NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK BUTINEDIOL DARI ASETILEN DAN FORMALDEHID KAPASITAS TON PER TAHUN

Transkripsi

1 NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK BUTINEDIOL DARI ASETILEN DAN FORMALDEHID KAPASITAS TON PER TAHUN Oleh: Wahyu Aditiya Arif D Dosen Pembimbing: Muhammad Mujiburohman, S.T., M.T., Ph.D. Ir. H. Haryanto Ar., M.S. JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA SURAKARTA 013

2 ABSTRAK Wahyu Aditiya Arif, Haryanto, M. Mujiburohman, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Butynediol merupakan bahan yang cukup penting dalam sintesis bahan-bahan organik, seperti butanediol, tetrahydrofuran, dan pyrolidone. Pabrik butynediol dari acetylene dan formaldehyde dirancang dengan kapasitas ton/tahun. Pabrik beroperasi kontinyu selama 330 hari per tahun. Proses pembuatan butynediol dijalankan dalam reaktor fixed bed single tube, irreversible, dengan kondisi operasi berlangsung pada range suhu o C dan tekanan atm. Hasil dari reaktor dipisahkan dalam separator, hasil atas separator berupa gas bereaksi dengan udara menjadi flare dan hasil bawah berupa cairan diumpankan ke menara distilasi. Dari hasil bawah menara distilasi diperoleh produk butynediol dengan kemurnian yang diinginkan di pasaran (45%). Hasil atas menara distilasi dipisahkan kembali dengan menggunakan coller untuk memperoleh produk samping berupa metanol dengan kemurnian sebesar 99%. Pabrik direncanakan didirikan di Kawasan Industri Gresik (KIG), Jawa Timur dengan luas tanah 1, Ha. Bentuk Perseroan Terbatas dan jumlah karyawan sebanyak 150 orang. Dari analisis ekonomi, pabrik butynediol ini membutuhkan modal terdiri dari modal tetap dan modal kerja sebesar Rp ,0. Keuntungan sebelum pajak sebesar Rp ,34 /th. Keuntungan sesudah pajak sebesar Rp ,74 /th. Analisis kelayakan ini memberikan hasil bahwa Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 39,6447% dan setelah pajak sebesar 15,8679%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar,0143 tahun sedangkan setelah pajak sebesar 3,8697 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 44,0718% kapasitas, dan Shut Down Point (SDP) sebesar 6,1336% kapasitas. Discounted Cash Flow Rate of Return (DCFRR) sebesar 36,5813%. Berdasarkan data data di atas maka pabrik butynediol dari acetylene dan formaldehyde cukup layak untuk didirikan. Kata Kunci : Prarancangan Pabrik, Butinediol, Fixed Bed Single Tube

3

4 A. Pendahuluan Sejalan dengan berkembangnya industri di Indonesia, semakin banyak diversifikasi usaha telah dilakukan. Banyak bahan mentah atau setengah jadi diolah menjadi produk intermediate atau produk jadi, sehingga mengurangi ketergantungan kita pada produk impor. Pertumbuhan industri kimia di Indonesia patut dibanggakan. Tentu saja banyak alasan mengapa pemerintah begitu bersemangat untuk mengembangkan industri tersebut. Bukan hanya karena jumlah bahan baku yang cukup memadai di tanah air maupun wilayah pemasaran yang luas melainkan juga karena prospek dan kelanjutan industri kimia di Indonesia cukup cerah. Salah satu industri yang mempunyai kegunaan penting dan mempunyai prospek yang bagus adalah industri butynediol. Pertimbangan utama yang melatarbelakangi berdirinya pabrik butynediol ini, pada prinsipnya adalah sama dengan sektor-sektor lain yaitu untuk melakukan usaha yang secara sosial ekonomi cukup menguntungkan. Karena sifatnya yang prospektif di masa yang akan datang, dalam pengertian potensi pasar, mudah diperoleh bahan baku, yakni acetylene dan formaldehyde, teknologi yang dibutuhkan dapat terpenuhi, dan terdapatnya tenaga pelaksana, maka keuntungan dapat dicapai dengan adanya pendirian pabrik butynediol. Sifat prospektif ini akan terlaksana dengan kemampuan modal yang memadai. Paper ini menampilkan analisis prarancangan pabrik butynediol dari acetylene dan formaldehyde mulai dari perancangan kapasitas, pemilihan proses, dan alat, serta analisis ekonomi. B. Perancangan Kapasitas Dalam pemilihan kapasitas pabrik butynediol ada beberapa pertimbanganpertimbangan, yaitu: a. Prediksi Kebutuhan Dalam Negeri Kapasitas pabrik butynediol ditentukan berdasarkan kebutuhan impor butynediol dalam negeri yang berasal dari negara-negara lain. Kebutuhan butynediol di Indonesia terus meningkat dari tahun ke tahun. Hal ini dapat dilihat pada tabel dibawah ini:

5 Tabel 1. Kebutuhan butynediol di Indonesia No Tahun Kebutuhan Impor (ton/tahun) Sumber : Badan Pusat Statistik Kebutuhan Chart Title y = 6E+07x 1E R² = Series Linear (Series1) E Tahun Ke Gambar 1. Grafik Tahun Versus Kebutuhan butynediol Dari hasil regresi linear diperoleh perkiraan kebutuhan butynediol pada tahun 015 (tahun ke 10): y = 6E+07x - 1E (1) = 6E+07(10) 1E+11 = 5.63,8478 ton

6 Impor butynediol dari tahun 015 ke tahun tahun berikutnya mengalami kenaikan rata-rata sebesar 59,835%. Berdasarkan data diatas dapat diperkirakan kebutuhan impor butynediol pada tahun 015 sebesar 5.63,8478 ton/tahun. b. Ketersediaan Bahan Baku Bahan baku formaldehyde dan acetylene telah banyak diproduksi di Indonesia. Mengingat persediaan bahan baku yang memadai dan kebutuhan butynediol yang besar, maka sangat prospektif bila mendirikan pabrik butynediol. c. Kapasitas minimal Dari pabrik yang sudah beroperasi dibeberapa negara dapat diketahui bahwa kapasitas minimal perancangan lebih dari ton/tahun, dengan kapasitas maksimalnya sebesar ton/tahun. Sampai saat ini sekitar ton/tahun butynediol diproduksi di Eropa. Salah satu pabrik yang sudah berdiri di Cina memproduksi butynediol sebesar ton/tahun. Pabrik-pabrik kimia yang sudah berdiri di Indonesia yang berkapasitas antara ton/tahun sampai ton/tahun rata-rata mempunyai luas area pabrik sebesar m. Berdasarkan pertimbangan diatas maka dalam perancangan pabrik butynediol yang akan didirikan pada tahun 015 ditentukan kapasitas sebesar ton/tahun. Kapasitas ini ditetapkan dengan beberapa tujuan antara lain: 1. Dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri,. Dapat dieksport sehingga menghasilkan devisa bagi negara, 3. Dapat merangsang berdirinya industri kimia lain yang menggunakan butynediol sebagai bahan baku seperti industri butenediol, butanediol, dan tetrahydrofuran.

7 C. Penentuan Jenis Proses Pada prinsipnya proses produksi butynediol secara komersial dilaksanakan dengan cara ethynylation, yaitu dengan mereaksikan acetylene dan formaldehyde dengan katalisator CuC. ( Kirk and Othmer, 1980 ) Secara stoikiometri pembentukan butynediol mengikuti persamaan: C H + CH O HOCH CCCH OH Acetylene formaldehyde butynediol Proses ini disebut dengan proses Reppe....() Reaksi lain yang mungkin terjadi, yaitu : C H + CH O C H O 3 4 Acetylene formaldehyde propargyl aslcohol...(3) (Speight, 00) Reaksi ini dapat dilakukan di dalam reaktor fixed bed (memakai tumpukan katalis padat), atau reaktor slurry. Reaksi berlangsung pada kondisi suhu C dan tekanan atmosfer. (Ullman, 1988)

8 Diagram Alir Kualitatif Proses dan Material CHO HO CH3OH VP-01 T = 76 P =, CH N H HO CH3OH CHO CH N H HO CH3OH CHO HO CH3OH C4H6O T-03 T = 35 o C P = 1 atm T-01 T = 35 C P = 1 T-0 T = 35 C P = 56 H N CH CH N H HO C4H6O CH3OH CHO R-01 T = 110 o C P = atm CH N H HO CH3OH CHO HO CH3OH C4H6O MD-01 T = 11,116 o C P = atm HO CH3OH C4H6O Sp-01 T = 93 o C P = 1,9 atm T-03 T = 35 o C P = 1 atm Gambar 1 Diagram Alir Kualitatif produksi Butynediol kapasitas ton/tahun

9 Diagram Alir Kuantitatif Proses dan Material CHO = 4809,0833 H O = 833,0676 CH3OH = 05,5590 = 15166,7099 C H = 1073,548 H =,1177 N = 10,5885 H O = 573,641 CH3OH = 403,709 CHO = 48,5766 = 111,7386 H O = 7603,571 CH3OH = 16,881 C 4H 6O = 34,1170 = 959,661 T-01 T= 35 C P= 1,5 atm H =,1177 N = 10,5885 C H = 3136,490 = 3149,135 C H = 1073,548 H =,1177 N = 10,5885 H O = 573,641 CH3OH = 403,709 CHO = 48,5766 = 111,7386 H O = 7758,456 CH3OH = 16,881 C 4H 6O = 683,399 = 1604,1065 T-03 T= 35 C P= 1 atm MD-01 T=11,116 C P= atm R-01 T= 110 C P= atm T-0 T= 35 C P= 56 atm C H = 147,0857 H = 4,354 N = 1,1769 H O = 8905,7097 CH3OH = 48,899 C 4H 6O = 683,399 CHO = 97,153 = 047,5837 H O = 7758,456 CH3OH = 16,881 C 4H 6O = 683,399 = 1604,1065 H O = 155,1685 CH3OH = 0,0000 C 4H 6O = 6789,759 = 6944,4444 SP-01 T= 93 C P= 1,9 atm T-04 T= 35 C P= 1 atm Gambar Diagram Alir Kuantitatif produksi Butynediol kapasitas ton/tahun.

10 D. Tinjauan Kinetika Pada prinsipnya proses produksi butynediol secara komersial dilaksanakan dengan cara ethynylation, yaitu dengan mereaksikan acetylene dan formaldehyde dengan katalisator CuC. ( Kirk and Othmer, 1980 ) Secara stoikiometri pembentukan butynediol mengikuti persamaan: C H + CH O HOCH CCCH OH Acetylene formaldehyde butynediol Proses ini disebut dengan proses Reppe....(4) Reaksi lain yang mungkin terjadi, yaitu : C H + CH O C H O 3 4 Acetylene formaldehyde propargyl aslcohol...(5) (Speight, 00) Reaksi ini dapat dilakukan di dalam reaktor fixed bed (memakai tumpukan katalis padat), atau reaktor slurry. Reaksi berlangsung pada kondisi suhu C dan tekanan atmosfer. (Ullman, 1988) Pada proses pembuatan butynediol, terjadi reaksi antara formaldehyde dengan acetylene dengan mekanisme sebagai berikut: CuC 1. C H + CH O HOCH CCCH OH...(6) Acetylene formaldehyde butynediol CuC. C H + CH O C H O (7) Acetylene formaldehyde propargyl alcohol CuC 3 C H O + C H HOCH CCCH OH...(8) 3 4 Propargyl alcohol acetylene butynediol (Moore, 1964)

11 Proses ethynylation berlangsung pada suhu o C. Konversi formaldehyde sebesar 98,6% dan selektivitas sebesar 98%. (Chang dkk. 199) Untuk menentukan sifat reaksi apakah berjalan secara eksotermis atau endotermis maka perlu pembuktian dengan menggunakan panas reaksi ( Η) yang dapat ditentukan dengan persamaan: = o o H o reaksi H H f. p f. r...(9) Persamaan reaksi: C H + CH O HOCH CCCH OH...(10) Jika Η = ( ) maka reaksi bersifat eksotermis Jika Η = (+) maka reaksi bersifat endotermis H = H o C H O ( H C H + H 4 6 CH o o f f f O...(11) = ,86 Btu/lbmol (97484, ,84) Btu/lbmol = ,59 Btu/lbmol Dari harga Η sebesar ,59 Btu/lbmol dapat disimpulkan bahwa pada reaksi ethynylation adalah reaksi eksotermis. Nilai tetapan kesetimbangan (K) dari reaksi pembentukan butynediol adalah sebesar 1,9953 x 10 0, sehingga dapat disimpulkan bahwa rekasi yang terjadi merupakan reaksi irreversibel, karena nilai tetapan kesetimbangan yang didapat sangat besar. Ditinjau dari segi kinetika, proses ethynylation dari formaldehyde mempunyai persamaan kecepatan reaksi sebagai berikut: W. k. K f. C f r =...(1) 1+ K. C f f diketahui pada suhu 383 K, diperoleh harga k = 34 x 10-3 kmol/kg h, dan K f = 0,47 m 3 /kmol

12 Sehingga didapat persamaan baru untuk nilai kecepatan reaksi pada proses ethynilasi formaldehid sebagai berikut: r = 34x10 3. W. C 1+ 0,47. C f f...(13) Keterangan: W : Berat Katalis (kg/m 3 ) K f : Konstanta kesetimbangan adsorpsi formaldehid (m 3 /kmol) K : Konstanta kecepatan reaksi (kmol/kg.h) C f : Konsentrasi Formaldehid (kmol/m 3) (Chang dkk. 199) E. Perancangan Diagram Alir Proses Alat utama yang digunakan 1. Reaktor Tugas : Sebagai tempat berlangsungnya reaksi antara acetylene dan formaldehyde menjadi butynediol sebanyak 0.47,5837 kg/jam Jenis : Reaktor Fixed Bed Single Tube Kondisi operasi Suhu : 110 o C Tekanan : atm. Separator Tugas : Memisahkan uap sebanyak 4.35,3841 kg/jam dan cairan sebanyak 16.04,1065 kg/jam yang berasal dari reaktor Tipe : Horizontal drum, Torispherical Dished Head Kondisi operasi Suhu Tekanan : 93,101 o C : 1,9 atm

13 3. Menara Destilasi (01) Tugas Tipe : Memisahkan butynediol dari campurannya : Packed distillation column Kondisi operasi a. Puncak menara : Suhu : 108,670 o C Tekanan : 1,1 atm b. Umpan menara : Suhu : 88,70 o C Tekanan : 1,1 atm. c. Dasar menara : Suhu : 174,663 o C. Tekanan : 1 atm 4. Menara Destilasi (0) Tugas Tipe : Memisahkan metanol dengan air : Packed distillation column Kondisi operasi d. Puncak menara : Suhu : 74,879 o C Tekanan : 1 atm e. Umpan menara : Suhu : 108,670 o C Tekanan : 1,1 atm. f. Dasar menara : Suhu : 11,634 o C. Tekanan : 1 atm

14 F. Analisis Ekonomi Dari analisis ekonomi, pabrik butynediol ini membutuhkan modal terdiri dari modal tetap dan modal kerja sebesar Rp ,0. Keuntungan sebelum pajak sebesar Rp ,34 /th. Keuntungan sesudah pajak sebesar Rp ,74 /th. Analisis kelayakan ini memberikan hasil bahwa Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 39,6447% dan setelah pajak sebesar 15,8679%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar,0143 tahun sedangkan setelah pajak sebesar 3,8697 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 44,0718% kapasitas, dan Shut Down Point (SDP) sebesar 6,1336% kapasitas. Discounted Cash Flow Rate of Return (DCFRR) sebesar 36,5813%. Tabel 1 Kesimpulan Evaluasi Ekonomi Kriteria Nilai Persyaratan Pustaka ROI (b) dalam % 39,6447 Minimal 11% sebelum pajak Aries and Newton, 1955 ROI (a) dalam % 15,8679 (untuk pabrik beresiko rendah) POT (b) dalam tahun,0143 POT (a) dalam tahun 3,8673 Maksimal 5 tahun sebelum pajak Aries and Newton, 1955 BEP dalam % 44, % SDP dalam % 6,1336 DCFRR dalam % 36,5813 >1,5 Bunga pinjaman bank Mandiri (0%) Dari hasil perhitungan analisis ekonomi diatas maka dapat diambil kesimpulan bahwa dari segi ekonomi, pabrik butynediol ini layak untuk didirikan di Indonesia.

15 50 Grafik Parameter Analisis Ekonomi 0.3Ra Milyar (Rupiah)/tahun Ra Sa Va Fa SDP BEP Kapasitas produksi/tahun (%) Gambar 6. Grafik Break Even Point dan Shut Down Point G. KESIMPULAN Pabrik butynediol digolongkan sebagai pabrik beresiko rendah karena ditinjau dari segi sifat bahan baku dan produk yang tidak membahayakan dan kondisi operasinya tidak terlalu tinggi. Berdasarkan analisis ekonomi terhadap pabrik memberikan hasil sebagai berikut : 1. Keuntungan sebelum pajak (Pb) sebesar Rp 41,389,710, /tahun. Keuntungan sesudah pajak (Pa) sebesar Rp 16,555,884, /tahun.. ROI sebelum pajak sebesar 39,6447% ROI sesudah pajak sebesar 15,8679%. Syarat :ROI minimum untuk pabrik beresiko rendah adalah 11% (Aries Newton, 1955). dan 3. POT sebelum pajak (POTb) selama,0143 tahun POT sesudah pajak (POTa) selama 3,8697 tahun Syarat : Batas maksimum untuk pengembalian modal adalah selama 5 tahun (Aries dan Newton, 1955).

16 4. Break Even Point (BEP) sebesar 44,0718% 5. Shut Down Point (SDP) sebesar 6,1336% Syarat : Nilai BEP untuk pabrik kimia umumnya berkisar antara 40-60%. 6. Discounted Cash Flow Rate of Return (DCFRR) sebesar 36,5813%. Syarat: Nilai minimum DCFRR sebesar 1,5 x bunga bank. Dimana bunga bank saat ini diantara 10-14% Dari data di atas maka dapat disimpulkan pabrik butynediol ini layak untuk didirikan.

17 DAFTAR PUSTAKA Chang F. W., J.M.,Chen & J. C. Guo, The Ethynylation Kinetic of Formaldehyde, Chem. Eng. Sci., Vol 47, 199. Kirk, R. E., and Othmer, D.F., 195, Encyclopedia of Chemical Technology, 3 rd ed., Vol. 1, The Inter Science Encyclopedia, Inc., New York. Moore, W. P., 1960, Process for Butynediol, available at accessed on 5/04/006. Speight, J. G., 00, Chemical and Process Design Hand Book, Mc Graw Hill Book Co., Inc., New York. Ullman, 1989, Ullman s Encyclopedia of Indutrial Chemistry, Vol. A-16, Interscience Encyclopedia, Inc., New York.