prarancangan pabrik akrolein dengan proses …

i

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK AKROLEIN

DENGAN PROSES OKSIDASI PROPILEN

KAPASITAS 40.000 TON/TAHUN

Disusun Oleh:

Ahmad Pinandita M.K (I0512005)

PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2017

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

iii

KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT, karena limpahan

rahmat dan hidayahnya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan

Laporan Tugas Akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Akrolein dengan Proses

Oksidasi Propilen Kapasitas 40.000 Ton/Tahun”.

Tugas akhir ini merupakan syarat untuk memperoleh gelar akademik

Sarjana Teknik selama menempuh studi di Jurusan Teknik Kimia UNS.

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan

dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa dan semangat yang

senantiasa diberikan.

2. Dr. Sperisa Distantina, S.T., M.T., dan Mujtahid Kaavessina, S.T., M.T.,

Ph.D. selaku dosen pembimbing atas bimbingan dan arahannya dalam

penyelesaian tugas akhir ini.

3. Dr. Margono, S.T., M.T., selaku kepala program studi sarjana teknik

kimia Universitas Sebelas Maret.

4. Segenap pihak yang membantu terselesaikannya tugas akhir ini yang tidak

dapat disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari kata

sempurna. Untuk itu, kritik dan saran yang membangun sangat kami harapkan

untuk kesempurnaan tugas akhir ini. Semoga laporan tugas akhir ini dapat

bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.

Surakarta, Januari 2017

Penulis


iv

DAFTAR ISI

Halaman Judul i

Lembar Pengesahan ii

Kata Pengantar iii

Daftar Isi iv

Daftar Tabel vi

Daftar Gambar ix

Intisari x

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik 1

1.2. Kapasitas Rancangan 2

1.3. Lokasi 6

1.4. Tinjauan Pustaka 9

1.4.1. Macam-macam Proses 9

1.4.2. Kegunaan Produk 11

1.4.3. Sifat Fisik dan Kimia 11

1.4.4. Tinjauan Proses Secara Umum 16

BAB II DESKRIPSI PROSES

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk 19

2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku 19

2.1.2. Spesifikasi Produk 19

2.2. Konsep Proses 19

2.2.1. Dasar Reaksi 19

2.2.2. Mekanisme Reaksi 20

2.2.3. Kondisi Operasi 20

2.2.4. Sifat Reaksi 21

2.2.5. Reaksi Samping 25

2.3 Diagram Alir dan Langkah Proses 26

2.3.1. Diagram Alir Proses 26


v

2.3.2. Langkah Proses 26

2.4 Diagram Alir Neraca Massa 29

2.4.1. Neraca Massa 29

2.4.2. Neraca Panas 32

2.5. Lay Out Peralatan 41

BAB III SPESIFIKASI ALAT 46

BAB IV UTILITAS DAN LABORATORIUM

4.1. Unit Pendukung Proses 56

4.1.1 Unit Pengadaan Air 57

4.1.2 Unit Pengadaan Steam 64

4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan 65

4.1.4 Unit Pengadaan Listrik 66

4.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar 70

4.1.6 Unit Pengadaan Udara Kering 70

4.2. Laboratorium 71

4.2.1. Laboratorium Fisik 72

4.2.2. Laboratorium Analitik 72

4.2.3. Laboratorium Penelitian dan Pengembangan 73

4.3. Unit Pengolahan Limbah 73

4.4. Keselamatan dan Kesehatan Kerja 74

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN

5.1 Bentuk Perusahaan 76

5.2 Struktur Organisasi 77

5.3. Tugas dan Wewenang 78

5.3.1. Pemegang Saham 78

5.3.2. Dewan Komisaris 78

5.3.3. Dewan Direksi 79

5.3.4. Staf Ahli 79

5.3.5. Penelitian dan Pengembangan (Litbang) 80

5.3.6. Kepala Bagian 80

5.3.7 Kepala Seksi 83


vi

5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan 83

5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah 85

5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji 85

5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan 86

BAB VI ANALISIS EKONOMI

6.1 Penaksiran Harga Peralatan 90

6.2. Dasar Perhitungan 92

6.3 Penentuan Total Capital Investment (TCI) 92

6.4. Hasil Perhitungan 93

6.4.1. Fixed Capital Invesment (FCI) 93

6.4.2. Working Capital Invesment (WCI) 94

6.4.3. Total Capital Invesment (TCI) 94

6.4.4. Direct Manufacturing Cost (DMC) 94

6.4.5. Indirect Manufacturing Cost (IMC) 95

6.4.6. Fixed Manufacturing Cost (FMC) 95

6.4.7. Total Manufacturing Cost (TMC) 95

6.4.8. General Expense (GE) 96

6.4.9. Total Production Cost (TPC) 96

6.4.10. Perhitungan Keuntungan Produksi (Profit) 96

6.5 Analisis Kelayakan 97

6.4.1. Percent Profit on Sale (% POS) 97

6.4.2. Percent Return on Invesment (% ROI) 97

6.4.3. Pay Out Time (POT) 97

6.4.4. Break Even Point (BEP) 98

6.4.5. Shutdown Point (SDP) 99

6.4.6. Discounted Cash Flow (DCF) 100

6.6 Pembahasan 103

6.5 Kesimpulan 103

Daftar Pustaka

Lampiran


vii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Data Produksi Akrolein Dunia 2

Tabel 1.2 Data Impor Akrolein Indonesia 3

Tabel 1.3 Data Ekspor Akrolein Indonesia 4

Tabel 1.4 Data Kebutuhan Akrolein di Dunia 5

Tabel 2.1 Data-Data Persamaan Kecepatan Reaksi 22

Tabel 2.2 Data Energi Bebas Gibbs pada Suhu 25 oC 22

Tabel 2.3 Data Energi Pembentukan Pada Suhu 25 oC 23

Tabel 2.4 Data Cp (kJ/kmol.K) Masing-masing Komponen 23

Tabel 2.5 Neraca Massa pada Reaktor (R-01) 29

Tabel 2.6 Neraca Massa pada Absorber (A-01) 30

Tabel 2.7 Neraca Massa pada Menara Distilasi I (MD-01) 30

Tabel 2.8 Neraca Massa Keseluruhan (Overall) 31

Tabel 2.9 Neraca Panas pada Heat Exchanger I (HE-01) 32

Tabel 2.10 Neraca Panas pada Pipa Pencampuran Gas Umpan Reaktor 32

Tabel 2.11 Neraca Panas pada Furnace (F-01) 33

Tabel 2.12 Neraca Panas pada Reaktor (R-01) 33

Tabel 2.13 Neraca Panas pada Absorber (A-01) 34

Tabel 2.14 Neraca Panas pada Heat Exchanger II (HE-02) 35

Tabel 2.15 Neraca Panas pada Menara Distilasi I (MD-01) 35

Tabel 2.16 Neraca Panas pada Mixer I (M-01) 36

Tabel 2.17 Neraca Panas pada Heat Exchanger II (HE-03) 36

Tabel 2.18 Neraca Panas Keseluruhan (Overall) 37

Tabel 3.1 Spesifikasi Reaktor 47

Tabel 3.2 Spesifikasi Alat Pemisah 48

Tabel 3.3 Spesifikasi Tangki Penyimpanan Produk Akrolein 49

Tabel 3.4 Spesifikasi Alat Penukar PAnas (Heat Exchanger) 50

Tabel 3.5 Spesifikasi Pompa 51

Tabel 3.6 Spesifikasi Kondensor dan Reboiler 52

Tabel 3.7 Spesifikasi Mixer 53


viii

Tabel 3.8 Spesifikasi Furnace 54

Tabel 3.9 Spesifikasi Alat Pendukung 55

Tabel 4.1 Kebutuhan Air Pendingin 63

Tabel 4.2 Kebutuhan Air untuk Steam 63

Tabel 4.3 Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi 64

Tabel 4.4 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas 66

Tabel 4.5 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan 68

Tabel 4.6 Total Kebutuhan Listrik Pabrik 69

Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift 84

Tabel 5.2 Perincian Golongan, Kualifikasi, Jumlah, dan Gaji Karyawan 85

Tabel 6.1 Indeks Harga Alat Tahun 2006-2014 91

Tabel 6.2 Fixed Capital Invesment 93

Tabel 6.3 Working Capital Invesment 94

Tabel 6.4 Direct Manufacturing Cost 94

Tabel 6.5 Indirect Manufacturing Cost 95

Tabel 6.6 Fixed Manufacturing Cost 95

Tabel 6.7 General Expense 96

Tabel 6.8 Analisis Kelayakan 101


ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Grafik Impor Akrolein Indonesia 3

Gambar 1.2 Grafik Ekspor Akrolein Indonesia 4

Gambar 1.3 Denah Lokasi Pabrik 6

Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif 38

Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif 39

Gambar 2.3 Diagram Alir Proses 40

Gambar 2.4 Tata Letak Pabrik Akrolein 44

Gambar 2.5 Tata Letak Peralatan Proses Pabrik Acrolein 45

Gambar 4.1 Skema Unit Pengolahan Air KTI 62

Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Akrolein 88

Gambar 6.1 Grafik Linierisasi Indeks Harga 92

Gambar 6.2 Grafik Analisa Kelayakan 102


x

INTISARI

Ahmad Pinandita M.K, 2017, Prarancangan Pabrik Akrolein dengan Proses

Oksidasi Propilen Kapasitas 40.000 Ton/tahun, Program Studi Sarjana

Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Pabrik akrolein ini dirancang dengan kapasitas 40.000 ton/tahun,

menggunakan bahan baku propilen : udara : steam adalah 8 : 67 : 25 (% mol).

Bahan baku propilen 99,5%, dengan kebutuhan spesifik 1,03 kg/kg produk dibeli

dari PT Chandra Asri, steam sebanyak 1,38 kg/kg produk, udara 5,95 kg/kg

produk, hidroquinon sebanyak 0,0018 kg/kg produk, air proses sebanyak 7,07

kg/kg produk. Produk samping yang dihasilkan berupa limbah campuran air serta

gas buang sebanyak 6,28 kg/kg produk. Pabrik ini direncanakan akan didirikan di

Cilegon, provinsi Banten pada tahun 2018, dan beroperasi pada tahun 2020.

Akrolein dibuat dengan cara oksidasi propilen pada suhu 300oC - 340oC dan

tekanan maksimum 2 atm di dalam suatu fixed bed multitube reactor dengan

kondisi non adiabatic non isothermal dengan katalis senyawa kompleks metal

oksida (molybdenum-bismuth) dengan konversi propilen 98,7 %. Reaksi yang

terjadi bersifat eksotermis, sehingga untuk mempertahankan suhu dialirkan

aroclor sebagai pendingin. Hasil reaksi yang keluar dari reaktor berupa campuran

propilen, propan, akrolein, asam akrilat, O2, CO2, dan H2O, Kemudian akrolein

dan asam akrilat diserap dengan air dalam absorber. Gas yang tidak terserap

berupa propilen, propan, O2, CO2, dan H2O dibuang melalui incenarator.

Kemudian akrolein dipisahkan dari asam akrilat dan air menggunakan menara

distilasi. Agar tidak terpolimerisasi produk akrolein ditambah hidroquinon

sebanyak 0,2 %berat.

Unit pendukung proses terdiri atas unit pengadaan air sebesar 0,001 m3/kg

produk, steam sebanyak 2,56 kg/kg produk, listrik sebesar 0,03 kWh/kg produk,

unit pengadaan udara tekan (124oC ; 2,2 bar) sebanyak 0,006 m3/kg produk, unit

pengadaan bahan bakar IDO sebanyak 0,3 L/kg produk. Pabrik juga dilengkapi

laboratorium untuk menjaga mutu dan kualitas produk agar sesuai dengan

spesifikasi yang diinginkan.

Bentuk perusahaan yang dipilih adalah Perseroan Terbatas (PT), dengan

struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian

jam kerja yang terdiri dari 76 orang karyawan shift dan 30 orang karyawan non-

shift.

Harga jual akrolein adalah Rp 34.855,-/kg produk dan harga bahan baku

propilen adalah Rp 9.588,-/kg produk Hasil analisa ekonomi diperoleh Percent

Return on Investment (ROI) sebelum pajak 62,38 %, setelah pajak 46,74 %, Pay

Out Time (POT) sebelum pajak 1,38 tahun, setelah pajak 1,76 tahun, Break Even

Point (BEP) 48,44 %, Shut Down Point (SDP) 37,69 % dan Discounted Cash

Flow (DCF) 36,55 %. Dari hasil analisa ekonomi tersebut, dapat disimpulkan

bahwa pabrik akrolein dengan kapasitas 40.000 ton/tahun layak didirikan.


xi

ABSTRACT

Ahmad Pinandita M.K, 2017, Preliminary Plant Design of Acrolein using

Propylene Oxidation Process Capacity 40.000 Tonnes/year, Bachelor Degree of

Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Sebelas Maret University.

Acrolein plant is designed with a capacity of 40,000 tons / year, using raw

materials of propylene, air and steam with a composition ratio of propylene : air :

steam is 8 : 67 : 24 (mol%). 99,5% propylene required is 1,03 kg/kg product, which

is purchased from PT Chandra Asri. While the specific needs of steam is 1,38 kg/kg

product and the specific needs of air is 5.95 kg/kg product. By products produced are

mixture of water 7,9 kg/kg product, acrylic 0,26 kg/kg product acid and at least 0,009

kg acrolein/kg product. The plant is planned to be built in Cilegon, Banten Province

in 2018, and will be operating by 2020.

Acrolein is manufactured by oxidation of propylene at the temperature of 300

oC - 340 oC and pressure of 2 atm in a fixed bed multitube reactor with non-

adiabatic non isothermal conditions with a catalyst of metal oxide complex

compound. The reaction that occurs is exothermic, so as to maintain the temperature,

aroclor is streamed to the shell as coolant. Conversion of propylene into acrylic acid

of 97%. Reactor product is mixture of propylene, propane, acrolein acrylic acid, O2,

Then acrolein and acrylic acid are absorb by 7,07 kg water/kg product in absorber

column. Uncondensed gas is discharged through incenerator. Then acrolein is

sparated from acrylic acid and water using distilation column. In order not

polymerized, 0.2%w of hydroquinone is added.

A supporting unit consisting of procurement unit of water about 0,001 m3/ kg

of product, procurement unit of steam for about 2,56 kg / kg of product, the

procurement unit of electricity for about 0,03 kWh / kg of product, the procurement

unit of compressed air for about 0,006 m3 / kg of product, the procurement unit of

IDO fuel for about 0,3 L / kg of product. The plant is also equipped with laboratories

to maintain product quality to match the desired specifications.

The company management is a Limited Liability Company (Perseroan

Terbatas), with line and staff organizational structure. Employees working systems is

based on the division of employee working hours consisting of 60 shift employees

and 64 non-shift employees.

The selling price of acrolein is Rp 34.855, - / kg product and price of propylene

is Rp 9.588, - / kg product. Economic analysis shows that Percent Return on

Investment (ROI) before taxes is 62,38% and 46,7e% after taxes, Pay Out Time

(POT) before taxes is 1.38 years, 1.76 years after taxes, Break Even Point (BEP) is

48,44%, Shut Down Point (SDP) is 37,69% and the Discounted Cash Flow (DCF) is

36,55%. From the results of the economic analysis, we can conclude that the acrolein

plant with a capacity of 40,000 tons / year is worthy established.


prarancangan pabrik akrolein dengan proses …

Documents