TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK PARAXYLENE DENGAN PROSES DISPROPORSIONASI TOLUENE KAPASITAS 350.000 TON/TAHUN
Disusun Oleh : LISTIANI D500120017
Dosen Pembimbing : 1. Dr.Ir. Ahmad M Fuad, M.T., Ph.D. 2. Ir. Herry Purnama, M.T., Ph.D.
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2017
uesnJnf
snla)
w
q'qil'I'B(
?99 )IN ?ur€urnd
ArreH'{
'/l
g Eugqulqueduesog orn[np(ua141
,l0Z l.r?nJqeg'ugelurng '7 G't{d 'I'1\t 'euruuln4 .{ueg 'r1 I'1,{'psnc N peuqv'rt'rc'l unqel/uol 000'0E g settsedex auanpl rseuors.todordsrg sesoJd ue8ueq
auaytmn4 {lJqed
ue8uecuu;er4
Eurqturqued uesoq
{lrqud ue8uucuere"r4 se8nl
1nPn1
etU€N
!uellsl-I
TUIN
t r002I009(
YIIAiDI
XrN)tf,r Nvsnum
XIIDIST SYTA{D[Y.{ YIIIY)IflUOS HYAI(IY}IIWYH{Tfi SYIISf,flAINfi NYI{YSISNtrd NY[t[YTYfl
MOTTO jadilah yang terbaik diantara yang terbaik dengan usaha semaksimal mungkin Doa dan usaha tidak akan mengecewakan, karena Allah akan mengabulkan segala doa dengan cara-NYA
viii
Dedikasi Skripsi ini saya pesembahkan untuk orang – orang yang selalu saya sayangi dan sangat penting : 1. Buat orang tua saya yang selalu mendoakan saya (semoga sehat selalu), dan kakakku yang sering ngomel tapi demi kebaikanku juga (makasih) 2. Buat delta dan hani (patner,temen ngobrol,temen makan,temen gokil gokilan, bisa jadi suster kalo aku sakit makasihh pokonya), nanik (emak yang sering ngomelin kalo salah padahal dia yang paling muda), anggi (semangat S2nya yaa), mala & yulira (cepet diselesein skripsinya, ayo wisuda bareng-bareng), anto & rio (semangat revisiannya) 3. Buat minong sama mintuk (aku udah nyusul kalian kan?????, sekali2 kalian pake rok yaa....cantik kok) 4. Adek – adekku IMM sekaligus teman seperjuanganku disana yang bisa buat nangis, ketawa, seneng, sedih pokonya itu rumah keduaku yang sangat nyaman. Lanjutkn perjuanganmu nak karna “diam adalah kehancuran dan mundur adalah penghianatan” dan satu lagi “yang strong ya kalau di IMM berhati baja lah disana biar tidak menjadi pohon yang tumbang sebelum menjadi benar – benar kuat” 5. Teman – teman yang tidak bisa saya sebut satu per satu (terimakasih kalian termasuk teman yang bisa membuatku menjadi seperti ini)
ix
KATA PENGANTAR Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Alhamdulillah, segala puji dan syukur penulis haturkan ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, hidayah, dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi Prarancangan Pabrik dengan judul “Prarancangan Pabrik Paraxylene
dengan Proses Disproporsionasi Toluene
Kapasitas 350.000 ton / tahun”. Salam dan salawat semoga senantiasa tercurah kepada junjungan dan Uswatun Khasanah kita Nabiullah Muhammad SAW beserta keluarga dan sahabatnya, serta para pengikutnya yang setia hingga akhir jaman. Melalui skripsi prarancangan pabrik ini diharapkan mahasiswa dengan bekal daya penalaran dan improvisasi yang tinggi mampu secara komprehensif menerapkan semua teori dan kemahiran Teknik Kimia ke dalam bentuk prarancangan pabrik, sehingga mampu membuat rancangan pabrik sampai tahap rancang bangun yang dibukukan. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada : 1. Bapak Rois Fatoni ST.,MSc.,PhD selaku ketua Program Studi Teknik
Kimia
Fakultas
Teknik
Universitas
Muhammadiyah
Surakarta. 2. Ibu Eni Budiyati, S.T., M.Eng., selaku koordinator tugas akhir 3. Bapak Dr.Ir. Ahmad M Fuad, M.T selaku dosen pembimbing 1 4. Bapak Herry Purnama, Ph.D., seebagai dosen pembiming II 5. Seluruh dosen dan staf Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta yang tak bisa saya sebutkan satu per satu Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih terdapat kesalahan, oleh karena itu penulis berharap agar semua pihak bisa menahan diri, karena penulis yakin
x
bahwa semua pasti tahu kalau penulis juga manusia biasa yang bisa saja berbuat salah, hina dan nista. Semoga laporan ini bermanfaat bagi semuanya.
Surakarta, 9 Januari 2017
Penulis
xi
DAFTAR ISI
Halaman Judul ................................................................................................. i Lembar Pengesahan ......................................................................................... ii Motto dan Persembahan ................................................................................... iii Ucapan Terima Kasih ...................................................................................... v Kata Pengantar ................................................................................................. vi Daftar Isi.......................................................................................................... viii Daftar Tabel..................................................................................................... xii Daftar Gambar ................................................................................................. xiv Intisari ............................................................................................................. xv BAB I
PENDAHULUAN .............................................................................1 1.1. Latar belakang pendirian pabrik ............................................. 1 1.2. Ketersediaan bahan baku ........................................................ 3 1.3. Lokasi pabrik ......................................................................... 4 1.4. Tinjauan pustaka .................................................................... 5 1.5. Sifat fisis kimia..........................................................................10
BAB II
DESKRIPSI PROSES .......................................................................15 2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ....................................... 15 2.1.1 Spesifikasi bahan baku ............................................... 15 2.1.2 Spesifikasi bahan pembantu........................................ 15 2.1.3 Sifat produk utama.........................................................16 2.1.4 Sifat produk samping.....................................................16 2.2. Konsep Proses ....................................................................... 16 2.2.1 Latar belakang proses ................................................. 17 2.2.2 Mekanisme reaksi....................................................... 17 2.2.3 Kondisi operasi .......................................................... 18 2.2.4 Tinjauan termodinamika ............................................. 28 2.2.5 Tinjauan kinetika ........................................................ 21 2.3. Diagram alir dan langkah proses ............................................ 21 2.3.1 Diagram alir kualitatif....................................................22
xii
2.3.2
Diagram alir kuantitatif..................................................23
2.3.3
Langkah proses..............................................................24 a. Tahap penyimpanan bahan baku ............................. 24 b. Tahap penyiapan bahan baku .................................. 24 b. Tahap reaksi ........................................................... 24 c. Tahap pemisahan dan pemurnian produk ................ 24 d. Tahap penyimpanan produk ......................................25
2.4. Diagram neraca massa dan panas ........................................... .25 2.4.1 Neraca massa ............................................................ .26 2.4.2 Neraca panas alat........................................................ .30 2.5. Tata Letak Peralatan Proses dan Pabrik .................................. .35 2.5.1 Tata letak pabrik ......................................................... .35 2.5.2 Tata letak peralatan .................................................... .38 BAB III
SPESIFIKASI PERAALATAN PROSES ....................................... .41
BAB IV
UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM.............64 4.1. Unit Pendukung Proses .......................................................... 64 4.1.1 Unit penyediaan air .................................................... 65 4.1.2 Unit pengolahan air .................................................... 67 4.1.3 Unit penyediaan steam...................................................82 4.1.5
Unit penyediaan bahan bakar ...................................... 87
4.1.6
Unit penyediaan udara tekan....................................... 88
4.1.7 Unit laboraturium ....................................................... 90 BAB V
MANAJEMEN PERUSAHAAN......................................................94 5.1
Bentuk perusahaan ................................................................. 94
5.2
Struktur organisasi ................................................................. 95
5.3. Tugas dan wewenang ............................................................. 98 5.4. Pembagian jam kerja karyawan .............................................. 103 5.5
Status karyawan dan sistem upah ........................................... 105
5.6
Penggolongan jabatan, jumlah karyawan dan gaji .................. 105
5.7
Kesejahteraan sosial karyawan ............................................... 107
xiii
5.8
Kesehatan dan keselamatan kerja ........................................... 108
5.9 Manajemen produksi.............................................................. 109
BAB VI
ANALISA EKONOMI..................................................................... 112 6.1
Dasar perhitungan .................................................................. 112
6.2. Biaya perhitungan .................................................................. 115 6.3. Penentuan total capital investment ......................................... 118 6.4. Penentuan total manufacturing cost ........................................ 118 6.5. Penentuan total production cost ............................................. 121 6.5. Analisa Kelayakan ................................................................. 122 BAB VII KESIMPULAN..................................................................................127 Daftar Pustaka ................................................................................................. 128 Lampiran...............................................................................................................130
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1. Data pabrik impor paraxylene..................................................... 2 Tabel 1.2. Data kebutuhan paraxylene di Indonesia ..................................... 3 Tabel 2.1. Data panas pembentukan reaksi ................................................. 19 Tabel 2.2. Data energi bebas gibbs .............................................................. 20 Tabel 2.3. Neraca massa disekitar reaktor.................................................... 28 Tabel 2.4. Neraca massa disekitar separator ................................................ 28 Tabel 2.5 Neraca massa disekitar menara distilasi 1 .................................... 29 Tabel 2.6 Neraca massa disekitar menara disilasi 2 ..................................... 29 Tabel 2.7 Neraca massa disekitar kristalizer ................................................ 30 Tabel 2.8 Neraca massa disekitar centrifuge ................................................ 30 Tabel 2.9 Neraca massa disekitar hidrogen .................................................. 30 Tabel 2.10 Neraca massa disekitar Tangki ................................................... 31 Tabel 2.11 Neraca massa disekitar T-01 ...................................................... 31 Tabel 2.12 Neraca panas di vaporizer .......................................................... 32 Tabel 2.13 Neraca panas di reaktor ............................................................. 33 Tabel 2.14 Neraca panas separator ............................................................... 33 Tabel 2.15 Neraca panas menara distilasi 1 .................................................. 34 Tabel 2.16 Neraca panas MD-02 .................................................................. 35 Tabel 2.17 Neraca panas kristalizer .............................................................. 36 Tabel 2.18 Neraca panas centrifuge .............................................................. 36 Tabel 2.19 Neraca panas melter ................................................................... 37 Tabel 2.20 Neraca panas total ...................................................................... 37 Tabel 4.1 Jumlah kebutuhan air pendingin .................................................. 74 Tabel 4.2 Jumlah kebutuhan perkantoran dan pabrik .................................. 75 Tabel 4.3 Daftar kebutuhan steam .............................................................. 86 Tabel 4.4
Keperluan proses.......................................…………………….... 88
Tabel 4.5 Konsumsi unit pendukung proses ................................................ 89 Tabel 4.6 Udara tekan ................................................................................ 95 Tabel 5.1 Jadwal pembagian kelompok shift .............................................. 109
xv
Tabel 5.2 Jumlah karyawan dan gaji karyawan ........................................... 110 Tabel 6.1 Index harga alat........................................................................... 118 Tabel 6.2 Fixed capital investment ............................................................. 121 Tabel 6.3 Working capitaliInvenstment....................................................... 122 Tabel 6.4 Total capita Iinvesment ............................................................... 122 Tabel 6.5 Direct manufacturing cost .......................................................... 123 Tabel 6.6 Indirect manufacturing cost ........................................................ 124 Tabel 6.7 Fixed manufacturing cost............................................................ 125 Tabel 6.8 Manufacturing cost ..................................................................... 125 Tabel 6.8 Total general expense ................................................................. 126 Tabel 6.8 Working capital .......................................................................... 125 Tabel 6.8 Fixed manufacturing cost............................................................ 128 Tabel 6.8 Total variabel cost ...................................................................... 128 Tabel 6.8 Total regulated cost .................................................................... 129 Tabel 6.8 Analisa Kelayakan ...................................................................... 130
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Diagram alir kualitatif ................................................................ 24 Gambar 2.1. Diagram alir kuantitatif ............................................................. 25 Gambar 2.2 Diagram alir proses .................................................................... 26 Gambar 2.3 Diagram alir proses .................................................................... 18 Gambar 2.4 Tata letak peralatan pabrik ......................................................... 38 Gambar 2.5 Tata letak peralatan proses ......................................................... 41 Gambar 4.1. Skema pengolahan air sungai .................................................... 77 Gambar 4.2. Unit penyedia udara tekan......................................................... 94 Gambar 4.3. Pengolahan limbah.................................................................... 98 Gambar 5.1. Struktur organisasi perusahaan .................................................. 101 Gambar 6.1. Grafik index harga alat .............................................................. 117
xvii
xviii
INTISARI Paraxylene bisa digunakan sebagai bahan baku dimetyl terephtalate (DMT) dan terephtalate acid (TPA), keduanya merupakan perantara dalam memproduksi polyester. Kebutuhan paraxylene di Indonesia masih sangat besar karena masih impor dari luar negeri. Kapasitas pabrik yang akan didirikan adalah 350.000 ton/tahun beroprasi selama 330 hari per tahun dan bersifat kontinyu. Pabrik yang direncanakan berdiri pada tahun 2020 ini di Cilegon, Banten. Pemilihan tempat tersebut didasarkan pada penyediaan bahan baku, transportasi, tenaga kerja dan sarana lainnya. Jumlah kebutuhan tenaga kerja yaitu 164 orang. Bahan baku pembuatan paraxylene yaitu toluena dan hidrogen dengan bantuan katalis ZSM-05 pada suhu 400–450⁰C dan tekanan 30 atm. Reaktor yang digunakan yaitu fixed bed multitube non-isotermal adiabatic. Konversi pada reaksi ini 31% bersifat endotermis. Tahap yang diperlukan adalah tahap penyimpanan bahan baku, penyiapan bahan baku dan tahap pembentukan produk. Kemurnian yang dibutuhkan yaitu 95%. Fase yang terjadi merupakan fase gas. Tahap pertama toluene cair yang diuapkan menjadi gas direaksikan dengan hidrogen dengan bantuan katalis ZSM-5. Suhu reaksi yaitu 450⁰C. Proses tersebut menghasilkan produk utama paraxylene dan produk samping berupa benzene. Kebutuhan untuk toluene pada pabrik paraxylene yaitu 76.737 kg/jam. Produk utama paraxylene yang dihasilkan 43.732 kg/jam. Kebutuhan hidrogen sebesar 2.680 kg/jam. Utilitas pendukung yaitu air untuk pendingin sebesar 729.609 kg/jam, steam sebesar 31.188 kg/jm, amonia sebesar 3.901.785 kg/jam dan bahan bakar 4.745 L/jam. Pendingin yang digunakan berasal dari air sungai Ciujung. Pabrik paraxylene merupakan perseroan terbatas yang dipegang oleh beberapa pemegang saham. Pabrik di bangun diatas tanah dengan luas 3.800 m2. Modal kerja yang dibutuhkan sebesar Rp 142.200.962.196,00.Percent return on investmen (ROI) sebelum pajak yaitu 68,07% dan setelah pajak menjadi 51,05%. Pay out time (POT)sebelum pajak 1,3 tahun dan setelah pajak 1,6 tahun. Break event point (BEP) sebesar 42,31% dan shut down Point (SDP) sebesar 25,15%. Berdasarkan analisis ekonomi yang telah diperhitungkan pabrik paraxylene layak untuk didirikan.
