PRARANCANGAN PABRIK n-BUTIL METAKRILAT

DARI ASAM METAKRILAT DAN BUTANOL

DENGAN PROSES ESTERIFIKASI KAPASITAS 12.000 TON/TAHUN

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada

Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik

Oleh :

TEGUH GIRI SUSENO

D500 120 062

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

i

ii

iii

1

PRARANCANGAN PABRIK n-BUTIL METAKRILAT

DARI ASAM METAKRILAT DAN BUTANOL

DENGAN PROSES ESTERIFIKASI KAPASITAS 12.000 TON/TAHUN

ABSTRAK

Butil metakrilat merupakan bahan baku yang mempunyai banyak kegunaan

dalam industri, antara lain sebagai pendispersi pigmen, promotor perekatan, lapisan

pelindung dan bahan baku industri cat. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri dan

juga adanya peluang ekspor, maka dirancanglah pabrik butil metakrilat dengan proses

esterifikasi kapasitas 12.000 ton/tahun. Pabrik direncanakan akan didirikan di kawasan

industri Cilegon pada tahun 2021.

Butil metakrilat diproduksi dengan cara mereaksikan asam metakrilat dan

butanol pada reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) dengan suhu operasi 90oC dengan

tekanan 1 atm, reversible dan eksotermis. Tahapan yang terjadi adalah persiapan bahan

baku, reaksi, dan pemurnian. Kebutuhan asam metakrilat untuk pabrik ini sebesar

672,57 kg/jam dan butanol 3.106,04 kg/jam. Butil metakrilat yang dihasilkan sebanyak

1.513,60 kg/jam. Unit utilitas dalam pabrik meliputi unit penyedia air sebanyak

42.668,33 kg/jam, unit penyedia steam sebanyak 1.963,90 kg/jam, unit penyedia listrik

sebesar 83,02 kW yang akan disediakan oleh generator sebanyak 500 kW dan sisanya

oleh PLN, unit penyedia udara tekan sebesar 50 m3/jam, dan unit penyedia bahan bakar

berupa solar sebanyak 267,82 L/jam. Selain itu dibuat pula laboratorium yang berfungsi

untuk mengontrol mutu bahan baku dan produk serta mengontrol bahan buangan pabrik.

Bentuk perusahaan yang digunakan adalah Perseroan Terbatas (PT). Sistem

kerja yang diberlakukan di dalalm pabrik berupa sistem shift dan non shift dengan

jumlah karyawan 116 orang. Pabrik butil metakrilat ini menggunakan modal tetap

sebesar Rp 14.797.778.874,35 dan modal kerja Rp 57.628.331.914,68. Dari analisis

ekonomi yang dilakukan diperoleh keuntungan sebelum pajak sebesar Rp

23.207.178.274,95 dan keuntungan setelah pajak sebesar Rp 16.245.024.792,47, nilai

Return of Investment sebelum dan sesudah pajak berturut-turut 17,88% dan 12,51%.

Pay Out Time sebelum dan sesudah pajak berturut-turut 3,59 tahun dan 4,44 tahun.

Break Even Point sebesar 53,06%. Shut Down Point sebesar 24,05%. Internal Rate

Return berdasarkan dari Discounted Cash Flow sebesar 17,92%. Dari analisa ekonomi

yang telah dilakukan pabrik ini layak untuk didirikan.

Kata kunci: butil metakrilat, reversible, RATB.

ABSTRACT

Butil methacrylate is useful industrial raw material, pigment dispersants, gluing

promoter, protective layer, and raw material paint industry. The plant of butil

methacrylate with production capacity 12.000 ton/year is intended to meet the

requirement of butil methacrylate in the country and overseas. This plant will be

planned on 2021 and built in Cilegon industrial regency.

2

Butil methacrylate is produced with reacting methacrylate acid and butanol in

continous stirred tank reactor (CSTR) in temperatur 90ºC and pressur 1 atm,with

reversible and exsoterm reaction. The stage of butil methacrylate production is include

formation of butil methacrylate, preparation of raw materials, reaction, and puring. In

this plant, the need of methacrylate acid is 672.57 kg/hour and the need of butanol is

3,106.04 kg/hour. The product of butil methacrylate is 1,513.60 kg/hour. Utilities for

this plant are 42,668.33 kg/hour of water supply, 1,963.90 kg/hour of steam need, 50

m3/hour of the pressed-air need, 83.02 kW of the electricity need from 500 kW of

generator and the remain need will be supplied by PLN, and 267.82 L/hour of the diesel

fuel need. In this plant also have laboratory to control quality of raw material, product,

and waste water.

The type of the plant is Perseroan Terbatas (PT). The working systems used in

this plant are shift and non-shift with 116 employee. This butil methacrylate plant use

Rp 14,797,778,874.35 as fixed capital and Rp 57,628,331,914.68 as working capital.

The economic analysis results of this plant show the profit each year as much as: Rp

23,207,178,274.95 (before tax) and Rp 16,245,024,792.47 (after tax), Return On

Investment (ROI) as much as: 17.88% (before tax) and 12.51% (after tax), Pay Out

Time (POT) as long as: 3.59 years (before tax) and 4.44 (after tax), Break Even Point

(BEP) as much as 53.06%, Shut Down Point (SDP) as much as 24.05%, and Internal

Rate Return (IRR) based on Discounted Cash Flow (DCF) as much as 17.92%. From

the economic analytic we can conclude that this plant is profitable and reasonable to

build.

Keywords: Butil methacrylate, Reversible, CSTR.

1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring dengan berkembangnya industri di dunia serta khususnya di Indonesia,

semakin banyak diversifikasi usaha yang telah dilakukan. Indonesia sebagai salah satu

negara dengan populasi penduduk terbesar di dunia, memiliki peran penting dalam

dunia perdagangan industri, baik sebagai produsen maupun konsumen. Apalagi dalam

menghadapi masyarakat ekonomi ASEAN. Banyak faktor yang menyebabkan hal

tersebut terjadi, baik faktor primer maupun sekunder. Sehingga perlu adanya solusi baru

agar Indonesia mampu bersaing dengan negara-negara maju. Salah satu usahanya

adalah dengan pembangunan dan pemantapan industri dalam jangka waktu yang

panjang untuk mencapai peningkatan laju pertumbuhan ekonomi dan lapangan kerja di

Indonesia.

Alasan pendirian pabrik butil metaklirat ini diharapkan dapat membuka lapangan

pekerjaan baru, sehingga dapat menurunkan angka pengangguran di Indonesia,

3

menghemat devisa negara, mengurangi beban impor, serta pabrik butil metakrilat di

Indonesia belum ada yang berdiri.

1.2 Kapasitas Perancangan

Dalam pendirian pabrik butil metakrilat di Indonesia akan direncanakan pada

tahun 2021. Penentuan kapasitas rancangan pabrik butil metakrilat diperlukan beberapa

pertimbangan, salah satunya adalah perkiraan kebutuhan butil metakrilat di Indonesia

serta kapasitas pabrik yang telah berdiri.

1.2.1 Kebutuhan Butil Metakrilat

Kapasitas pendirian pabrik butil metakrilat didasarkan pada kebutuhan impor butil

metakrilat di Indonesia yang berasal dari negara lain. Kebutuhan butil metakrilat di

Indonesia dari tahun ke tahun terus meningkat. Hal ini dapat dilihat pada Tabel 1.1.

Tabel 1.1. Kebutuhan impor butil metakrilat di Indonesia (BPS, 2015).

1.3 Pemilihan Lokasi

Lokasi dari suatu pabrik sangat mempengaruhi kedudukan pabrik tersebut dalam

persaingan dari sebuah pabrik. Pemilihan lokasi pabrik yang tepat, dan menguntungkan

dipengaruhi oleh banyak faktor diantaranya adalah tersedianya bahan baku, pemasaran,

tersedianya tenaga kerja, air, iklim, kebijakan pemerintah, serta sarana penunjang

lainnya.

2 METODE

2.1 Konsep Proses

Butil metaklirat disintesis dengan menggunakan reaksi esterifikasi sebagai berikut

ini (Fauconet et al., 1996).

T = 70 - 180°C

C4H6O2 + C4H10O C8H14O2 + H2O .................................. (2.1)

H2SO4

Dalam proses esterifikasi antar asam metakrilat dengan butanol merupakan suatu reaksi

kesetimbangan. Pada proses ini, butanol asam metakrilat dan asam sulfat dimasukkan ke

Tahun Kebutuhan impor butil metakrilat (ton/tahun)

2010 2.141,3921

2011 2.230,6453

2012 2.659,6163

2013 3.215,0689

2014 3.269,3712

4

dalam reaktor tangki berpengaduk. Reaksi ini terjadi pada suhu 90ºC dengan konversi

93% (Sakakura, 1994).

2.2 Tinjauan Termodinamika

Berdasarkan tinjauan termodinamika, reaksi dapat diketahui membutuhkan panas

(endotermis) ataupun menghasilkan panas (eksotermis) dengan menghitung perubahan

entalpi reaksi (∆H°R). Perubahan entalpi reaksi (∆H°R) dihitung menggunakan panas

pembentukan standar (∆H°f) pada suhu 298K dari reaktan dan produk pada Persamaan

2.2 (Smith, 1970).

∆H°R = ∆H°f produk - ∆H°f reaktan .............................................................. (2.2)

∆H°R = (∆H°f C8H14O2+ ∆H°f H2O) – (∆H°f C4H6O2+ ∆H°f C4H10O) ................. (2.3)

Tabel 2.1. Nilai ∆H°f 298 dan ∆G°f 298 masing – masing komponen (Yaws, 1999).

Komponen ∆H°f 298 (kJ/mol) ∆G°f 298 (kJ/mol)

C4H6O2 -367,94 -287,72

C4H10O -274,73 -150,67

C8H14O2 -422,00 -231,00

H2O -241,82 -228,64

∆H°R 298 = (-422,00 - 241,82) - (-367,94 - 274,73)

= -21,25 kJ/mol

2.3 Alur Proses

Proses pembuatan butil metakrilat terbagi 3 tahap alir prosesnya.

2.3.1 Tahap persiapan bahan baku.

Asam metakrilat dari tangki penyimpanan (F-120) dicampur dengan asam sulfat

dari tangki penyimpanan (F-130) di dalan mixer. Kemudian dialirkan menuju

reaktor serta dicampur dengan butanol dari tangki penyimpanan (F-110) serta dari

hasil recycle untuk direaksikan di dalam reaktor pada suhu 90°C.

2.3.2 Tahap reaksi.

Asam metakrilat dan butanol direaksikan di dalam reaktor alir tangki berpengaduk

R-01 dengan suhu operasi 90°C serta tekanan 1 atm. Perbandingan mol asam

metakrilat dan butanol yaitu 3 : 1. Dimana konversi yang didapatkan 93%

(Sakakura, 1994).

5

2.3.3 Tahap pemurnian hasil.

Produk keluar reaktor akan dipisahkan dalam fase ester dengan fase airnya di

dalam dekanter. Fase air ini akan diumpankan ke dalam evaporator serta fase ester

akan diumpankan ke dalam fase ekstraktor untuk dicuci dengan air. Selanjutnya

fase air akan diumpankan ke dalam evaporator dan fase ester akan dibawa ke

netralizer. Evaporator akan memekatkan larutan asam dengan cara menguapkan

air, sehingga larutan pekat asam di recycle ke dalam reaktor. Larutan ester masuk

ke dalam netralizer akan dinetralkan asamnya dengan menambahkan larutan

NaOH secara stoikiometris dan dipisahkan di dalam dekanter. Fase air akan

dibuang sebagai limbah dan fase ester akan diumpankan ke dalam menara distilasi

serta akan dimurnikan esternya. Butanol akan keluar sebagai hasil atas dan di

recycle ke reaktor serta produk butil metakrilat keluar sebagai hasil bawah.

a. Mixer

Fungsi : Mencampurkan C4H6O2 dengan H2SO4

Jenis : Silinder vertikal

Bahan : Stainless steel SA-304

Volume : 0,1230 m3

Tinggi : 0,7490 m

Diameter : 0,5390 m

Jenis Pengaduk : Turbin

Diameter pengaduk : 0,1800 m

Tebal head : 0,1875 in

Tebal shell : 0,1875 in

Lebar buffle : 0,0310 m

Putaran pengaduk : 1196,1700 rpm

Daya motor : 15 Hp

Jumlah : 1 buah

b. Reaktor

Fungsi : Mereaksikan butanol dengan asam metakrilat .

Jenis : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB)

Suhu : 90oC

6

Tekanan : 1 atm

Volume : 5,7735 m3

Tinggi : 2,5664 m

Diameter : 1,9447 m

Jenis pengaduk : Turbin

Diameter pengaduk : 0,6482 m

Tinggi pengaduk : 0,1296 m

Lebar pengaduk : 0,1620 m

Lebar baffle : 0,1944 m

Putaran pengaduk : 87,6319 rpm

Daya motor : 15 Hp

Bahan : Stainless steel SA-304

Tebal shell : 0,1875 in

Tebal head : 0,1875 in

Jenis pendingin : Jaket

Jumlah : 1

c. Netralizer

Fungsi : Menetralkan asam yang terkandung dalam ester

Suhu : 73,10oC

Tekanan : 1 atm

Volume : 0,8056 m3

Tinggi : 1,5026 m

Diameter : 1,0086 m

Jenis pengaduk : Turbin

Diameter pengaduk : 0,3362 m

Putaran pengaduk : 189,0099 rpm

Daya motor : 15 Hp

Bahan : Stainless steel SA-304

Tebal shell : 0,1875 in

Tebal head : 0,1875 in

Jenis pendingin : koil

7

Jumlah : 1

d. Menara distilasi-01

Fungsi : Memurnikan butil metakrilat

Jenis : Sieve tray

Bahan : Carbon steel SA-283 Grade-C

Tinggi : 12,3912 m

Diameter : 0,8619 m

Jumlah plate aktual : 38

Tebal shell : 0,1875 in

Tebal head : 0,1875 in

Jumlah : 1

3 HASIL DAN PEMBAHASAN

Unit utilitas merupakan unit pendukung proses yang menunjang kebutuhan proses

berupa air, steam, listrik, udara tekan, dan bahan bakar. Unit utilitas menyediakan

kebutuhan proses berupa air sebanyak 42.668,33 kg/jam, steam sebanyak 1.963,90

kg/jam, listrik sebesar 83,02 kW yang akan disediakan oleh generator sebanyak 500

kW dan sisanya oleh PLN, udara tekan sebesar 50 m3/jam, dan bahan bakar berupa solar

sebanyak 267,82 L/jam.

3.1 Manajemen Perusahaan

Pabrik hexamine ini menggunakan bentuk perusahan Perseroan Terbatas (PT)

yang direncanakan berlokasi di kawasan industry Cilegon dengan jumlah karyawan 116

orang.

3.2 Analisis Ekonomi

Modal tetap pabrik ini sebesar Rp 14.797.778.874,35 dan modal kerja sebesar Rp

57.628331.914,68. Dari analisis ekonomi terhadap pabrik ini menunjukkan keuntungan

sebelum pajak Rp 23.207.178.274,95 per tahun, kemudian keuntungan setelah pajak

mencapai Rp 16.245.024.792,47 per tahun. Percent Return on Investment (ROI)

sebelum pajak 17,88% dan setelah pajak 12,51%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak

3,59 tahun dan setelah pajak 4,44 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 53,06%. Shut

Down Point (SDP) sebesar 24,05%. Internal Rate of Return (IRR) terhitung sebesar

17,92%.

8

4. PENUTUP

Analisa kelayakan ekonomi yang dilakukan pada pabrik hexamine meliputi:

1. Keuntungan sebelum pajak = Rp. 23.207.178.274,95

Keuntungan sesudah pajak = Rp. 16.245.024.792,47

2. Return of Investment (ROI) sebelum pajak = 17,88%

Return of Investment (ROI) sesudah pajak = 12,51%

3. Pay Out Time (POT) sebelum pajak = 3,59 tahun

Pay Out Time (POT) sesudah pajak = 4,44 tahun

4. Break Even Point (BEP) = 53,06%

5. Shut Down Point (SDP) = 24,05%

6. Internal Rate Return (IRR)= 17,92%

Berdasarkan analisa kelayakan ekonomi yang telah dilakukan, dapat

disimpulkan bahwa pabrik butil metakrilat dengan porses esterifikasi dengan

kapasitas 12.000 ton/tahun layak untuk didirikan.

DAFTAR PUSTAKA

Badan Pusat Statistik. 2015. http://bps.go.id. Diakses pada tanggal 5 Mei 2015

Fauconet, M. dan Valmont, N. Richard, C. Wald, M. Esch, F. Ming, N. Colin.

1996. 5510514. Process for The Producing of Alkyl (Meth)acrylates by

Direct Esterification. Elf Atochem. Puteaux.

Sakakura, Y. 1994. 5386052. Process for Producing Acrylic or Methacrylic

Esters. Mitsubishi Petrochemical Company Limited. Tokyo. Jepang.

Smith, J.M. dan Vannes. 1970. Chemical Engineering Kinetics. Edisi ke-3. Mc

Graw Hill Book Company. USA.