TAHUN

NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK SODIUM DODEKILBENZEN SULFONAT DENGAN PROSES SULFONASI OLEUM KAPASITAS 120.000 TON/TAHUN

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Strata I Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

Oleh: WAWAN KURNIAWAN D 500 100 026

Dosen Pembimbing: Dr. Ir. AHMAD M. FUADI, MT ROIS FATONI ST, M.Sc, Ph.D

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA SURAKARTA 2015

INTISARI Sodium dodekilbenzen sulfonat (SDBS) merupakan surfaktan, yaitu bahan baku yang digunakan sebagai bahan pembersih, bahan dasar pembuatan sabun dan deterjen serta pembersih lainnya. Senyawa SDBS memiliki sifat linier-alkilbenzen sulfonat (LAS) yaitu rantai alkil lurus yang mampu berdegradasi dengan bantuan mikroorganisme sehingga dapat terurai secara alami di air. Kebutuhan deterjen oleh masyarakat saat ini semakin meningkat baik untuk konsumsi rumah tangga maupun industri, ini berarti kebutuhan SDBS sebagai bahan baku deterjen juga semakin meningkat. Pabrik SDBS berkapasitas 120.000 ton per tahun dengan kemurnian 85% direncanakan akan didirikan di Tangerang, Banten. Pabrik ini membutuhkan bahan baku dodekilbenzen (DDB) sebanyak 77.623,04 ton/tahun, oleum 20% sebanyak 95.670,3938 ton/tahun dan NaOH 40% sebanyak 36.381,82 ton/tahun. Utilitas yang diperlukan meliputi air sebanyak 211.177,7572 kg/jam, listrik 829,083 kW, bahan bakar 365,15 L/jam, steam 3.032,9293 kg/jam. Reaksi antara DDB dan oleum 20% merupakan reaksi sulfonasi dalam fase cair membentuk dodekilbenzen sulfonat (DDBS). Proses sulfonasi dilakukan dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) pada suhu konstan sebesar 46 C dan tekanan 1 atm. Untuk memurnikan hasil sulfonasi yang mengandung asam, maka sisa asam dipisahkan dengan menggunakan decanter. Kemudian DDBS, sedikit DDB dan H2SO4 dinetralkan dengan NaOH 20% menghasilkan SDBS. Untuk mengurangi kadar air dalam SDBS, digunakan evaporator untuk memekatkan SDBS. Sehingga diperoleh hasil utama SDBS dengan kemurnian 85%. Hasil analisa ekonomi pabrik SDBS kapasitas produksi 120.000 ton per tahun adalah hasil penjualan rata-rata pertahun sebesar Rp. 8.138.098.902.230,72. Adapun keuntungan sebelum membayar pajak sebesar Rp. 446.567.251.870,72 dan keuntungan setelah dipotong pajak 30% sebesar Rp. 312.597.076.309,50. Biaya produksi rata-rata pertahun sebesar Rp. 6.195.717.819.875,50. Pay Out Time (POT) sebelum pajak selama 1,17 tahun dan setelah pajak selama 1,59 tahun, Rate Of Return Investement (ROI) sebelum pajak sebesar 75,37% dan setelah pajak sebesar 52,76%, Break Even Point (BEP) sebesar 54,2%. Shut Down Point (SDP) sebesar 46,31%. Umur pabrik selama 10 tahun dan Discounted Cash Flow Rate (DCFR) sebesar 39,5%. Kata Kunci : Sulfonasi, isothermal, sodium dodecylbenzene sulphonate

3

LAS yaitu rantai alkil lurus yang

A. PENDAHULUAN 1. Latar Belakang

mampu

Pertumbuhan dan perkembangan

dengan

mendegradasi bantuan

surfaktan

mikroorganisme.

teknologi di era modern saat ini,

Surfaktan

mengakibatkan

pentingnya

tegangan permukaan dari air dengan

sebagai

membentuk missel yang digunakan

mencuci

dalam menurunkan konsentrasi kadar

peralatan industri-industri maupun

minyak dan noda kotoran pada

rumah tangga. Sehubungan dengan

pakaian.

penggunaan senyawa

deterjen

sintetik untuk

berfungsi

menurunkan

hal tersebut, pemerintah mengambil

SDBS merupakan bahan dasar

kebijaksanaan yang pada hakekatnya

pembuatan sabun dan deterjen serta

bertujuan

pembersih lainnya.

untuk

mengurangi

ketergantungan terhadap negara lain dalam

memenuhi

2. Kapasitas Perancangan Pabrik

kebutuhan

masyarakat berupa deterjen yaitu

Berdasarkan data dari Badan

dengan membangun industri-industri

Pusat Statistik (BPS), kebutuhan

yang dapat mengganti peranan bahan

impor SDBS di Indonesia semakin

impor.

meningkat tahun 2007-2012 yang

Disamping

itu,

dengan

didirikannya pabrik industri SDBS

dapat dilihat pada Tabel 1.1.

akan mendorong berdirinya pabrik-

Tabel 1.1. Data Impor Sodium Dodekilbenzen Sulfonat di Indonesia

pabrik lain yang menggunakan bahan dasar

SDBS

dikembangkan teknologi

untuk kembali

yang

lebih

bisa dalam luas

di

Indonesia. SDBS

merupakan

senyawa

yang mudah terurai secara alamiah dalam air karena memiliki sifat linier-alkilbenzen sulfonat (LAS).

4

No.

Tahun

Kebutuhan (ton/Tahun)

1.

2007

154.030

2.

2008

164.642

3.

2009

174.356

4.

2010

180.737

5.

2011

181.152

6.

2012

185.142

Dirancang pabrik dibangun

60 C.

pada tahun 2020, dengan prediksi

1991).

(Peters

and

Timmerhaus,

impor sebesar 236.840 ton/tahun.

Proses pembuatan SDBS terdiri

Pabrik yang sudah ada di indonesia

atas 2 tahap, yaitu tahap sulfonasi

yaitu PT. Aktif Indonesia Indah

dan

dengan kapasitas sebesar 100.000

sulfonasi mencapai konversi 99%

ton.tahun.

jika

Sehingga

ditetapkan

tahap

netralisasi.

perbandingan

Reaksi

oleum

20%

kapasitas perancangan pabrik sebesar

dengan DDB adalah 1:1,25. Proses

120.000 ton/tahun.

sulfonasi beroperasi dengan suhu

Lokasi

pendirian

pabrik

optimum

direncanakan di daerah Tangerang, Banten

berkisar

37,78-60 C.

(Peters and Timmerhaus, 1991).

dikarenakan bahan baku

Reaksi utama yang terjadi dalam

didapat dari pabrik didaerah Banten,

proses sulfonasi:

mudah akses baik jalur darat maupun

C6H5(C12H25) + H2S2O7

jalur laut, Tangerang juga merupakan

DDB

kawasan industri.

SO3C6H5(C12H25) + H2SO4 DDBS

Oleum

asam sulfat

B. DESKRIPSI PROSES

(Peters and Timmerhaus, 1991).

1. Konsep Reaksi

Reaksi samping:

SDBS adalah bahan deterjen

SO3HC6H5(C12H25)+H2S2O7 DDBS SO3HC6H5(C12H25)SO3H + H2SO4 Disulfonat

yang mudah larut dalam air, dengan lebih dari 80.000 isomer dari C10-C15 pada

rantai

alkil,

tetapi

pada atau; SO3HC6H5(C12H25+C6H5(C12H25) DDBS DDB C12H25(C6H5)SO3(C6H5)C12H25+ H2O Sulfon Asam sulfonat yang masih ada

umumnya yang sering digunakan adalah

dodekan.

(Peters

and

Timmerhaus, 1991). SDBS dapat dibuat melalui reaksi antara DDB dengan H2SO4 100%,

dinetralkan dengan larutan NaOH

oleum 20% atau anhydrous sulfur

20-50% pada suhu 50-55 C (Peters

trioxide dengan suhu antara 37,78-

and Timmerhaus,

5

1991). Reaksi

netralisasi bersifat eksotermis dengan

pendingin untuk menjaga suhu agar

panas reaksi 6-8 kali panas reaksi

tetap konstan.

sulfonasi. (Austin, 1984).

Kemudian dipompakan menuju

Reaksi netralisasi:

mixer-01 untuk menurunkan kadar

SO3HC6H5(C12H25) + NaOH

H2SO4

menjadi 78% agar mudah

dipisahkan.

SO3NaC6H5(C12H25) + H2O

c. Proses pemisahan H2SO4 + 2 NaOH Reaksi

Na2SO4+2H2O netralisasi

bersifat

eksotermis

pendinginan

supaya

suhu

Pemisahan asam sulfat terjadi di

yang

Decanter dimana asam sulfat keluar

perlu

sebagai

reaksi

hasil

bawah

Decanter

sebagai fase berat yang kemudian dipompakan ke tangki penyimpan

dapat dijaga konstan sebesar 55 C.

sebagai

produk

samping

dan o

2. Uraian Proses

disimpan

pada suhu 32 C dan

Untuk mendapatkan produk yang

tekanan 1 atm. Hasil atas Decanter sebagai fase

optimum, proses yang terjadi adalah

ringan terdiri dari DDBS, sedikit

sebagai berikut : a. Persiapan bahan baku

DDB dan H2SO4 dialirkan menuju

DDB dan oleum 20% disimpan

Netraliser untuk direaksikan dengan NaOH.

pada suhu dibawah suhu lingkungan yaitu 30oC dan tekanan 1 atm.

d. Proses netralisasi

Perbandingan massa umpan

Di netraliser terjadi reaksi antara

DDB

dan oleum 20% yang masuk reaktor

DDBS

dengan

NaOH

20%

adalah 1:1,25.

membentuk SDBS dan reaksi antara

b. Proses sulfonasi

H2SO4 dengan NaOH membentuk

Proses sulfonasi terjadi di reaktor

Na2SO4. Reaksi ini terjadi pada suhu 55oC dan tekanan 1 atm.

alir tangki berpengaduk (RATB) pada suhu 46 oC dan tekanan 1 atm.

Pada pabrik ini digunakan NaOH

Dengan konversi sebesar 99%. Pada

40%

reaktor

terlebih dahulu didalam Mixer-02

dilengkapi

dengan

koil

6

sehingga

harus

diencerkan

untuk memperoleh kadar NaOH

20%.

e. Proses pemurnian SDBS

yang

pembentukan DDBS dari DDB dan

keluar

netraliser

dipompaka

Mixer-03

untuk

dari

oleum merupakan reaksi eksotermis.

menuju

Dikatakan

ditambahkan

eksotermis

bila

H r

negatif. Reaksi sulfonasi merupakan

bahan building. Kemudian bahan

reaksi

dipekatkan di Evaporator hingga

(irreversible).

yang

tidak

dapat

balik

kadar air menjadi 3%. Produk 2. Reaksi netralisasi

kemudian dipompakan menuju

SO3H.C6H5(C12H25) + NaOH

tangki penyimpan.

SO3Na.C6H5(C12H25) + H2O

3. Tinjauan Termodinamika Ditinjau

dari

thermodinamika,

Menurut Kirk Othmer (1983)

segi

H r

dengan

untuk

DDBS

penetapan harga kesetimbangan

reaksi

adalah

pembentukan -39

kJ/mol.

Berdasarkan

harga H r

dapat

dapat balik atau tidak. Reaksi

disimpulkan

bahwa

reaksi

SDBS terdiri dari 2 reaksi, reaksi

pembentukan DDBS dari DDB dan

sulfonasi dan reaksi netralisasi.

oleum merupakan reaksi eksotermis.

1.

Dikatakan

reaksi dapat menunjukkan reaksi

Reaksi sulfonasinya adalah:

reaksi

C12H25C6H4SO3H + H2O



dapat

balik

ALAT

1. Reaktor Fungsi :

untuk

Berdasarkan

Mereaksikan

DDB

sebanyak 9.800,889 kg/jam dengan

reaksi

oleum 20% sebanyak 12.079,595

pembentukan DDBS adalah -118,25 kJ/mol.

tidak

PROSES

Menurut Kirk dan Othmer H r

yang

C. SPESIFIKASI

C12H25C6H4SO3H

(1983)

H r

(irreversible).

 H2SO4

C12H25C6H5 + SO3

bila

negatif. Reaksi sulfonasi merupakan

C12H25C6H5 + H2SO4 

H2O + SO3

eksotermis

kg/jam

harga H r

dapat disimpulkan bahwa reaksi

7

Jenis :

Reaktor

Berpengaduk

Alir

(RATB)

Tangki dilengkapi

dengan koil pendingin.

Kondisi Operasi: Tekanan Suhu

ID

: 6,065 in

OD

: 6,625 in

A

: 28,9 in2

A”

: 1,734 ft2/ft

: 1 atm

Diameter lilitan koil : 2,8705 m

: 46°C

Luas perpindahan panas:1.589,098

Volume

: 56,4270 m3

ft2

Bahan

: Stainlees steel

Panjang koil : 279,4 m

Diameter

: 3,5882 m

Jumlah lilitan koil : 31 lilitan

Tinggi

: 4,2924 m

Tinggi tumpukan koil : 2,861 m

Tebal shell

: ¼ in

Tebal head

: 5/16 in

2. Netraliser Fungsi : Menetralkan DDBS dengan

Jumlah reaktor : 3 buah

NaOH 20%.

Pengaduk

Jenis

Jenis

: Six blades turbine

:

Reaktor

Berpengaduk

Alir

Tangki

(RATB)

yang

Diameter Impeller

: 1.1961 m

dilengkapi dengan koil pendingin.

Lebar Impeller

: 0.2990 m

Kondisi Operasi: - Tekanan : 1 atm

Panjang Impeller

: 0.2392 m

: - Suhu

: 55°C 3

Jumlah baffle

: 4 buah

Volume

: 275,3948 m

Lebar baffle

: 0.2990 m

Bahan

:

Kecepatan putar

: 55,2548 rpm

302 Grade A

Power pengaduk

: 18,2574 Hp

Diameter

: 6m

Power Motor

:

Tinggi

: 7,3315 m

Tebal shell

: 3/8 in

Tebal head

: 5/16 in

25

Hp

NEMA Bahan

: Carbon steel SA 302 Grade A

Jumlah pengaduk

Carbon steel SA

Pengaduk

: 1 buah

Jenis

: Six blades turbin

Pendingin

Diameter Impeller

: 1,9995 m

Media

: Air

Lebar Impeller

: 0,4999 m

Jenis

: koil pending

Panjang Impeller

: 0,3999 m

Lebar baffle

: 0,4999 m

Diameter pipa : 6 in

8

Kecepatan putar

:

41,1580

Air

rpm

kantor

dan

Karyawan:

Rumah

tangga

1.000

kg/jam

Power pengaduk

: 55,2335 Hp

Laboratorium: 20,833 kg/jam

Power Motor

: 70 Hp

Kantin, Mushola dan taman :

Bahan :

Stainless Steel SA 302

208,33 kg/jam

Grade A

Poliklinik : 20,833 kg/jam

Jumlah pengaduk

: 1 buah

Total kebutuhan air kantor : 1.250 kg/jam

D. UTILITAS 1. Kebutuhan Air Kebutuhan air di pabrik meliputi:

2. Kebutuhan

a. Air Proses

a. Air proses

pada mixer 1 dan 2 = 8.307,158

:

b. Air make-up

b. Air pendingin air

pendingin

:

179.357,6564 kg/jam pendingin

=

c. Air

896.788,282 kg/Jam. Air pendingin disirkulasi

8.307,158

kg/jam

kg/jam

Kebutuhan

Secara

Kontinyu:

Kebutuhan air untuk pengenceran

80%

Air

kembali,

make-up

pembangkit

steam : 909,8788 kg/jam

dan

d. Air kantor dan rumah tangga:

diperlukan air make-up 20%

1.250 kg/jam

= 20 % x 896.788,282 kg/jam = 179.357,6564 kg/jam

3. Kebutuhan Steam

c. Air Pembangkit steam

a. Kebutuhan steam = 3.032,929

Kebutuhan air pembangkit steam =

3.032,9293

kg/jam.

kg/jam

Air

b. Luas

pembangkit steam 70% disirkulasi,

transfer

panas=

2.336,142 ft²

diperlukan make-up 30% wt= 30% x

c. Kapasitas

3.032,9293 kg/jam

boiler

(Q)

=

6.516.930,727 Btu/jam

= 909,8788 kg/jam

d. Kebutuhan bahan bakar

d. Air sanitasi

388,80 liter/jam 4. Kebutuhan Listrik

9

=

Total kebutuhan listrik yang

ROI sebelum pajak didapat 74,68%

dibutuhkan sebesar 584 Kw,

dan setelah pajak 52,28%.

faktor keamanan 20% sehingga

b. Pay Out Time adalah jumlah tahun

kebutuhan lisrik total sebesar 701

yang dibutuhkan untuk kembalinya

kW sehingga digunakan input

capital investment dengan profit

generator sebesar 900 Kw.

sebelum

E. MANAJEMEN

Didapatkan POT sebelum pajak 1,18

depresiasi.

tahun dan setelah pajak 1,61 tahun.

PERUSAHAAN Bentuk

dikurangi

perusahaan

berupa

c. Break even point adalah titik

Perseroan Terbatas (PT), dengan

imbang yaitu tidak mempunyai suatu

status perusahaan milik swasta yang

keuntungan

berkapasitas 120.000 ton/tahun yang

Didapatkan BEP sebesar 54,6%.

akan didirikan didaerah Tangerang,

d. Shut Down Point (SDP) adalah

Banten.

dimana pabrik mengalami kerugian

1.Analisis Keuntungan

harus

produk

kerugian.

sebesar fixed cost sehingga pabrik

F. ANALISIS EKONOMI

Penjualan

dan

yang

ditutup.

Didapatkan

SDP

sebesar 46,75%.

dihasilkan dalam satu tahun sebesar

e. Discounted cash flow (DCF)

Rp.

Analisis kelayakan ekonomi dengan

8.138.098.902.230,72.

Untuk

total biaya produksi sebesar Rp

menggunakan

7.694.644.134.677,49.

Flow”

Sehingga

”Discounted

merupakan

Cash

perkiraan

keuntungan sebelum pajak sebesar

keuntungan yang diperoleh setiap

Rp.

tahun

439.454.767.553,23.

Untuk

didasarkan

pada

jumlah

pajak 30% sehingga keuntungan

investasi yang tidak kembali pada

yang

setiap tahun selama umur ekonomi.

didapatkan

setelah

pajak

sebesar Rp. 307.618.337.287,26.

Didapatkan DCF sebesar 39,3%.

2.Analisis kelayakan a.

ROI

yaitu

perkiraan

laju

keuntungan setiap tahun yang bisa mengembalikan

modal

investasi.

10

Biaya (Triliun Rupiah)

9,00

Brown, G.G., Donal Katz,

8,00

Foust, A.S., and Schneidewind, R.,

7,00

1978, Unit Operation, Modern Asia

6,00

Edition, John Wiley and Sons, Ic.,

5,00

New York. Brownell, L.E., and Young,

4,00

E.H.,

3,00

1959,

Process

Equipment

Design, John Wiley and Sons, Inc.,

2,00

New York.

1,00

Coulson,

0,00 0,00

50,00

100,00

J.M.,

and

Richardson, J.F., 2005, Chemical

Kapasitas Produksi (%)

Engineering,

Vol

6,

Pergamon

Internasional Library, New York. Groggins, P.H., 1958, Unit

G. KESIMPULAN

Processes in Organics Synthesis, 5th

Dari analisis keuntungan dan analisis

kelayakan

ed., Mc Graw Hill Book Co., Inc.,

didapatkan

New York.

kesimpulan bahwa pabrik SDBS ini

Kern, D.Q., 1983, Process

merupak pabrik dengan resiko yang

Heat Transfer, Mc Graw Hill Book

rendah.

Co., Inc., NewYork.

H. DAFTAR PUSTAKA

Kirk, R.E., and Othmer, D.F.,

Aries, R.S., and Newton,

1983, Encyclopedia of Chemical

R.D., 1955, Chemical Engineering Cost Estimation, Mc Graw Hill

Technology, 3rd ed., John Wiley and

Handbook Co., Inc., New York.

Sons, Inc., New York. Perry,

Austin, G.T., 1984, Shreve’s

and

Perry’s

Green,

Chemical

Chemical Process Industries, 5th ed.,

D.W.,

Mc Graw Hill Book Co., Inc., New

Engineer’s Handbook, 6th ed., Mc

York.

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

Badan Pusat Statistik, 2013, “Statistik

Perdagangan

194,

R.H.,

Peters,

Luar

Negeri”.Jakarta.

Timmerhaus, 11

M.S., K.D.,

1991,

and Plant

Design and Economics for Chemical

Rase, F.H., 1977, Chemical

Engineers, 4th ed., Mc Graw Hill

Reactor Design for Process Plants,

Book Co., Inc., New York.

John Wiley and Sons, Inc., New York.

12