TAHUN

TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK STYRENE DENGAN PROSES DEHIDROGENASI KATALITIK ETILBENZENE KAPASITAS 130.000 TON/TAHUN

HALAMAN JUDUL

Oleh : NUR HIDAYATI MAHMUDAH I 0511036

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015

i

KATA PEGANTAR

Alhamdulillah puji syukur kepada Alloh

karena rahmat dan hidayah-

Nya, laporan tugas akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Styrene Proses Dehidrogenasi Katalitik EtilBenzene Kapasitas 130.000 Ton/Tahun” selesai. Dalam penyusunan tugas akhir ini, bantuan baik berupa dukungan moral maupun material dari berbagai pihak turut mendukung penyelesaiannya. Karena itu, ucapan terima kasih ditujukan kepada kedua orang tua yang telah memberikan kami banyak dukungan baik moral dan material, Dr. Sunu Herwi Pranolo S.T. M.Sc., sebagai dosen Pembimbing I dan Dr. Sperisa Distantina S.T., M.T., selaku dosen Pembimbing II. Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia UNS khususnya Tika, Tifa, Trias, Risma, Arini, Putria, Cornel, Iddo, dan Sartanto S.T., telah memberikan banyak bantuan penyusunan tugas akhir ini. Laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, jadi saran dan kritik membangun sangat diharapkan. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat.

Surakarta, Oktober 2015

Penulis

iii

ii

DAFTAR PUSTAKA

Anon., 2015. Matche Price. [Online] Available at: www.matche.com [Accessed 29 Juni 2015]. Aries, R.S. and Newton, R.R., 1955, Chemical Engineering Cost Estimation, McGraw- Hill Book Co. Inc., New York. Atalay, F.S. and Atalay, S., 1991, Kinetics of Acetaldol Production, Department of Chemical Engineering, Ege University, Bornova-Izmir, Turkey. Bank Indonesia, 2015. Info Kurs. [Online] Available at: www.bi.go.id [Accessed 29 Juni 2015]. Bank Mandiri, 2015. Bank Mandiri. [Online] Available at: bankmandiri.co.id [Accessed 29 Juni 2015]. Biro Pusat Statistik, 2007 - 2013, Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia Impor Menurut Jenis Barang dan Negeri Asal, Semarang. Branan, C. R., 1994. Rules af Thumb for Chemical Engineers. Gulf Publishing Company. Houston. Brown, G.G., 1978, Unit Operation, Modern Asia Edition, Charles Turtle Co., Tokyo. Brownell, L.E. and Young, E.H., 1959, Process Equipment Design, Wiley Eastern Limited, New Delhi. Coulson, J.M. and Richardson, J.F., 1983, An Introduction to Chemical Engineering Design, Volume 6, Pergamon Press, Oxford.

54

Fogler, H.S., 1999. Elements of Chemical Reaction Engineering. 3rd ed. New Jersey: PHI. Foust, A.S., 1980, Principles of Unit Operation, 2nd ed., John Wiley and Sons Inc., New York. Guthrie, J.P., 1973, The Aldol Condensation of Acetaldehyde : the Equilibrium Constant for the Reaction and the Rate Constant for the Hydroxide Catalyzed RetroAldol Reaction, Department of Chemistry, University of Western Ontario, London. Kern, D.Q., 1965, Process Heat Transfer, McGraw-Hill Book Co, Tokyo Kirk, K.E. and Othmer, V.F., 1978, Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley and Sons Inc., New York. McKetta, J.J and Cunningham, W.A., 1976, Encyclopedia of Chemical Engineering and Design, Marcel Dekker Inc., New York. Perry, R. & Green, D., 1984. Perry's Chemical Engineers' Handbook. 6th ed. New York: Mc. Graw Hill Companies, Inc. Perry, R. & Green, D., 1997. Perry's Chemical Engineers' Handbook. 7th ed. New York: Mc. Graw Hill Companies, Inc. Perry, R. & Green, D., 2008. Perry's Chemical Engineers' Handbook. 8th ed. New York: Mc. Graw Hill Companies, Inc. Peters, M.S. and Timmerhaus, K.D., 1991, Plant Design and Economics for Chemical Engineer, 4 th ed., McGraw- Hill Book Co. Inc., Singapore. Rase, H. F., 1977, Chemical Reaction Design for Process Plant, 3rd ed. John Wiley and Sons Inc, New York.

55

Severn, W.H., Degler, H.E., Milles, J.C., 1990, Steam, Air, and Gas Power, 5th ed., Modern Asia Edition, John Wiley and Sons Inc., New York Smith, J.M. and Van Ness, H.C., 1996, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 5th ed., McGraw- Hill Kogakusha Ltd., Tokyo Timmerhaus, Klaus D., Peters M.S., 1991, Plant Design and Economics, McGraw Hill International Treybal, R.E., 1981, Mass Transfer Operation, McGraw- Hill Kogakusha Ltd., Tokyo Ullmann’s,

1985,

“Encyclopedia

of Industrial

Chemistry”,

A-1,

VCH

Verlagsgesell Schaff mb, Germany Ulrich, G. D., 1984. A Guide to Chemicah Engineering Process and Economic. John Wiley & Sons Inc. Japan Walas, S.M., 1990. Chemical Process Equipment: Design and Selection. Stoneham: Butterworth Publisers Widjaja, G., dan Yani, A., 2003, Perseroan Terbatas, Raja Grafindo Persada, Jakarta Yaws, C.L., 1999, Thermodynamic and Physical Property Data, McGraw- Hill Book Co. Inc., New York www.data.un.org (akses tanggal 20-21september 2015) www.ed.icheme.org/costchem.html www.icis.com/StaticPages/a-e.htm www.matche.com

56

57

INTISARI Nur Hidayati Mahmudah, 2015, Prarancangan Pabrik Styrene dengan Proses Dehidrogenasi Katalitik Etilbenzene Kapasitas 130.000 Ton/Tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret, Surakarta Pabrik Styrene dengan kapasitas 130.000 ton/tahun direncanakan didirikan di kawasan industri Pulo Ampel, Banten, pada tahun 2018 dan beroperasi pada tahun 2020 dengan bahan baku berupa etilbenzene sebanyak 154.000,13 ton/tahun, dengan kebutuhan spesifik bahan baku 1,185 ton/ton produk (komposisi etilbenzene 99,85% (w/w), benzene 0,1% (w/w), toluene 0,05% (w/w)), yang diperoleh dari pabrik Styrindo Mono Indonesia Banten. Dari proses pembentukan Styrene dihasilkan juga produk lain berupa Benzene sebanyak 1.679,34 ton/tahun, Toluena sebanyak 3.542,47 ton/tahun, Karbondioksida sebanyak 4.343,16 ton/tahun, Hidrogen sebanyak 3.295,26 ton/tahun dan sisa etilbenzene 76.933 ton/tahun. Pabrik beroperasi selama 24 jam per hari, dan 330 hari per tahun dengan waktu shut down satu bulan. Reaksi pembentukan styrene berlangsung menurut mekanisme reaksi dehidrogenasi etilbenzene dan Shell 105 sebagai katalisnya. Reaksi fase gas di dalam reaktor jenis fixed bed adiabatic pada suhu 600-650 oC dan tekanan 1,92 bar, reaksinya bersifat endotermis dengan konversi 65%. Produk keluar reaktor didinginkan, dan selanjutnya dimurnikan secara berturut-turut pada separator tiga fase dan menara destilasi D-01 dan D-02. Produk styrene diperoleh pada dasar menara destilasi D-01 dengan kemurnian 99,7% w/w. Kebutuhan utilitas meliputi air sebanyak 12,39 m3/ton produk, steam sebesar 1.279,98 kg/ton produk, udara tekan (P = 4,05 bar, T = 35°C) sebanyak 2,79 m3/ton produk, listrik sebesar 14,28 kWh/ton produk, dan bahan bakar batu bara sebesar 1,28 kg/kg produk. Pabrik juga didukung laboratorium yang mengontrol mutu bahan baku, produk dan air, serta bagian Kesehatan dan Keselamatan Kerja (K3). Bentuk perusahaan adalah Perseroan Terbatas (PT) dengan struktur organisasi line dan staff. Jumlah kebutuhan tenaga kerja sebanyak 210 orang, yaitu 86 karyawan non-shift dan 124 karyawan shif. Harga jual styrene adalah US$ 1,66/kg dan harga bahan baku etilbenzen adalah US$ 0,78/kg. Hasil analisis ekonomi prarancangan pabrik diperoleh besarnya return on investment sebelum dan sesudah pajak adalah 50,76% dan 35,53%, pay out time sebelum dan sesudah pajak adalah 1,65 dan 2,20 tahun, break even point sebesar 43,86%, serta shut down point sebesar 29,48% dan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 32,02%. Berdasarkan analisa ekonomi dapat disimpulkan bahwa pabrik styrene ini layak didirikan.

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................. i LEMBAR PENGESAHAN....................................................................................... ii KATA PENGANTAR ............................................................................................. iii DAFTAR ISI ........................................................................................................... iv DAFTAR TABEL ................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. viii INTISARI ................................................................................................................ xi BAB I

PENDAHULUAN ...................................................................................... 1

I.1

Latar Belakang Pendirian Pabrik ................................................................. 1

I.2

Kapasitas Perancangan ................................................................................ 4

I.3

Penentuan Lokasi Pabrik ............................................................................. 7

I.4

Tinjauan Pustaka......................................................................................... 9

I.5

Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk .......................................... 10

BAB II DESKRIPSI PROSES ............................................................................... 12 II.1

Spesifikasi Bahan Baku dan Produk .......................................................... 12

II.2

Konsep Proses .......................................................................................... 14

II.3

Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses .................................................. 17

II.4

Lay Out Pabrik dan Peralatan .................................................................... 24

BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES ................................................................. 28 BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ....................... 38 VI.1 Unit Pengadaan Air ................................................................................... 39 VI.2 Unit Pengadaan Listrik ............................................................................. 40 VI.3 Unit Pengadaan Udara Tekan .................................................................... 41 VI.4 Unit Pengadaan Steam dan Bahan Bakar ................................................... 41 VI.5 Unit Pengolahan limbah ............................................................................ 42 VI.6 Unit Laboratorium ..................................................................................... 43 BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ............................................................... 44 V.1

Bentuk Perusahaan.................................................................................... 44

iv

V.2

Struktur Organisasi ................................................................................... 45

V.3

Pembagian Jam Kerja Karyawan............................................................... 47

V.4

Tugas dan Wewenang ............................................................................... 47

V.5

Pembagian Jam Kerja Karyawan dan Gaji Karyawan ................................ 47

BAB VI ANALISIS EKONOMI ............................................................................. 51 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 54 LAMPIRAN A SIFAT FISIS BAHAN ................................................................... 57 LAMPIRAN B NERACA MASSA......................................................................... 63 LAMPIRAN C NERACA PANAS ......................................................................... 75 LAMPIRAN D PERANCANGAN REAKTOR ...................................................... 81 LAMPIRAN E ANALISIS EKONOMI ................................................................ 111

v

DAFTAR TABEL

Tabel I.1 Data Kebutuhan Styrene di Indonesia ......................................................... 4 Tabel I.2 Data Ekspor Styrene................................................................................... 5 Tabel I.3 Daftar Pabrik Styrene beserta Lokasi dan Kapasitas Produksinya ............... 6 Tabel I.4 Faktor Pemilihan Lokasi Pabrik ................................................................. 7 Tabel I.5 Perbandingan Proses Pembuatan Styrene.................................................... 9 Tabel I.6 Sifat Fisis Bahan Baku dan Produk .......................................................... 10 Tabel II.1 Data-data Harga ∆Hfo ............................................................................. 15 Tabel II.2 Neraca Massa Total ................................................................................ 20 Tabel II.3 Perincian Luas Tanah Pabrik................................................................... 25 Tabel III.1 Spesifikasi Mixer ................................................................................... 28 Tabel III.2 Spesifikasi Static mixer.......................................................................... 29 Tabel III.3 Spesifikasi Reaktor ................................................................................ 29 Tabel III.4 Spesifikasi Separator Tiga Fase ............................................................. 30 Tabel III.5 Spesifikasi Menara Destilasi .................................................................. 30 Tabel III.6 Spesifikasi Tangki Penyimpanan ........................................................... 31 Tabel III.7 Spesifikasi Evaporator .......................................................................... 32 Tabel III.8 Spesifikasi Waste Heat Boiler................................................................ 33 Tabel III.9 Spesifikasi Accumulator ........................................................................ 33 Tabel III.10 Spesifikasi Condensor ......................................................................... 34 Tabel III.11 Spesifikasi Reboiler ............................................................................ .35 Tabel III.12 Spesifikasi Pompa .............................................................................. .36 Tabel III.13 Spesifikasi Heat Exchanger ................................................................ .37 Tabel IV.1 Kebutuhan Listrik untuk Proses dan Utilitas .......................................... 40 vi

Tabel IV.2 Total Kebutuhan Daya Listrik Pabrik .................................................... 41 Tabel IV.3 Spesifikasi Boiler .................................................................................. 42 Tabel V.1 Perincian Kualifikasi, Jumlah, dan Gaji Karyawan Non Shift .................. 48 Tabel V.2 Perincian Kualifikasi, Jumlah, dan Gaji Karyawan Shift ......................... 49 Tabel V.3 Jadwal Regu Shift ................................................................................... 50

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar I.1 Peta Lokasi Pabrik .................................................................................. 9 Gambar II.1 Mekanisme Reaksi Dehidrogenasi Ethylbenze ..................................... 15 Gambar II.2 Diagram Alir Kualitatif ....................................................................... 21 Gambar II.3 Diagram Alir Kuantitatif ..................................................................... 22 Gambar II.4 Diagram Alir Proses ............................................................................ 23 Gambar II.5 Tata Ruang Pabrik ............................................................................... 26 Gambar II.6 Tata Letak Peralatan Proses ................................................................. 27 Gambar IV.1 Skema Pengolahan Air....................................................................... 39 Gambar V.1 Struktur Organisasi ............................................................................. 46 Gambar VI.1 Grafik Analisa Kelayakan .................................................................. 53

viii