahkan air di dalamnya.

    Dari mixer 02 (M02), dialirkan ke dekanter (H) sehingga terbentuk

    2 lapisan. Hasil atas berupa etil asetat, sedikit air, dan sedikit etanol,

    sedangkan hasil bawahnya berupa campuran etanol, air, dan sedikit etil

    asetat. Hasil bawah kemudian dilewatkan heater 04 (E104) sebelum

    diumpankan ke menara distilasi 04 (D04), dengan etanol sebagai produk

    atas di-recycle ke reaktor 01 (R01). Produk bawah yang terdiri dari air dan

    sedikit etanol dibuang.

    Hasil atas dekanter yang terdiri dari etil asetat, sedikit etanol, dan

    sedikit air diumpankan ke dalam menara distilasi 05 (D05) setelah

    dinaikkan suhunya dalam heater 05 (E105). Pada menara distilasi 05

    (D05) ini diperoleh etil asetat dengan kemurnian 99%. Impuritasnya terdiri

    dari 0,7% etanol dan 0,3% air. Produk ini kemudian disimpan di tangki 04

    (F04A/B) setelah didinginkan dalam cooler 02 (E402).

  • HASIL PENELITIAN

    Dari analisis ekonomi, pabrik etil asetat ini mendapat keuntungan sebelum

    pajak sebesar Rp 716.833.066.642,20 per tahun sedangkan keuntungan sesudah

    pajak sebesar Rp 501.783.146.649,54 per tahun. Percent Return On Investment

    (ROI) sebelum pajak sebesar 59,63% dan setelah pajak sebesar 41,74%. Pay Out

    Time (POT) sebelum pajak sebesar 1,44 tahun sedangkan setelah pajak sebesar

    1,93 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 37,76% kapasitas, dan Shut Down

    Point (SDP) sebesar 23,21% kapasitas. Discounted Cash Flow (DCF) sebesar

    35%. Berdasarkan datadata di atas maka pabrik setil asetat dari asam asetat dan

    etanol layak untuk didirikan.

    KESIMPULAN

    Berdasarkan tinjauan kondisi operasinya. Pabrik Etil Asetat dari Asam

    Asetat dan Etanol dengan kapasitas 45.000 ton per tahun digolongkan sebagai

    pabrik dengan resiko rendah.

    Hasil kelayakan ekonomi adalah sebagai berikut:

    1. Keuntungan sebelum pajak Rp 716.833.066.642,20 dan Keuntungan setelah

    pajak Rp 501.783.146.649,54.

    2. Return On Investement (ROI) sebelum pajak 59,63% dan ROI setelah

    pajak 41,74%.

    3. Pay Out Time (POT) sebelum pajak 1,44 tahun sedangkan POT setelah

    pajak 1,93 tahun.

    4. Break Event Point (BEP) adalah 37,76% dan Shut Down Point (SDP)

    adalah 23,21% Discounted Cash Flow (DCF) adalah 35%.

    Dari perhitungan analisa ekonomi di atas dapat disimpulkan bahwa pabrik

    Etil Asetat layak untuk didirikan.

  • DAFTAR PUSTAKA

    Anonim, 2014, Chemical Product, www.petrokimia-gresik.com

    Anonim, 2014, Equipment Cost, www.matche.com

    Anonim, 2014, Product Directory, www.made-in-china.com

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

    Graw Hill Book Company, New York.

    Badan Pusat Statistik, 2014, Statistik Perdagangan Luar Negeri

    Indonesia,www.bps.go.id, Indonesia.

    Brown, G.G, 1978, Unit Operation, John Wiley and Sons. Inc., New York.

    Crane, R.A., Brown, S.H., Caul, L.D., 2011, Ethyl Acetate Synthesis from

    Ethylene and Acetic Acid Using Solid Acid Catalysts,

    http://www.google.com/patents/US5973193

    Dutia, P, 2004, Ethyl Acetate: A Techno-Commercial Profile, Chemical Weekly,

    pp: 179-186.

    Faith, W.L., Keyes, D.B., and Clark, R.L., 1957, Industrial Chemicals , John Wiley

    and Sons Inc, London.

    Groggins, P.H., 1958, Unit Processes in Organic Synthesis, McGraw-Hill, New

    York.

    Kirk R.E. and Othmer, D.F., 1982, Encyclopedia of Chemical Technology , vol.1,

    2nd edition, A Willey Interscience Publication, John Wiley and Sons Co.,

    Mc Ketta, John, J., Cunningham W.A., 1984, Encyclopedia of Chemical

    Processing and Design, Vol 20, Marcel Dekker Inc, New York.

    Rahman, S.A.S.A., Bakar M.Z.A., and Ahmad, Zainal., 1988, Preliminary Study

    of The Heat Release From Esterification Proces, , Vol: 10 No: 03,

    International Journal of Engineering & Technology IJET-IJENS.

    Tajdari, M., Ardjmand, M., Soltanieh. M., Safekordi, A.A., 2009, Shock-Control

    Study in Ethyl Acetate Production Process in a Reactive Distillation

    Column: Experimental and Simulation, Sciences Journal, pp: 574-581.

    http://www.google.com/patents/US5973193