NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK MELAMIN PROSES BASF KAPASITAS TON PER TAHUN

Transkripsi

1 NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK MELAMIN PROSES BASF KAPASITAS TON PER TAHUN Dibuat Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Kesarjanaan Strata 1 Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Oleh : SHOFI AZIZAH D Dosen Pembimbing : 1. Dr. Ir. Ahmad M Fuadi, MT 2. Eni Budiyati, ST., MEng JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA SURAKARTA 2015

2

3 INTISARI Prarancangan Pabrik Melamin Proses BASF dengan kapasitas ton per tahun beroperasi selama 330 hari per tahun. Hal ini dilakukan agar dapat memenuhi kebutuhan melamin di dalam dan luar negeri. Pabrik ini rencana akan didirikan di Kawasan Industri Kujang Cikampek, Jawa Barat. Reaksi pembentukan melamin dari urea yaitu dekomposisi urea menjadi asam isocyanat dan amoniak, dan asam isocyanat berubah menjadi melamin dan karbondioksida. Pada proses ini digunakan katalis alumina (Al 2 O 3 ). Reaksi yang berlangsung pada Fluidized bed reactor bersifat endotermis dan irreversible dengan suhu 410ºC dan tekanan 3 atm. Konversi untuk reaksi ini adalah 95 %. Produk yang diperoleh yaitu melamin yang berupa padatan kristal. Kebutuhan urea untuk pabrik ini sebesar ,722 kg/ jam. Produk melamin sebesar 5.289,967 kg/ jam. Utilitas pendukung proses meliputi penyediaan air sebesar 569,700 kg/ jam yang diperoleh dari air sungai Parungkadali dan Sungai Cikao, penyediaan saturated steam sebesar 48,87 m 3 / jam yang diperoleh dari boiler dengan bahan bakar fuel oil sebesar ,32 liter/ jam, kebutuhan udara tekan sebesar 100 m 3/ jam, kebutuhan listrik diperoleh dari PLN dan sebuah generator set sebesar 449,83 kw sebagai cadangan. Dengan luas tanah m 2 dan jumlah karyawan 174 orang. Modal tetap atau Fixed Capital Investment yang digunakan untuk mendirikan pabrik adalah Rp ,13 dengan modal kerja atau Working Capital sebesar Rp ,08. Analisa ekonomi memperlihatkan bahwa Return on Investment (ROI) sebelum pajak 67,35% dan setelah pajak 53,57 %. Pay out Time (POT) adalah 0,166 tahun. Kondisi Break Even Point (BEP) pada nilai 45,00 % kapasitas produksi sedangkan Shut Down Point (SDP) pada nilai 11,00 %. Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 38,83%. Dari analisa ekonomi tersebut dapat disimpulkan bahwa pabrik melamin proses BASF kapasitas ton per tahun ini layak untuk didirikan. Kata Kunci : Melamin, BASF, Fluidized bed reactor

4 A. PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Pendirian Pabrik Saat ini pemerintah Indonesia sedang melakukan banyak pengembangan dalam bidang industri. Salah satu diantaranya dengan cara memenuhi kebutuhan bahan-bahan industri melalui pendirian pabrik-pabrik industri kimia. Sekarang ini jumlah dan macam industri di Indonesia cukup banyak yang belum dapat terpenuhi kebutuhannya dan biasanya untuk bisa memenuhi kebutuhannya setiap industi mengimpor bahan dari negara lain. Salah satu bahan yang diimpor dalam jumlah banyak adalah melamin. Melamin yang biasa dikenal dengan nama triamino triazine dan memiliki rumus C3H6N6 merupakan salah satu bahan yang dihasilkan oleh industri petrokimia di Indonesia. Senyawa ini berwarna putih dan berbentuk kristal monocyclic. Biasanya melamin digunakan sebagai bahan baku pembuatan melamin resin, bahan sintesa organik, bahan pencampur cat, pelapis kertas, tekstil, leather tanning dan lain-lain. Pada proses pembuatannya, melamin membutuhkan bahan baku yaitu urea dan amonia karbondioksida yang berfungsi sebagai fluidizing gas dengan menggunakan katalis alumina. Dilihat dari kebutuhan di industriindustri Indonesia sekarang ini, pemakaian melamin semakin meningkat, sehingga pendirian pabrik melamin dirasa sangat perlu sekali. Hal ini bertujuan agar dapat mengantisipasi permintaan di dalam negeri, dan mengurangi impor melamin serta membuka tenaga kerja baru. 2. Kapasitas Rancangan Seiring kemajuan industri dimana dengan bahan baku utamanya melamin di Indonesia, seperti industri moulding, industri adhesive, industri surface coating mengakibatkan butuhnya melamin di Indonesia semakin meninggi. Disaat ini pula Indonesia mempunyai dua pabrik yang memproduksi melamin yaitu : 1. PT. Sri Melamin Rejeki (SMR)

5 PT SMR mulai start memproduksi dari tahun 1994 dengan kapasitas ton/ tahun. Pabrik tersebut dapat pasokan bahan baku dari PT Pupuk Sriwijaya Palembang. 2. PT. DSM Kaltim Melamin PT. DSM Kaltim Melamin mulai start memproduksi dari tahun 1996, sebagai hasil bekerja sama dengan Pupuk Kalimantan Timur Tbk dan DSM Holland. Kapasitas design pabrik ini ton/ tahun dan sudah naik jadi ton/ tahun. Sedang butuhnya melamin yang belum bisa terpenuhi oleh produksi dalam negeri, masih impor dari negara lain. Di bawah ini data-data produksi dan impor melamin Indonesia sejak tahun 1997 hingga tahun Tabel 1. Perkembangan Impor Melamin Indonesia (Badan Pusat Statistik, 2013) Tahun Impor (ton) , , , , , , Tinjauan Pustaka Melamin banyak dijumpai pada aplikasi industri untuk proses produksi resin melamin formaldehid. Pada sekitar tahun 1960, melamin diproduksi dari dicyanamid (Ullman, 2003). Proses ini berlangsung didalam autoclave pada tekanan 10 MPa dan suhu 400 o C dengan adanya gas amoniak. Pada awal 1940, Mackay menemukan bahwa melamin juga bisa disintesa dari urea pada suhu 400 o C dengan atau tanpa katalis. Sejak saat itu melamin mulai diproduksi dari bahan baku urea (Ullman, 2003). Melamin pertama kali dipelajari oleh Leibig pada tahun 1834 (Ullman, 2003). Pada saat itu Leibig mendapatkan melamin dari proses peleburan antara potasium thiosianat dengan amonium klorida. Kemudian pada tahun 1885 A.W Von Hoffman mempublikasikan struktur molekul melamin, sebagai berikut : H 2 N C N NH 2 C N C N NH 2

6 B. DESKRIPSI PROSES Proses pembuatan melamin memakai metode BASF dari urea ada 3 langkah, yakni: 1. Langkah persiapan bahan baku 2. Langkah reaksi 3. Langkah separasi produk 1. Langkah persiapan bahan baku Bahan urea berbentuk prill mempunyai impuritas 99,3% berat diumpankan ke M-01 dengan suhu 135ºC & tekanan 1,7 atm, pada keadaan ini urea meleleh. Dari M-01 lelehan urea kemudian dipompa ke T-01 lalu dialirkan menuju 2 tempat, yakni Sc-01 & R-01. Pada Sc-01 lelehan urea dipakai untuk menyerap off gas untuk mengambil sisa melamin yang terbawa di off gas. Dari Sc-01 lelehan urea dikembalikan ke T-01 & bercampur bersama lelehan urea dari M-01 serta digunakan sebagai umpan di reaktor. 2. Langkah reaksi Sesudah T-01 lelehan urea dipompa dan dibawa ke R-01 melewati beberapa nozzle di reaktor jadi lelehan urea akan menguap dengan spontan & terdispersi ke partikelpartikel Al 2 O 3 yang terfluidaisasi akibat aliran dari fluidizing gas. Fluidizing gas berbentuk campuran gas amoniak & CO 2 didapat dari off gas di Sc-01, lalu fluidizing gas dibawa ke Cr-01 dan F-01. Gas yang dibawa ke Cr-01 dipakai untuk pendingin. Selain itu gas mengalir ke F- 01 dipanaskan hingga suhu 430ºC tetapi lebih dahulu ditingkatkannya tekanan hingga 3,8 atm, setelahnya dipakai untuk fluidizing gas di reaktor. Reaktor beroperasi di suhu 410ºC & tekanan 3 atmosfer. Akibat reaksi di reaktor bersifat endotermis, jadi untuk menahan suhu operasi di 410ºC reaktor diwajibkan dipanaskan. Kebutuhan panas

7 disokong dari steam yang mengalirkannya melewati koil di reaktor. Pada reaktor terbentuk uraian urea jadi melamin, amoniak & CO 2. Hasil reaksi dari reaktor di suhu 410ºC dan tekanan 1,8 atmosfer berwujud campuran gas melamin, amoniak, CO 2, biuret, melem, serta urea tak bereaksi. 3. Langkah separasi produk Campuran hasil berasal dari reaktor didinginkan di HE-01 hingga suhu 300ºC, tekanan 1,8 atmosfer lalu menuju ke Fl-01 supaya melamin serta melem terpisah. Campuran melamin menuju Cr-01, setelahnya cairan dikontakkan off gas dari Sc-01 yang mempunyai suhu 140ºC serta tekanan 1,25 atmosfer dipakai untuk pendingin, jadi melamin akan berbentuk kristal. Melamin berbentuk kristal sebesar 99%, impuritas 99,9%. Kristal melamin dibawa dari Cr-01 di suhu 220ºC dan tekanan 1 atmosfer. Lalu dibawa memakai pneumatic conveyor ke Cy-02. Di Cy- 02 ada proses pisahnya padatan dengan off gas yang mana semua kristal terpisah jadi produk. Melamin berbentuk kristal yang masih memiliki suhu 220ºC tersebut didinginkan hingga suhu 30ºC, lalu sesudahnya melakukan pengemasan, sehingga masuk gudang dan siap dijual. Gas keluar (Cy-02) sebagai off gas setengahnya dimasukin ke percabangan purging. Di percabangan aliran gas dibagi jadi dua. Satu menuju (Sc-01) untuk nanti dipakai sebagai fluidizing gas & pendingin. Sedang sisanya ada di purging. Di (Sc-01) terjadi proses terpisahnya urea serta melamin yang terikut di off gas. Lalu off gas disentuhkan bersama lelehan urea yang mempunyai suhu 249,043ºC jadi suhunya off

8 gas bakal turun mencapai 140ºC. Sedang gas yang tidak terserap, keluar (Sc-01) setengahnya dipergunakan suntuk pendingin di (Cr-01) serta sisanya dipergunakan suntuk fluidizing gas di (R- 01). 3.1 Tinjauan Termodinamika Ada konsep tinjauan termodinamika dalam reaksi pembentukan melamin dengan reaksi sebagai berikut: 3.2 Kinetika Reaksi Adapun persamaan kecepatan reaksi, yakni : C. SPESIFIKASI ALAT 3.1 Reaktor Kodenya : R - 01 Fungsinya : Mereaksikan urea jadi C 3 H 6 N 6, CO 2 dan NH 3 Tipenya : Fluidized bed reactor Jumlahnya : 1 Tinggi totalnya: 25,228 m Vol reaktornya: 421,750 m 3 Total Disengaging Head : 6,725 m

9 Tinggi zone reaksi (Lf): 17,102 m Tinggi head bawah (Lh): 1,401 m Diameter freeboard (Df): 7,319 m Diameter zone reaksi (Dt): 5,605 m Tebalnya : 1,169 m Bahannya : Plate steel SA 129 grade B Kondisi operasinya : T = 395 o C, P = 3 atm Harganya : US $ Cyclone Kodenya : Cy - 02 Fungsinya : Memisahkan padatan urea yang terikut dgn udara sebanyak ,806 kg/jam. Tipenya : Cyclone Bahannya : Cast iron Kondisi operasinya : T = 220 o C, P = 1 atm Luas penampangnya : 9,2534 m 2 Diameternya : 3,4333 m Jumlahnya : 1 buah Harganya : US$ Crystalizer Kodenya : Cr - 01 Fungsinya :Mengkristalkan C 3 H 6 N 6 sebanyak ,806kg/jam Tipenya : Swanson Walker Crystallizer Kondisi operasinya:t masuk=300 o C, T keluar = 220 o C, P = 1 atm T LMTD : 332,27 o F = 166,816 o C Dimensinya : 1. Lebar :1,5240 m 2. Panjang : 10,2602 m 3. Diameter : 0,9144 m Kecepatan putarnya : 8 rpm Tebal jaketnya : 14 in (0,3556 m = 1,1667 ft) Uc : 184,6817 Btu/(hr)(ft 2 )( o F) U D : 96,0180 Btu/(hr)(ft 2 )( o F) Luas transfer panasnya: 317,096 ft 2 Volumenya : 35,3250 ft 3 Waktu tinggalnya Tenaga motornya Bahannya Jumlahnya : 0,0030 jam : 1 HP : Stainless steel : 1 buah Harganya : US $ Scrubber Kodenya Fungsinya : Sc-01 : Menyaring partikel halus (C 3 H 6 N 6, C 2 H 5 N 3 O 2, CH 4 N 2 O, dan C 6 H 6 N 10 ) yang terbawa off-gas (CO 2, NH 3, dan H 2 O)

10 Jenisnya : Ventury scrubber Bahannya : Carbon steel Kapasitasnya : ,239 ft 3 /menit Efisiensi pemisahannya : 99,99 % Overall height : 18 ft Overall width : 17 ft Diameter separatornya: 10 ft Pressure drop : 0,03 atm Harganya : US $ Tabel 47. Analisa Ekonomi D. ANALISIS EKONOMI Di suatu industri harus ada analisis ekonomi karena agar bisa tahu apakah pabrik yang dibuat tersebut bisa untung atau tidak. Dari hasil analisis ekonomi didapatkan yaitu ROInya sesudah pajak sebanyak 53,57 %, POTnya sesudah pajak selama 0,166 tahun, BEPnya sebanyak 45 %, SDPnya sebanyak 11 %, DCFnya sebanyak 38,83%. Grafik hasil analisis ekonomi bisa dilihat pada gambar di bawah :

11 E. KESIMPULAN Pabrik Melamin proses BASF Kapasitas ton per tahun dikategorikan pabrik yang memiliki resiko rendah, karena kondisi operasi atmosferis, pasokan bahan baku dekat, sekaligus merupakan komoditi ekspor. Hasil analisis kelayakan ekonominya adalah sebagai berikut : 1. Keuntungannya sebelum pajak Rp ,010/ tahun. Keuntungan setelah pajak Rp ,410/ tahun. 2. ROInya sebelum pajak 67,35 % ROInya sesudah pajak 53,57 % ROInya sebelum pajak untuk pabrik berisiko rendah minimal 39 %. 3. POTnya sebelum pajak 0,117 tahun. POTnya setelah pajak 0,166 tahun. POTnya sebelum pajak untuk pabrik berisiko rendah max sebelum pajak 2 tahun. 4. BEPnya sebanyak 45,00 % dan SDPnya sebanyak 11,00 %. BEPnya untuk pabrik kimia pada umumnya kisaran 40% - 60%. 5. DCFnya sebanyak 38,83 %. Sedang DCFnya pada umumnya di pabrik yaitu kisaran min 25 %. Dari hitungan analisis ekonomi di atas bisa ditarik kesimpulan bahwa pabrik melamin proses BASF kapasitas ton/ tahun tersebut layak untuk didirikan. DAFTAR PUSTAKA Aries and Newton, 1995, Chemical Engineering Cost Estimation, Mc. Graw Hill Book Company, New York. Anonim, 2014, Badan Pusat Statistik. Bird B., Stewart, W.E, and Lighfoot, E.N, 1960, Transport Phenomena, John Wiley and Sons, Inc, Madison Wisconsin, USA. Brown, G.G., 1978, Unit Operation, Modern Asia Edition, Charles E. Tuttle Company, Inc, Tokyo, Japan.

12 Brownell and Young, 1978, Process Equipment Design, John Wiley and Sons, Inc, New York. Coulson, J.M and Richardson J.F, 1965, An Introduction to Chemical Engineering Design, Vol 6, Pergamon Press, Oxford. Foust, A.S, 1980, Principle of Unit Operation, 2 nd ed, John Wiley and Sons, Inc, New York. Interscience Publication, John Wiley and Sons, Inc, New York. Kunii, D. and Levenspiel, O., 1977, Fluidization Engineering, Original Edition, Robert E/ Krieger Publishing Co. New York. Levenspiel, O., 1999, Chemical Reaction Engineering, 2 nd ed, John Wiley and Sons, Inc, New York Holman, J.P, 1997, Perpindahan Kalor, ed. 6, PT. Erlangga, Jakarta. htm Kern, D.Q, 1965, Process Heat Transfer, International Student Edition, Mc. Graw Hill Co, Inc, Tokyo. Perry, R.H and Green, D.W., 1997, Perry s Chemical Engineer s Hand Book, 3 th ed, Mc. Graw Hill Book Co, Inc, Tokyo. Peters, M.S and Timmerhause, K.D, 1991, Plant Design and Economics for Chemical Engineering, 4 th ed, Mc. Graw Hill Book Co, Inc, New York. Kirk, R.E and Othmer, D.F, 1981, Encyclopedia of Chemichal Technology, 3 rd ed, A Willey Rase, F. Howard, 1977, Chemical Reactor Design Process Plant, Vol 1, John Wiley and Sons, Inc, New York.

13 Severn, et all, 1994, Steam, Air and Gas Power, John Wiley and Sons, Inc, New York. Smith, J.M and Van Ness, H.C 1996, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 5 th ed, Mc. Graw Hill Book Company, Singapore. Design and Economics, John Wiley and Sons, Inc, New York. Yaws, C.L, 1999, Thermodynamics and Physical Property Data, Mc. Graw Hill Book Co, Inc, New York Swastha, B, 1996, Asas-asas Managemen Modern, Liberty, Yogyakarta. Treyball, R.E, 1981, Mass Transfer Operation, 3 rd ed, Mc. Graw Hill Book Co, Inc, Tokyo. Ullman, 1990, Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol A 16, VCH, Germany. Ullman, 2003, Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol A 21, VCH, Germany. Ulrich, G.D, 1984, A Guide to Chemical Engineering Process