NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK DIBUTYL PHTHALATE DARI PHTHALIC ANHYDRIDE DAN N-BUTANOL DENGAN KATALIS ASAM SULFAT KAPASITAS 12.

Transkripsi

1 NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK DIBUTYL PHTHALATE DARI PHTHALIC ANHYDRIDE DAN N-BUTANOL DENGAN KATALIS ASAM SULFAT KAPASITAS TON/TAHUN Disusun oleh: Ali Mahmudi D Dosen pembimbing:. Ir. Nur Hidayati, M.T., Ph.D. 2. Ir. Haryanto A.R., M.S. JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA SURAKARTA 203 i

2 ii

3 SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH Bismillaahirrahmaanirrohiim Yang bertanda tangan dibawah ini, saya: Nama : Ali Mahmudi NIM : D Fakultas/Jurusan : Teknik/Teknik Kimia Jenis : Skripsi Judul : Prarancangan Pabrik Dibutyl Phthalate dari Phthalic Anhydride dan n-butanol dengan Katalis Asam Sulfat Kapasitas Ton/Tahun Dengan ini menyatakan bahwa saya menyetujui untuk:. Memberikan hak bebas royalti kepada Perpustakaan UMS atas penulisan karya ilmiah saya, demi pengembangan ilmu pengetahuan, 2. Memberikan hak menyimpan, mengalihmediakan/mengalih formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), mendistribusikannya, serta menampilkannya dalam bentuk softcopy untuk kepentingan akademis kepada Perpustakaan UMS, tanpa perlu meminta ijin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta, 3. Bersedia dan menjamin untuk menanggung secara pribadi tanpa melibatkan pihak Perpustakaan UMS, dari semua bentuk tuntutan hukum yang timbul atas pelanggaran hak cipta dalam karya ilmiah ini. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan semoga dapat digunakan sebagaimana semestinya. Surakarta, Juli 203 Yang menyatakan Ali Mahmudi iii

4 A. PENDAHULUAN Sebagai Negara berkembang Indonesia dituntut untuk selalu memperbaiki sistem perekonomian. Upaya untuk meningkatkan sistem perekonomian tersebut salah satunya adalah dengan memajukan sistem industrialisasi. Pasar bebas yang dibuka seluas-luasnya merupakan salah satu alternatif agar terbangun industri yang kompetitif. Industri kimia yang memproduksi bahan kimia hulu maupun hasil olahannya merupakan contoh sektor industri yang kompetitif. Salah satu industri kimia yang dinilai prospektif adalah Plasticizer. Plasticizer merupakan salah satu bahan penunjang bagi industri plastik yang berfungsi membentuk sifat kekenyalan atau keliatan agar barang-barang dari plastik menjadi kenyal, mudah dibentuk dan tidak mudah pecah/patah. Dibutyl phthalate merupakan salah satu jenis plasticizer yang digunakan di Indonesia. Dibutyl phthalate diperoleh dari reaksi phthalic anhydride dan 2 molekul n-butanol melalui satu tahap reaksi esterifikasi disertai pengeluaran air, adapun reaksinya adalah sebagai berikut (Keyes,975): C 6 H 4 (CO) 2 + 2C 4 H 9 OH H 2 SO 4 C 6 H 4 (COOC 4 H 9 )+ H 2 O Phthalic Anhydride n-butanol Dibutyl Phthalate Air Dengan menggunakan katalis asam sulfat, waktu reaksi yang digunakan sangat singkat, sehingga kemungkinan terjadinya reaksi samping sangat kecil. Produk yang diperoleh dari reaksi esterifikasi adalah 99% dibutyl phthalate. Selain pertimbangan di atas, pendirian pabrik dibutyl phthalate di Indonesia didasarkan oleh beberapa hal sebagai berikut: Menciptakan lapangan pekerjaan sehingga dapat mengurangi jumlah angka pengangguran dalam negri Memacu industri-industri baru untuk menggunakan dibutyl phthalate sebagai bahan bakunya Mengurangi ketergantungan terhadap negara asing Meningkatkan pendapatan negara dari sektor industri, serta dapat menghemat devisa negara Meningkatkan mutu sumber daya manusia Indonesia lewat alih teknologi

5 B. PERANCANGAN KAPASITAS Kapasitas produksi pabrik mempengaruhi perhitungan ekonomis maupun teknis dalam suatu perancangan pabrik. Dalam menentukan kapasitas rancangan pabrik dibutyl phthalate ini perlu mempertimbangkan beberapa hal, diantaranya proyeksi konsumsi dibutyl phthalate, kapasitas produksi dibutyl phthalate komersial yang sudah ada dan kapasitas minimal atau maksimal yang terpasang.. Proyeksi Kebutuhan dibutyl phthalate Tabel. Data impor Indonesia terhadap dibutyl phthalate (BPS, ) No. Tahun Jumlah (kg) Berdasarkan data yang ditunjukkan pada tabel.. data impor Indonesia terhadap dibutyl phthalate mengalami pasang surut. Namun kebutuhan dibutyl phthalate diprediksikan akan mengalami peningkatan pada tahun-tahun berikutnya. 2. Kapasitas Produksi Pabrik Komersial yang Sudah Ada Saat ini ada 2 pabrik di Indonesia yang memproduksi dibutyl pthtalate, yaitu: PT. Indo Polimers Adiputra dengan kapasitas ton/tahun dan PT. Buana Chemical Industries yang berkapasitas ton/tahun (Indochemical CIC,2002). Berdasarkan pertimbangan di atas maka diambil kapasitas produksi rancangan pabrik dibutyl phthalate ini sebesar ton/tahun. Berdasarkan faktor lokasi bahan baku, pemasaran, fasilitas transportasi, utilitas, dan tenaga kerja, maka Gresik, Jawa Timur dirasa tepat untuk dijadikan lokasi pendirian pabrik dibutyl phthalate dalam perencanaan ini. 2

6 C. PROSES PEMBUATAN DIBUTYL PHTHALATE Dibutyl phthalate diproduksi dengan mereaksikan antara phthalic anhydride dan butanol dengan reaksi esterifikasi menggunakan katalis asam sulfat. Reaksi dijalankan dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) pada suhu o C. Reaksi berlangsung dalam fase cair, dengan persamaan reaksi sebagai berikut (Berman dkk., 948): O C COOC 4 H 9 C 6 H 4 O + C 6 H 4 OH C 6 H 4 C COOH O Phthalic Anhyride Butanol Monobutyl Phthalate COOC 4 H 9 COOC 4 H 9 C 6 H 4 + C 6 H 4 OH C 6 H 4 + H 2 O COOH COOC 4 H 9 Monobutyl Phthalate Butanol Dibutyl Phthalate Air D. TINJAUAN KINETIKA Gambar. Reaksi Esterifikasi dibuytl phthalate Reaksi esterifikasi pembentukan dibutyl phthalate adalah reaksi orde 2 terhadap terhadap monoester. Dari eksperimen diperoleh persamaan empiris untuk harga k, adalah sebagai berikut (Berman,949): k T Dengan : k T 2, x x0 4 C,228 x0 3 C B M 0 205,8 (5,35 456/ T ) : Konstana laju reaksi dengan katalis (m 3 /.kmol jam) C :Prosen berat katalis dalam umpan (%) B/M T : Rasio mol Butanol dan MBP : Temperatur 3

7 Reaksi esterifikasi pembuatan dibutyl phthalate adalah reaksi eksotermis atau menghasilkan panas yang ditandai dengan harga panas reaksi pembentukan bernilai negatif (ΔH f = negatif). Sedangkan dari segi kesetimbangan reaksi (K), reaksi esterifikasi pembuatan dibutyl phthalate tersebut berjalan ke arah kanan yang ditandai dengan energi gibs bernilai negatif (ΔG = negatif). ΔG bernilai negatif juga menunjukkan entropi atau derajat spontanitas (ΔS) reaksi semakin besar yang berarti reaksi tersebut dapat terjadi. E. DESKRIPSI PROSES Secara keseluruhan proses produksi dibutyl phthalate dibagi menjadi 3 tahap yaitu:. Tahap persiapan bahan baku 2. Tahap Reaksi 3. Tahap Pemurnian Produk. Tahap Persiapan Bahan Baku Tahap ini dimaksudkan untuk mempersiapkan bahan baku agar sesuai dengan kondisi operasi. Bahan baku butanol disimpan dalam keadaan cair pada tangki (F-02) suhu 30 o C dan tekanan atm. Dalam kondisi cair jenuh butanol dipompa melewati heater (E-0) untuk dinaikkan suhunya dari 30 o C sampai 7 o C kemudian dicampur dengan butanol recycle dari menara destilasi (MD-02) masuk ke reactor (R-0). Bahan baku phthalic anhydride padatan dari silo bahan baku (S-0) pada suhu kamar 30 o C dan tekanan atm diangkut dengan bucket elevator menuju melting tank (Mt-0) untuk dicampur dengan asam sulfat kemudian dilelehkan dan dipompa menuju reactor (R-0). 2. Tahap reaksi Reaktor yang digunakan adalah Reaktor Alir Tangki Berpengaduk, dengan kondisi operasi reaktor pada suhu 40 o C dan tekanan atm. 3. Tahap Pemurnian Produk Hasil bawah reaktor didinginkan dengan menggunakan cooler (E-03). Setelah itu dialirkan ke dalam netralizer (R-02) untuk dinetralkan dengan NaOH 60%. Setelah dinetralisasi, selanjutnya produk dialirkan menuju decanter (DC-0) 4

8 untuk memisahkan produk dengan endapan garam. Produk atas decanter selanjutnya dipompakan menuju menara distilasi (MD-0) untuk memurnikan produk. Produk bawah menara berupa dibuytl phthalate dilewatkan pada cooler (E-04) untuk diturunkan suhunya dan produk disimpan pada tangki penyimpanan (F-04). Produk atas reaktor berupa uap jenuh campuran air dan butanol didinginkan dan dicampur dengan hasil atas MD-0. Campuran air dan butanol ini selanjutnya dipisahkan menggunakan MD-02. Produk atas berupa uap air yang di buang ke lingkungan sedangkan produk bawah berupa butanol dikembalikan ke dalam reaktor. Diagram alir proses produksi dibutyl phthalate dapat dilihat pada gambar 2. Dengan kapasitas ton/tahun pabrik dibuytl phthalate ini membutuhkan bahan baku pthalic anhydride sebanyak.00,06 kg/jam, n-butanol.23,84 kg/jam dan katalis asam sulfat 2,33 kg/jam. Data masing-masing komponen tiap arus disajikan dalam tabel 2. 5

9 6 silo Melting tank T. Asam sulfat T. Butanol Reaktor Netraliz er T. NaOH Decanter MD-0 T.DBP MD-02 P-22 P-8 P-9 P-24 P-23 P-20 P-25 P-28 P-5 P-27 P-6 P-7 P P P-33 P P P-35 P P-36 P P-6 P Gambar 2. Diagram alir kualitatif pabrik dibutyl phthalate

10 Tabel 2. Data komponen dan massa tiap arus pabrik dibutyl phthalate Komponen Nomor Arus H 2 O 0,50 0,,4 0,64 64,98 38,42,24 57,26 49,67 7,59 7,59 72,06 0,5 C 8 H 4 O 3 998,06 998,06 0,08 9,90 9,90 9,90 0,00 C 8 H 6 O 4 2,00 2,00 0,00 2,00 2,00 2,00 0,08 C 4 H 2 O 3 0,50 0,50 0,03 0,47 0,47 0,47 0,00 C 6 H 22 O 4 0,59 577,69 577,69 0,5 577,69 577,69 0,59 C 2 H 4 O 4 0,55 22,59 22,59 0,02 22,44 2,76 208,68 209,23 C 4 H 0 O 23,73 03,70 05,5 05,5 0,02 95,00 2,35 92,65 7E-04 96,35 H 2 SO 4 20,69 20,69 0,0 20,67 0,02 29,92 0,00 NaOH 6,87 0,02 0,00 Na 2 SO 4 29,92 0,4 Total 00,06 23,84 022,39 2,33 69,95 976,26 28,2 2004,39 02,66 90,73 592,8 308,92 72,06 406,76 7

11 F. SPESIFIKASI ALAT UTAMA PROSES Alat-alat yang digunakan dalam proses produksi dibuytl phthalate harus disesuaikan dengan kapasitas peracangan dan standar internasional yang umum digunakan. Dari hasil perhitungan data spesifikasi alat proses pabrik dibuytl phthalate dengan kapasitas ton/tahun adalah sebagai berikut:. Silo Kode alat : S-0 Fungsi : Penampung phthalic anhydride sebelum diumpankan ke melting tank Suhu operasi : 30 Tekanan operasi : atm Diameter : 0,865 m Tinggi : 0,865 m Tebal plate shell : 3/6 in Tebal plate roof : 3/6 in Bahan konstruksi : Carbon steel SA 35 Harga : US $ Melting Tank Kode alat : Mt-0 Fungsi : Melelehkan sekaligus memanaskan phthalic anhydride dan asam sulfat dari 30 o C menjadi 40 o C Suhu operasi : 40 Tekanan operasi : atm Diameter : 0,865 m Tinggi :,287 m Tebal plate shell : 3/6 in Tebal plate roof : 3/6 in Bahan konstruksi : Stainless steel SA 304 Harga : US $ Reaktor Kode alat : R-0 8

12 Fungsi : Tempat terjadinya reaksi antara n-butanol dengan phthalic anhydride menjadi dibutyl pthalate Suhu operasi : 40 Tekanan operasi : atm Diameter : 2,508 m Tinggi : 3,538 m Tebal plate shell : 3/6 in Tebal plate roof : 3/6 in Bahan konstruksi : Stainless steel SA 304 Harga : US $ Netralizer Kode alat : R-02 Fungsi : Tempat terjadinya reaksi netralisasi asam sulfat (sisa reaksi di reaktor) dengan natrium hidroksida menjadi natrium sulfat Suhu operasi : 60 Tekanan operasi : atm Diameter :,45 m Tinggi :,668 m Tebal plate shell : 3/6 in Tebal plate roof : 3/6 in Bahan konstruksi : Stainless steel SA 304 Harga : US $ Dekanter Kode alat : Dc-0 Fungsi : Tempat terjadinya pemisahan berdasarkan densitas bahan hasil reaksi di netralizer Suhu operasi : 60 Tekanan operasi : atm Diameter :,227 m Panjang : 5,05 m 9

13 Tebal plate shell : 3/6 in Tebal plate roof : 3/6 in Bahan konstruksi : Carbon steel SA 35 Harga : US $ Menara Distilasi a. Menara distilasi-0 Kode alat : MD-0 Fungsi : Tempat terjadinya pemisahan produk dibutyl phthalate dengan sisa reaktan, sehingga produk dibutyl phthalate yang dihasilkan menjadi 99% Jenis : Plate sieve tray Bahan : Carbon steel SA-238 Grade C Tinggi MD-0 : 3,43 m Jumlah plate minimum : 0,48 plate Jumlah plate ideal : 0,46 plate Jumlah plate aktual : 3 plate Seksi stripping (bawah) : 2 plate Seksi enriching (atas) : plate Diameter atas : 2,032 m Diameter bawah : 2,904 m Diameter MD-0 : 2,904 m Tebal head : 3/6 in Tebal shell : 3/6 in Jarak antar tray : 0,55 m Pt : 0,005 atm Umpan masuk : Tray nomer Kondisi atas a. FLV : 0,04 b. Uf :,604 m/dt c. An : 2,85 m 2 d. AD : 0,389 m 2 0

14 Kondisi bawah a. FLV : 0,095 b. Uf : 0,656 m/dt c. An : 5,825 m 2 d. AD : 0,794 m 2 Harga : US $ b. Menara distilasi-02 Kode alat : MD-02 Fungsi : Tempat terjadinya pemisahan n-butanol dan sisa reaktan dengan air Jenis : Plate sieve tray Bahan : Stainless steel SA-304 Tinggi MD-0 : 6,793 m Jumlah plate minimum : 23,653 plate Jumlah plate ideal : 33,790 plate Jumlah plate aktual : 34 plate Seksi stripping (bawah) : plate Seksi enriching (atas) : 33 plate Diameter atas : 0,760 m Diameter bawah : 2,824 m Diameter MD-0 : 2,824 m Tebal head : 3/6 in Tebal shell : 3/6 in Jarak antar tray : 0,55 m Pt : 0,005 atm Umpan masuk : Tray nomer 33 dari atas Kondisi atas e. FLV : 0,00 f. Uf : 2,636 m/dt g. An : 0,399 m 2 h. AD : 0,054 m 2

15 Kondisi bawah e. FLV : 0,056 f. Uf :,050 m/dt g. An : 5,508 m 2 h. AD : 0,75 m 2 Harga : US $

16 Miliyar per tahun G. ANALISIS EKONOMI Analisa ekonomi berfungsi untuk mengetahui apakah pabrik yang akan didirikan dapat menguntungkan atau tidak dan layak atau tidak jika didirikan berdasarkan valuasi ekonominya. Berdasarkan evaluasi ekonomi yang telah dilakukan pabrik direncanakan beroprasi selama 330 hari pertahun dengan jumlah karyawan 63 orang, modal tetap sebesar Rp ,44 pertahun. Modal kerja sebesar Rp ,74 pertahun. Setelah dipotong pajak keuntungan mencapai Rp ,77 pertahun. Percent return on investment (ROI) sebelum pajak sebesar,39% dan sesudah pajak sebesar 8,35%. Pay out time (POT) sebelum pajak sebesar 2,2 tahun dan setelah pajak 2,89 tahun. Break event point (BEP) sebesar 43,69%, shut down point (SDP) sebesar 27,70%, internal rate of return (IRR) berdasarkan discounted cash flow (DCF) sebesar 20,9%. Hasil ini dapat ditunjukkan dalam gambar ,0 200,0 50,0 00,0 Sa Fa Va Ra 50,0 SDP BEP 0,0 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 00,0 Kapasitas Pabrik per tahun (%) Gambar 3. Grafik hasil analisis ekonomi pabrik dibutyl phthlate 3

17 H. KESIMPULAN Pabrik dibutyl phthalate dari phthalic anhydride dan n-butanol dengan proses esterifikasi katalis asam sulfat kapasitas ton/tahun digolongkan pabrik beresiko rendah, karena suplai bahan baku dekat (non-impor) dan kondisi operasi pada kondidi atmosferis (tekanan atm dan suhu 40 o C). Kelayakan pabrik berdasarkan analisis ekonomi ditunjukkan dalam tabel 3. Tabel 3. Perbandingan Anlasisis Ekonomi Perhitungan dan Referensi (Aries&Newton,955) Keterangan Perhitungan Referensi. ROI (return on investment) sebelum pajak 2. POT (pay out time) sebelum pajak 3. BEP (break even point) 4. SDP (shut down point) 5. DCF (discounted cash flow) 35,23% 2,2th 43,69% 27,70% 20,97% Low risk % High risk 44% Low risk 2th High risk 5th 40%-60% - Minimal 20% Berdasarkan pertimbangan bahwa ROI, BEP, dan DCF untuk pabrik beresiko rendah perhitungannya memenuhi standar, sehingga pabrik dibutyl phthalate ini layak unuk didirikan. 4

18 DAFTAR PUSTAKA Aries, R.S, and Newton, R.D., 995, Chemical engineering Cost Estimation, Mc. Graw Hill Book Co Inc., New York. Berman, S., Melnychuk, A.A., and Othmer, D.F Dibutyl Phthalate: Reaction Rate of Catalitic Esterification. J. Industrial and Engineering Chemistry. Vol 40, no Biro Pusat Statistik, , Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia. Jakarta. Faith, Keyes, and Clark, 975, Industrial Chemical, 4th Edition, John Wiley and Sons Inc., New York. 5

19 LAMPIRAN Hasil tes originalitas karya ilmiah, tes menggunakan software turnitin: 6