i

NASKAH PUBLIKASI

PRARANCANGAN PABRIK DIBUTYL PHTHALATE DARI PHTHALIC

ANHYDRIDE DAN N-BUTANOL DENGAN KATALIS ASAM SULFAT

KAPASITAS 12.500 TON/TAHUN

Disusun oleh:

Ali Mahmudi

D 500 090 007

Dosen pembimbing:

1. Ir. Nur Hidayati, M.T., Ph.D.

2. Ir. Haryanto A.R., M.S.

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

SURAKARTA

2013

ii

iii

SURAT PERNYATAAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH

Bismillaahirrahmaanirrohiim

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya:

Nama : Ali Mahmudi

NIM : D500 090 007

Fakultas/Jurusan : Teknik/Teknik Kimia

Jenis : Skripsi

Judul : Prarancangan Pabrik Dibutyl Phthalate dari Phthalic

Anhydride dan n-Butanol dengan Katalis Asam Sulfat

Kapasitas 12.500 Ton/Tahun

Dengan ini menyatakan bahwa saya menyetujui untuk:

1. Memberikan hak bebas royalti kepada Perpustakaan UMS atas penulisan karya ilmiah

saya, demi pengembangan ilmu pengetahuan,

2. Memberikan hak menyimpan, mengalihmediakan/mengalih formatkan, mengelola

dalam bentuk pangkalan data (database), mendistribusikannya, serta

menampilkannya dalam bentuk softcopy untuk kepentingan akademis kepada

Perpustakaan UMS, tanpa perlu meminta ijin dari saya selama tetap mencantumkan

nama saya sebagai penulis/pencipta,

3. Bersedia dan menjamin untuk menanggung secara pribadi tanpa melibatkan pihak

Perpustakaan UMS, dari semua bentuk tuntutan hukum yang timbul atas pelanggaran

hak cipta dalam karya ilmiah ini.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan semoga

dapat digunakan sebagaimana semestinya.

Surakarta, Juli 2013

Yang menyatakan

Ali Mahmudi

1

H2 SO4

A. PENDAHULUAN

Sebagai Negara berkembang Indonesia dituntut untuk selalu memperbaiki

sistem perekonomian. Upaya untuk meningkatkan sistem perekonomian tersebut

salah satunya adalah dengan memajukan sistem industrialisasi. Pasar bebas yang

dibuka seluas-luasnya merupakan salah satu alternatif agar terbangun industri

yang kompetitif. Industri kimia yang memproduksi bahan kimia hulu maupun

hasil olahannya merupakan contoh sektor industri yang kompetitif.

Salah satu industri kimia yang dinilai prospektif adalah Plasticizer.

Plasticizer merupakan salah satu bahan penunjang bagi industri plastik yang

berfungsi membentuk sifat kekenyalan atau keliatan agar barang-barang dari

plastik menjadi kenyal, mudah dibentuk dan tidak mudah pecah/patah. Dibutyl

phthalate merupakan salah satu jenis plasticizer yang digunakan di Indonesia.

Dibutyl phthalate diperoleh dari reaksi phthalic anhydride dan 2 molekul

n-butanol melalui satu tahap reaksi esterifikasi disertai pengeluaran air, adapun

reaksinya adalah sebagai berikut (Keyes,1975):

C6H4(CO)2 + 2C4H9OH C6H4(COOC4H9)+ H2O

Phthalic Anhydride n-Butanol Dibutyl Phthalate Air

Dengan menggunakan katalis asam sulfat, waktu reaksi yang digunakan

sangat singkat, sehingga kemungkinan terjadinya reaksi samping sangat kecil.

Produk yang diperoleh dari reaksi esterifikasi adalah 99% dibutyl phthalate.

Selain pertimbangan di atas, pendirian pabrik dibutyl phthalate di

Indonesia didasarkan oleh beberapa hal sebagai berikut:

Menciptakan lapangan pekerjaan sehingga dapat mengurangi jumlah

angka pengangguran dalam negri

Memacu industri-industri baru untuk menggunakan dibutyl phthalate

sebagai bahan bakunya

Mengurangi ketergantungan terhadap negara asing

Meningkatkan pendapatan negara dari sektor industri, serta dapat

menghemat devisa negara

Meningkatkan mutu sumber daya manusia Indonesia lewat alih

teknologi

2

B. PERANCANGAN KAPASITAS

Kapasitas produksi pabrik mempengaruhi perhitungan ekonomis maupun

teknis dalam suatu perancangan pabrik. Dalam menentukan kapasitas rancangan

pabrik dibutyl phthalate ini perlu mempertimbangkan beberapa hal, diantaranya

proyeksi konsumsi dibutyl phthalate, kapasitas produksi dibutyl phthalate

komersial yang sudah ada dan kapasitas minimal atau maksimal yang terpasang.

1. Proyeksi Kebutuhan dibutyl phthalate

Tabel 1. Data impor Indonesia terhadap dibutyl phthalate (BPS, 2006-

2010)

Berdasarkan data yang ditunjukkan pada tabel 1.1. data impor Indonesia

terhadap dibutyl phthalate mengalami pasang surut. Namun kebutuhan dibutyl

phthalate diprediksikan akan mengalami peningkatan pada tahun-tahun

berikutnya.

2. Kapasitas Produksi Pabrik Komersial yang Sudah Ada

Saat ini ada 2 pabrik di Indonesia yang memproduksi dibutyl pthtalate,

yaitu: PT. Indo Polimers Adiputra dengan kapasitas 7.200 ton/tahun dan PT.

Buana Chemical Industries yang berkapasitas 10.000 ton/tahun

(Indochemical’CIC’,2002). Berdasarkan pertimbangan di atas maka diambil

kapasitas produksi rancangan pabrik dibutyl phthalate ini sebesar 12.500

ton/tahun. Berdasarkan faktor lokasi bahan baku, pemasaran, fasilitas transportasi,

utilitas, dan tenaga kerja, maka Gresik, Jawa Timur dirasa tepat untuk dijadikan

lokasi pendirian pabrik dibutyl phthalate dalam perencanaan ini.

No. Tahun Jumlah (kg)

1. 2006 479.571

2. 2007 2.652.987

3. 2008 3.886.947

4. 2009 1.052.693

5. 2010 1.157.688

3

C. PROSES PEMBUATAN DIBUTYL PHTHALATE

Dibutyl phthalate diproduksi dengan mereaksikan antara phthalic

anhydride dan butanol dengan reaksi esterifikasi menggunakan katalis asam

sulfat. Reaksi dijalankan dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) pada

suhu 80-150oC. Reaksi berlangsung dalam fase cair, dengan persamaan reaksi

sebagai berikut (Berman dkk., 1948):

O

C COOC4H9

C6H4 O + C6H4OH C6H4

C COOH

O

COOC4H9 COOC4H9

C6H4 + C6H4OH → C6H4 + H2O

COOH COOC4H9

Monobutyl Phthalate Dibutyl Phthalate Air

Gambar 1. Reaksi Esterifikasi dibuytl phthalate

D. TINJAUAN KINETIKA

Reaksi esterifikasi pembentukan dibutyl phthalate adalah reaksi orde 2

terhadap terhadap monoester. Dari eksperimen diperoleh persamaan empiris untuk

harga k, adalah sebagai berikut (Berman,1949):

8,1205

1010228,110889101,2

)/4516135,15(345

T

TM

BCxCxxk

Dengan :

kT : Konstana laju reaksi dengan katalis (m3/.kmol jam)

C :Prosen berat katalis dalam umpan (%)

B/M : Rasio mol Butanol dan MBP

T : Temperatur

Phthalic Anhyride Butanol Monobutyl Phthalate

Butanol

4

Reaksi esterifikasi pembuatan dibutyl phthalate adalah reaksi eksotermis

atau menghasilkan panas yang ditandai dengan harga panas reaksi pembentukan

bernilai negatif (ΔHf = negatif). Sedangkan dari segi kesetimbangan reaksi (K),

reaksi esterifikasi pembuatan dibutyl phthalate tersebut berjalan ke arah kanan

yang ditandai dengan energi gibs bernilai negatif (ΔG = negatif). ΔG bernilai

negatif juga menunjukkan entropi atau derajat spontanitas (ΔS) reaksi semakin

besar yang berarti reaksi tersebut dapat terjadi.

E. DESKRIPSI PROSES

Secara keseluruhan proses produksi dibutyl phthalate dibagi menjadi 3

tahap yaitu:

1. Tahap persiapan bahan baku

2. Tahap Reaksi

3. Tahap Pemurnian Produk

1. Tahap Persiapan Bahan Baku

Tahap ini dimaksudkan untuk mempersiapkan bahan baku agar sesuai

dengan kondisi operasi. Bahan baku butanol disimpan dalam keadaan cair pada

tangki (F-02) suhu 30oC dan tekanan 1 atm. Dalam kondisi cair jenuh butanol

dipompa melewati heater (E-01) untuk dinaikkan suhunya dari 30oC sampai

117oC kemudian dicampur dengan butanol recycle dari menara destilasi (MD-02)

masuk ke reactor (R-01). Bahan baku phthalic anhydride padatan dari silo bahan

baku (S-01) pada suhu kamar 30oC dan tekanan 1 atm diangkut dengan bucket

elevator menuju melting tank (Mt-01) untuk dicampur dengan asam sulfat

kemudian dilelehkan dan dipompa menuju reactor (R-01).

2. Tahap reaksi

Reaktor yang digunakan adalah Reaktor Alir Tangki Berpengaduk, dengan

kondisi operasi reaktor pada suhu 140oC dan tekanan 1 atm.

3. Tahap Pemurnian Produk

Hasil bawah reaktor didinginkan dengan menggunakan cooler (E-03).

Setelah itu dialirkan ke dalam netralizer (R-02) untuk dinetralkan dengan NaOH

60%. Setelah dinetralisasi, selanjutnya produk dialirkan menuju decanter (DC-01)

5

untuk memisahkan produk dengan endapan garam. Produk atas decanter

selanjutnya dipompakan menuju menara distilasi (MD-01) untuk memurnikan

produk. Produk bawah menara berupa dibuytl phthalate dilewatkan pada cooler

(E-04) untuk diturunkan suhunya dan produk disimpan pada tangki penyimpanan

(F-04). Produk atas reaktor berupa uap jenuh campuran air dan butanol

didinginkan dan dicampur dengan hasil atas MD-01. Campuran air dan butanol ini

selanjutnya dipisahkan menggunakan MD-02. Produk atas berupa uap air yang di

buang ke lingkungan sedangkan produk bawah berupa butanol dikembalikan ke

dalam reaktor. Diagram alir proses produksi dibutyl phthalate dapat dilihat pada

gambar 2.

Dengan kapasitas 12.500 ton/tahun pabrik dibuytl phthalate ini

membutuhkan bahan baku pthalic anhydride sebanyak 1.001,06 kg/jam, n-butanol

1.123,84 kg/jam dan katalis asam sulfat 21,33 kg/jam. Data masing-masing

komponen tiap arus disajikan dalam tabel 2.

6

siloMelting

tank

T.

Asam

sulfat

T. Butanol

Reaktor

Netraliz

er

T.

NaOHDecanter

MD-01

T.DBP

MD-02P-22

P-18

P-19

P-24

P-23

P-20

P-25

P-28

P-15

P-27

P-16

P-17

P-21

1

30

1

4

30

1

3

30

1

2

140

1

61401

P-32

7

30

1

8601

P-33

P-25

9

601

P-34

10

165

1

P-35

P-15

11

40

1

12

232

1

P-36P-26

14

128

1

5

140

1

P-16P-37

13

100

1

Gambar 2. Diagram alir kualitatif pabrik dibutyl phthalate

7

Tabel 2. Data komponen dan massa tiap arus pabrik dibutyl phthalate

Komponen Nomor Arus

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

H2O 0,50 0,11 1,14 0,64 64,98 38,42 11,24 57,26 49,67 7,59

7,59 72,06 0,51

C8H4O3 998,06

998,06

0,08 9,90

9,90 9,90

0,00

C8H6O4 2,00

2,00

0,00 2,00

2,00 2,00

0,08

C4H2O3 0,50

0,50

0,03 0,47

0,47 0,47

0,00

C16H22O4

0,59 1577,69

1577,69 10,51 1577,69 1577,69

0,59

C12H14O4

0,55 221,59

221,59 0,02 221,44 12,76 208,68

209,23

C4H10O

1123,73

103,70 105,51

105,51 0,02 95,00 2,35 92,65 7E-04 196,35

H2SO4

20,69 20,69 0,01 20,67

0,02 29,92

0,00

NaOH

16,87 0,02 0,00

Na2SO4

29,92 0,14

Total 1001,06 1123,84 1022,39 21,33 169,95 1976,26 28,12 2004,39 102,66 1901,73 1592,81 308,92 72,06 406,76

8

F. SPESIFIKASI ALAT UTAMA PROSES

Alat-alat yang digunakan dalam proses produksi dibuytl phthalate harus

disesuaikan dengan kapasitas peracangan dan standar internasional yang umum

digunakan. Dari hasil perhitungan data spesifikasi alat proses pabrik dibuytl

phthalate dengan kapasitas 12.500 ton/tahun adalah sebagai berikut:

1. Silo

Kode alat : S-01

Fungsi : Penampung phthalic anhydride sebelum diumpankan ke

melting tank

Suhu operasi : 30

Tekanan operasi : 1 atm

Diameter : 0,865 m

Tinggi : 0,865 m

Tebal plate shell : 3/16 in

Tebal plate roof : 3/16 in

Bahan konstruksi : Carbon steel SA 135

Harga : US $ 13.500

2. Melting Tank

Kode alat : Mt-01

Fungsi : Melelehkan sekaligus memanaskan phthalic anhydride

dan asam sulfat dari 30oC menjadi 140

oC

Suhu operasi : 140

Tekanan operasi : 1 atm

Diameter : 0,865 m

Tinggi : 1,287 m

Tebal plate shell : 3/16 in

Tebal plate roof : 3/16 in

Bahan konstruksi : Stainless steel SA 304

Harga : US $ 230.000

3. Reaktor

Kode alat : R-01

9

Fungsi : Tempat terjadinya reaksi antara n-butanol dengan phthalic

anhydride menjadi dibutyl pthalate

Suhu operasi : 140

Tekanan operasi : 1 atm

Diameter : 2,508 m

Tinggi : 3,538 m

Tebal plate shell : 3/16 in

Tebal plate roof : 3/16 in

Bahan konstruksi : Stainless steel SA 304

Harga : US $ 230.000

4. Netralizer

Kode alat : R-02

Fungsi : Tempat terjadinya reaksi netralisasi asam sulfat (sisa

reaksi di reaktor) dengan natrium hidroksida menjadi

natrium sulfat

Suhu operasi : 60

Tekanan operasi : 1 atm

Diameter : 1,145 m

Tinggi : 1,668 m

Tebal plate shell : 3/16 in

Tebal plate roof : 3/16 in

Bahan konstruksi : Stainless steel SA 304

Harga : US $ 230.000

5. Dekanter

Kode alat : Dc-01

Fungsi : Tempat terjadinya pemisahan berdasarkan densitas bahan

hasil reaksi di netralizer

Suhu operasi : 60

Tekanan operasi : 1 atm

Diameter : 1,227 m

Panjang : 5,105 m

10

Tebal plate shell : 3/16 in

Tebal plate roof : 3/16 in

Bahan konstruksi : Carbon steel SA 135

Harga : US $ 25.400

6. Menara Distilasi

a. Menara distilasi-01

Kode alat : MD-01

Fungsi : Tempat terjadinya pemisahan produk dibutyl

phthalate dengan sisa reaktan, sehingga produk

dibutyl phthalate yang dihasilkan menjadi 99%

Jenis : Plate sieve tray

Bahan : Carbon steel SA-238 Grade C

Tinggi MD-01 : 3,413 m

Jumlah plate minimum : 0,148 plate

Jumlah plate ideal : 0,416 plate

Jumlah plate aktual : 3 plate

Seksi stripping (bawah) : 2 plate

Seksi enriching (atas) : 1 plate

Diameter atas : 2,032 m

Diameter bawah : 2,904 m

Diameter MD-01 : 2,904 m

Tebal head : 3/16 in

Tebal shell : 3/16 in

Jarak antar tray : 0,55 m

∆Pt : 0,005 atm

Umpan masuk : Tray nomer 1

Kondisi atas

a. FLV : 0,014

b. Uf : 1,604 m/dt

c. An : 2,851 m2

d. AD : 0,389 m2

11

Kondisi bawah

a. FLV : 0,095

b. Uf : 0,656 m/dt

c. An : 5,825 m2

d. AD : 0,794 m2

Harga : US $ 3.848

b. Menara distilasi-02

Kode alat : MD-02

Fungsi : Tempat terjadinya pemisahan n-butanol dan sisa

reaktan dengan air

Jenis : Plate sieve tray

Bahan : Stainless steel SA-304

Tinggi MD-01 : 16,793 m

Jumlah plate minimum : 23,653 plate

Jumlah plate ideal : 33,790 plate

Jumlah plate aktual : 34 plate

Seksi stripping (bawah) : 1 plate

Seksi enriching (atas) : 33 plate

Diameter atas : 0,760 m

Diameter bawah : 2,824 m

Diameter MD-01 : 2,824 m

Tebal head : 3/16 in

Tebal shell : 3/16 in

Jarak antar tray : 0,55 m

∆Pt : 0,005 atm

Umpan masuk : Tray nomer 33 dari atas

Kondisi atas

e. FLV : 0,010

f. Uf : 2,636 m/dt

g. An : 0,399 m2

h. AD : 0,054 m2

12

Kondisi bawah

e. FLV : 0,056

f. Uf : 1,050 m/dt

g. An : 5,508 m2

h. AD : 0,751 m2

Harga : US $ 72.400

13

G. ANALISIS EKONOMI

Analisa ekonomi berfungsi untuk mengetahui apakah pabrik yang akan

didirikan dapat menguntungkan atau tidak dan layak atau tidak jika didirikan

berdasarkan valuasi ekonominya. Berdasarkan evaluasi ekonomi yang telah

dilakukan pabrik direncanakan beroprasi selama 330 hari pertahun dengan jumlah

karyawan 163 orang, modal tetap sebesar Rp 99.105.458.205,44 pertahun. Modal

kerja sebesar Rp 214.150.396.665,74 pertahun. Setelah dipotong pajak

keuntungan mencapai Rp 24.440.684.182,77 pertahun. Percent return on

investment (ROI) sebelum pajak sebesar 11,39% dan sesudah pajak sebesar

8,35%. Pay out time (POT) sebelum pajak sebesar 2,21 tahun dan setelah pajak

2,89 tahun. Break event point (BEP) sebesar 43,69%, shut down point (SDP)

sebesar 27,70%, internal rate of return (IRR) berdasarkan discounted cash flow

(DCF) sebesar 20,91%. Hasil ini dapat ditunjukkan dalam gambar 3.

Gambar 3. Grafik hasil analisis ekonomi pabrik dibutyl phthlate

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0

Mil

iya

r p

er t

ah

un

Kapasitas Pabrik per tahun (%)

Sa

Fa

Va

Ra

SDP

BEP

14

H. KESIMPULAN

Pabrik dibutyl phthalate dari phthalic anhydride dan n-butanol dengan

proses esterifikasi katalis asam sulfat kapasitas 12.500 ton/tahun digolongkan

pabrik beresiko rendah, karena suplai bahan baku dekat (non-impor) dan kondisi

operasi pada kondidi atmosferis (tekanan 1atm dan suhu 140oC).

Kelayakan pabrik berdasarkan analisis ekonomi ditunjukkan dalam tabel 3.

Tabel 3. Perbandingan Anlasisis Ekonomi Perhitungan dan Referensi

(Aries&Newton,1955)

Keterangan Perhitungan Referensi

1. ROI (return on investment)

sebelum pajak

2. POT (pay out time) sebelum

pajak

3. BEP (break even point)

4. SDP (shut down point)

5. DCF (discounted cash flow)

35,23%

2,21th

43,69%

27,70%

20,97%

Low risk 11%

High risk 44%

Low risk 2th

High risk 5th

40%-60%

-

Minimal 20%

Berdasarkan pertimbangan bahwa ROI, BEP, dan DCF untuk pabrik

beresiko rendah perhitungannya memenuhi standar, sehingga pabrik dibutyl

phthalate ini layak unuk didirikan.

15

DAFTAR PUSTAKA

Aries, R.S, and Newton, R.D., 1995, “Chemical engineering Cost Estimation”,

Mc. Graw Hill Book Co Inc., New York.

Berman, S., Melnychuk, A.A., and Othmer, D.F. 1948.“Dibutyl Phthalate:

Reaction Rate of Catalitic Esterification”. J. Industrial and Engineering

Chemistry. Vol 40, no 7 1312-1319.

Biro Pusat Statistik, 1998-2004, Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia.

Jakarta.

Faith, Keyes, and Clark, 1975, Industrial Chemical, 4th Edition, John Wiley and

Sons Inc., New York.

16

LAMPIRAN

Hasil tes originalitas karya ilmiah, tes menggunakan software turnitin: