PRARANCANGAN PABRIK ASAM ASETAT DENGAN PROSES MONSANTO KAPASITAS 120.000 TON/TAHUN
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Strata Satu Pada Program Studi Teknik Kimia
Oleh :
Darmanto D 500 120 016
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2017 i
HALAMAN PENGESAHAN
PRARANCANGAN PABRIK ASAM ASETAT DENGAN PROSES MONSANTO KAPASITAS 120.000 TON/TAHUN
PUBLIKASI ILMIAH
Oleh :
Darmanto D 500 120 016
Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh :
Dosen pembimbing,
Hamid Abdillah, S.T., M.T NIK : 894
i
HALAMAN PENGESAHAN
PRARANCANGAN PABRIK ASAM ASETAT DENGAN PROSES MONSANTO KAPASITAS 120.000 TON/TAHUN
Oleh : DARMANTO D 500 120 016
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Pada hari Jum’at, 17 Maret 2017 dan dinyatakan telah memenuhi syarat
Dewan Penguji : (…………..…)
1. Kusmiyati, Ph.D (Ketua Dewan Penguji)
(…………..…)
2. Ir. Haryanto, A.R , Ms (Anggota 1 Dewan Penguji) 3. Hamid Abdillah, S.T., M.T. (Anggota II Dewan Penguji)
Dekan,
Ir. H. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D. NIK. 682
ii
(……..….…...)
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam naskah publikasi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka. Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya di atas, maka akan saya pertanggungjawabkan sepenuhnya.
Surakarta, Maret 2017
Penulis
Darmanto D 500 120 016
iii
PRARANCANGAN PABRIK ASAM ASETAT DENGAN PROSES MONSANTO KAPASITAS 120.000 TON/TAHUN Abstrak Kebutuhan asam asetat di Indonesia belum terpenuhi oleh produsen lokal, sehingga harus melakukan impor dari luar negeri. Pabrik asam asetat dirancang dengan kapasitas 120.000 ton/tahun dan diharapkan dapat memenuhi kebutuhan asam asetat untuk memacu perkembangan industri di Indonesia. Bahan baku pembuatan asam asetat yaitu karbon monoksida dan metanol, dengan menggunakan bahan pembantu yaitu metil iodida dan rhodium sebagai katalis. Langkah proses dibagi menjadi 3 tahap yaitu, tahap persiapan bahan baku, tahap pembentukan produk di reaktor, dan tahap pemurnian produk. Kondisi operasi pada suhu 177 oC dan tekanan 30 atm yang bersifat eksotermis, irreversible. Kebutuhan metanol sebesar 8.135,94 kg/jam, karbon monoksida 11. 098,31 kg/jam, hasil produk asam asetat 15.182,10 kg/jam. Utilitas yang meliputi, penyediaan air, steam, bahan bakar, tenaga listrik dan udara tekan. Pabrik ini didukung unit laboratorium untuk menjaga kualitas mutu bahan baku dan produk. Bentuk perusahaan ini yaitu Perseroan Terbatas (PT), yang dipimpin oleh direktur utama. Hasil analisa eonomi diperoleh, Percent of Return On Investment (ROI) sebelum pajak 51,35 % dan setelah pajak 25,67 %. Pay Out Time (POT) sebelum pajak selama 1,62 tahun dan setelah pajak 2,80.tahun. Break Event Point (BEP) sebesar 40,60 %, Shut Down Point (SDP) sebesar 27,94 % dan Internal Rate of Return (IRR) sebesar 34,93 %.
Kata kunci : asam asetat, metanol, karbon monoksida
Abstract
Acetic acid in Indonesia needs unmet by local producers, so it must be imported from abroad. Acetic acid plant is designed with a capacity of 120.000 tonnes / year and is expected to meet the needs of acetic acid to spur industrial development in Indonesia. Raw material for making acetic acid which are carbon monoxide and methanol, using methyl iodide as an adjuvant, and rhodium as catalysts. Process step is divided into three stages, that is, raw material preparation stage, the stage of product formation in the reactor, and product purification stage. Operating conditions at a temperature of 177 °C and a pressure of 30 atm which is exothermic, irreversible. Methanol requirement of 8.135,94 kg / h, carbon monoxide 11. 098,31 kg / hr, acetic acid product results 15.182,10 kg / h. Utilities that include, the provision of water, steam, fuel, electricity and compressed air. This factory is supported by laboratory unit to maintain the quality of raw materials and product quality. The shape of this company is a Limited Liability Company (PT), which is led by the chief executive. Results of the economic analysis are obtained, Percent of Return On Investment (ROI) before tax after tax 51,35% and 25,67%. Pay Out Time (POT) before tax is 1,62 year and after tex is 2,80 year. Break Event Point (BEP) is 40,60 %, Shut Down Point (SDP) is 27,94 % and Internal Rate of Return (IRR) is 34,93 %.
Keywords : acetic acid, methanol, carbon monoxide 1
1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pendirian pabrik Industri kimia merupakan salah satu sektor industri yang berfokus pada bidang bahan bahan kimia. Oleh sebab itu industri kimia di Indonesia perlu ditingkatkan dan dikembangkan untuk menuju bangsa yang mandiri, salah satunya yaitu industri asam asetat.. Industri asam asetat perlu dikembangkan karena asam asetat memiliki prospek yang cukup baik. Industri asam asetat juga memiliki pasar yang luas dalam penggunaanya sebagai bahan dasar maupun bahan tambahan dalam industri kimia, seperti industri purified terephthalic acid (PTA), industri etil asetat, industri plastik, industri farmasi, industri cat, industri karet sebagai koagulan latex dan lain-lain. Kebutuhan asam asetat di Indonesia belum terpenuhi oleh produsen lokal, yaitu PT. Indo Acidatama Chemical Industri. Sehingga untuk memenuhi kebutuhan asam asetat dalam negeri masih memerlukan ketergantungan impor dari negara lain. Oleh karena itu perlu untuk mengurangi impor asam asetat perlu didirikan pabrik asam asetat di Indonesia. Ada beberapa manfaat dalam pendirian pabrik Asam setat di Indonesia diantara lain : Dapat memenuhi kebutuhan asam asetat dalam negeri,Dapat membuka lapangan pekerjaan baru dan menurunkan tingkat pengangguran, Untuk mengurangi beban impor,Untuk mendukung usaha pemerintah dalam pengembangan industri kimia yang menggunakan asam asetat sebagai bahan baku. 1.2 Penentuan Kapasitas Pabrik Kapasitas prarancangan didasarkan berdasrakan beberapa aspek, yaitu antara lain kebutuhan asam asetat dalam negeri, kapasitas minimum pabrik yang sudah ada. Berikut adalah data impor asam asetat 5 tahun terakhir. kebutuhan asam asetat
114.000,000
y = 1977x + 99995 R² = 0,6965
112.000,000 110.000,000 108.000,000 106.000,000
Series1
104.000,000
Linear (Series1)
102.000,000 100.000,000 0
1
2
3
4
5
6
tahun ke
Gambar 1. Data impor asam asetat 2
Dari persamaan grafik diatas diperkirakan kebutuhan asam asetat akan semakin meningkat. Sehingga dirancang dengan kapasitas 120.000 ton/tahun.
2 METODE Proses pembuatan asam asetat dilakukan dalam reaktor gelembung dengan menggunakan katalis rhodium pada fase gas-cair. (Ulrich , 1984) CH3COOH + CO(g) (Rh)
CH3COOH(l)...............................................................(1)
2.1 Tinjauan Termodinamika Dari Tabel Entalpi Pembentukan pada 298,15 K, diketahui (Yaws, 1999): ΔHf298,15 CH3COOH = -239,1 kJ/mol ΔHf298,15 CH3COOH = -484,4 kJ/mol ΔHf298,15 CO
= -110,53 kJ/mol
ΔH0reaksi
= ∑ ΔHf produk - ∑ ΔHf reaktan = -134,77 kJ/mol
Sedangkan ΔHreaksi pada suhu 1770C adalah: T= 177 0C = 450,15 K (∑ ΔHf)produk
= (∑ ΔHf)produk,298,15 + (∫Cp.dT)produk = -484,4 + 21,86 = -462,54 kJ/mol
(∑ ΔHf)reaktan = (∑ ΔHf)reaktan,298,15 + (∫Cp.dT)reaktan = (-239,1 + (-110,53))+(13,98+4,55) = -331,1 kJ/mol ΔHreaksi
= (∑(nΔH0f)produk- ∑(nΔH0f)reaktan)450,15 = -462,54- (-331,1)kJ/mol = -153,3 kJ/mol
Dari perhitungan ∑ΔHreaksi reaksi di atas, maka dapat disimpulkan bahwa reaksi pembentukan asam asetat bersifat eksotermis. Perubahan energy Gibbs dapat dihitung dengan persamaan: ∑ΔG0298 = - R T In K.....................................................................................................(2) Dengan: ΔG0298
= energy bebas Gibbs standar suatu reaksi pada 298 K (kJ/mol)
R
= konstanta gas ( R = 8,314.10-3 kJ/mol.K)
T
= temperatur (K) 3
Dari tabel energy Gibbs pembentukan gas pada 298 K, diketahui (Yaws, 1999): ΔG0CH3OH
= -162,51 kJ/mol
ΔG0CO
= -137,28 kJ/mol
0
= -376,69 kJ/mol
ΔG CH3COOH
ΔG0298 = ΔG produk – ΔG reaktan = (-376,69)-((-162,51)+(-137,28)) = -76,8 kJ/mol G RT
In K
=
In K
=-
K
= 2,972.1013
76 ,9kJ / mol 8,314 .10 3 kJ / mol .K 298 K
31,023
Dari persamaan: In
K K1
H R
1 T
1 T1 ............................................................................................(3)
(Smith and Van Ness, 1987) Dengan: K1
= konstanta kesetimbangan pada temperatur tertentu
T1
= temperatur tertentu (K)
ΔH
= panas reaksi pada 298 K = -153,3 kJ/mol
Pada suhu operasi 1770C = 453,15 K, besarnya konstanta kesetimbangan dapat dihitung sebagai berikut: In
K K1
In
2,972.1013 K1
In
2,972.1013 K1
2,972.1013 K1 K1
H R
1 T
1 T1
153,3 8,314.10 3
1 298,15
1 453,15
21,154 1,53.109
19 .373 ,31
4
Dari perhitungan diketahui bahwa reaksi pembentukan asam asetat berlangsung searah atau cukup irreversible, , karena harga konstanta kesetimbangan K yang besar. 2.2 Kinetika reaksi Proses pembentukan karbon monoksida dengan metanol terjadi di dalam reaktor gelembung dengan kondisi operasi 177 oC. Persamaan kinetika reaksinya yaitu, (Yuying, Chen, Yuan G, dan Chen R, 1989) M
=
k .C A D AL K AL
2
………………………………………………………(4)
dimana, k0
=
2,57 1010
L mol s
Sehingga nilai k
3
,E
= 22,0 kcal/mol
= 0,629 l/mol/s
HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Spesifikasi Alat Reaktor Kode
: R-201
Fungsi
: untuk mereaksikan methanol dan karbon monoksida menjadi asam asetat
Jenis
: Reaktor Gelembung
Jumlah
: 1 buah
Kondisi operasi
:
Suhu masuk : 176,67 oC Suhu keluar : 176,67 oC Tekanan Dimensi reaktor
: 30 atm :
Diameter reaktor
: 1,142 m
Tinggi reaktor
: 2,93 m
Volume reaktor
: 2,487 m3
Tebal shell reaktor
: 1,5 in
Tebal head reaktor
: 1,25 in
Pendingin : koil 5
Diameter luar koil
: 14 in
Diameter dalam koil : 13,25 in Panjang
: 42,55 m
Diameter gelembung
: 0,505 cm
Bahan
: stainless steel
Menara distilasi 1 Kode
: D-401
Fungsi
: untuk memisahkan metanol dengan produk asam asetat
Jenis
: Plate sieve tray
Jumlah
: 1 buah
Kondisi operasi
:
Kolom Distilasi Atas Tekanan
: 1 atm
Temperatur
: 44,07 oC
Diameter
: 0,632 m
Tebal shell
: 3/16 in
Tebal head
: 3/16 in
Tinggi head : 5,17 in Kolom Distilasi Bawah Tekanan
: 1 atm
Temperatur
: 115,260 oC
Diameter
: 0,720 m
Tebal shell
: 3/16 in
Tebal head
: 3/16 in
Tinggi head : 5,17 in Tinggi menara distilasi : 11,063 m Bahan
: stainless steel
3.2 UNIT PENDUKUNG PROSES Kebutuhan air sebesar 13.689,35 kg/jam yang meliputi air sanitasi, steam dan pendingin. Kebutuhan solar sebesar 248,43 L/jam, udara tekan sebesar 50 m3/jam. Unit penyediaan tenaga listrik sebesar 250 kW yang dipenuhi oleh PLN.
6
3.3 MANAJEMEN PERUSAHAAN Bentuk perusahaan yang akan dijalankan yaitu Perseroan Terbatas. Alasan dipilihnya bentuk PT pada perusahaan ini dilatarbelakangi atas beberapa pertimbangan antara lain (Isfardiyana, 2015) : Mudah mendapatkan modal yaitu dengan menjual saham perusahaan Tanggung jawab pemegang saham terbatas sehingga kelancaran produksi hanya dipegang oleh pimpinan perusahaan Pemilik dan pengurus perusahaan terpisah satu sama lain. Pemilik perusahaan adalah para pemegang saham dan pengurus perusahaan adalah direksi beserta staff yang diawasi oleh dewan komisaris. Kelangsungan hidup perusahaan lebih terjamin, karena tidak berpengaruh dengan berhentinya pemegang saham, direksi beserta staff dan karyawan perusahaan. Efisiensi dari manajemen. Para pemegang saham duduk dalam dewan komisaris dan dewan komisaris ini dapat memilih dewan direksi diantaranya direktur utama yang cakap dan berpengalaman. Lapangan usaha lebih luas, suatu PT dapat menarik modal yang sangat besar dari masyarakat sehingga dengan modal ini PT dapat memperluas usahanya. 3.4 ANALISA EKONOMI Analisa ekonomi pabrik asam asetat ini bertujuan untuk memperkirakan investasi yang didapat, waktu kembalinya modal serta layak atau tidaknya pabrik ini jika didirikan. Rp500 Rp450
Dollar/ tahun ( x 106 )
Rp400
Ra
Rp350 Rp300 Rp250
Sa
Rp200 Rp150
Va SDP
Rp50
0,3 Ra
Rp0
10
20
30
BEP
Rp100
Fa 40
50
60
70
Kapasitas Produksi per tahun (%)
Gambar 2. Grafik Analisa Ekonomi 7
80
90
100
Dari hasil perhitungan analisa ekonomi, didapatkan kesimpulan bahwa pabrik asam asetat dengan kapasitas produksi 120.000 ton/tahun ini layak didirikan. 4
PENUTUP Modal tetap yaitu sebesar Rp. 785.457.962.777 Modal kerja yaitu sebesar Rp. 455.970.978.794 Keuntungan sebelum pajak Rp. 403.389.987.571 per tahun Keuntungan setelah pajak Rp. 201.694.993.785per tahun Return On Investment (ROI) sebelum pajak 51,35 % ROI sesudah pajak 25,67 % ROI sebelum pajak untuk pabrik berisiko rendah lebih besar dari 11% (Aries & Newton.1955) Pay Out Time (POT) sebelum pajak 1,62 tahun POT sesudah pajak 2,80 tahun POT sebelum pajak untuk pabrik berisiko maksimal 5 tahun. Break Event Point (BEP) adalah 40,60 % dan Shut Down Point (SDP) adalah 27,94 %. BEP untuk pabrik kimia pada umumnya berkisar antara 40%-60%. Internal Rate of Return (IRR) adalah 34,93 %
DAFTAR PUSTAKA Aries, R.S and Newton R.D., 1955, Chemical Engineering Cost Estimation, Mc Graw Hill Book Company, New York. Badan Pusat Statistik. 2015 Tabel Ekspor-Impor Menurut Komoditi. In The Badan Pusat Statistik Homepage (online). http://dds.bps.go.id/exim.php Indonesia. Direktorat Statisktik Perdagangan dan Jasa, Sub Direktorat Statistik Impor. 2011. Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia Impor 2010. Jilid 1. Jakarta: Badan Pusat Statistik.
8
Indonesia. Direktorat Statisktik Perdagangan dan Jasa, Sub Direktorat Statistik Impor. 2012. Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia Impor 2011. Jilid 1. Jakarta: Badan Pusat Statistik. Indonesia. Direktorat Statisktik Perdagangan dan Jasa, Sub Direktorat Statistik Impor. 2013. Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia Impor 2012. Jilid 1. Jakarta: Badan Pusat Statistik. Indonesia. Direktorat Statisktik Perdagangan dan Jasa, Sub Direktorat Statistik Impor. 2014. Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia Impor 2013. Jilid 1. Jakarta: Badan Pusat Statistik. Indonesia. Direktorat Statisktik Perdagangan dan Jasa, Sub Direktorat Statistik Impor. 2015. Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia Impor 2014. Jilid 1. Jakarta: Badan Pusat Statistik. PT Kaltim Methanol Industri. 2009. Produk dan Layanan. In The Kaltim Methanol Industri Homepage(online). http://www.kaltimmethanol.com/inco/index.php?page=product_service.php Smith, J. M., and H.C. Van Ness. 1987. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics. 4th ed. Tokyo: Mc Graw Hill International book Company. Ulrich, G.D.1984. A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economics. John Willey and Sons, Inc New York. Yaws, Carl. L. 1999. Chemical Properties Handbook. New York: Mc Graw-Hill. Yuying, Chen., Yuan G, dan Chen R., 1989. Kinetic Study of Carbonylation of Methanol to Acetic Acid and Acetid Anhydride Over a Novel Copolymer-Bound CisDiscarbony Irhodium Complex. Chinese Journal of Polymer Science 7(3):225231.
9
