prarancangan pabrik n-butil metakrilat dari asam ...eprints.ums.ac.id/54462/16/naspub scan-1.pdf ·...
TRANSCRIPT
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.