PRARANCANGAN PABRIK ACRYLAMIDE DARI ACRYLONITRILE DAN ASAM SULFAT KAPASITAS TON / TAHUN

Transkripsi

1 LAPORAN TUGAS PRARANCANGAN PABRIK PRARANCANGAN PABRIK ACRYLAMIDE DARI ACRYLONITRILE DAN ASAM SULFAT KAPASITAS TON / TAHUN Oleh : ARUM SUKMAWATI D Dosen Pembimbing 1. Kusmiyati, S.T., M.T., Ph.D. 2. Farida Nur Cahyani, S.T., M.Sc. JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA SURAKARTA 2007 i

2 UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK KIMIA Nama : Arum Sukmawati NIM : D Judul TPP : Prarancangan Pabrik Acrylamide dari Acrylonitrile dan Asam Sulfat Kapasitas Ton / Tahun Pembimbing I : Kusmiyati, S.T., M.T., Ph.D. Pembimbing II : Farida Nur Cahyani, S.T., M.Sc. Surakarta, November 2007 Menyetujui Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Kusmiyati, S.T., M.T., Ph.D. Farida Nur Cahyani, S.T., M.Sc. NIK. 683 NIK. 916 Mengetahui An. Dekan Fakultas Teknik Pembantu Dekan I Ketua Jurusan Ir. Subroto, M.T Ir. H. Haryanto, A.R, M.S NIK. 577 NIP ii

3 INTISARI Pabrik Acrylamide kapasitas ton per tahun direncanakan beroperasi selama 330 hari per tahun. Proses pembuatan acrylamide dilakukan dalam sebuah Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) dimana reaktor difungsikan untuk mereaksikan acrylonitrile, asam sulfat dan air sehingga terbentuk acrylamide sulfate, dengan sifat reaksi irreversible, eksotermis pada suhu 90 C dan tekanan 1 atm, kondisi operasi isotermal non adiabatis, menggunakan pendingin jaket dan susunan reaktor seri. Pabrik ini digolongkan pabrik beresiko rendah karena kondisi operasi pada tekanan atmosferis. Kebutuhan bahan baku acrylonitrile di import dari Jepang sebanyak 2.346,8109 kg per jam, asam sulfat berasal dari Petro Kimia, Gresik, Jawa Timur sebanyak 6.575,4984 kg per jam dan ammonia berasal dari Petro Kimia, Gresik, jawa Timur 6.289,0103 kg per jam. Produk utama berupa acylamide sebanyak 3.156,5657 kg per jam sedangkan produk samping berupa ammonium sulfat sebanyak 8.723,2764 kg per jam. Utilitas diperoleh dari air sungai meliputi penyedian air make up untuk pendingin sebesar ,2169 kg per jam, penyediaan air make up untuk steam sebesar 4.425,4448 kg per jam, penyedian air proses sebesar ,2354 kg per jam dan penyediaan air untuk sanitasi sebesar kg per jam. Untuk kebutuhan bahan bakar fuel oil sebesar 7.794,6150 liter per hari, kebutuhan udara tekan sebesar 150 m 3 per jam, kebutuhan listrik diperoleh dari PLN dan dua buah generator set sebesar 420 kw sebagai cadangan. Pabrik ini didirikan di daerah Gresik, Jawa Timur dengan luas tanah m 2 dan jumlah karyawan 124 orang. Pabrik Acylamide ini menggunakan modal tetap Rp per tahun, modal kerja Rp ,98 per tahun. Dari analisis ekonomi terhadap pabrik ini menunjukkan keuntungan sebelum pajak Rp ,74 per tahun, keuntungan setelah pajak Rp ,02 per tahun dan setelah dipotong pajak 30 % keuntungan mencapai Rp ,72 per tahun. Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak 43,34 % dan setelah pajak 30,34 %. Pay Out Time (POT) sebelum pajak selama 1,87 tahun dan setelah pajak 2,48 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 41,55 %, dan Shut Down Point (SDP) sebesar 24,15 %. Discounted Cash Flow (DCF) terhitung sebesar 38,4 %. Dari data analisis kelayakan di atas disimpulkan, bahwa pabrik ini menguntungkan dan layak untuk didirikan. iii

4 Berkata Musa: Ya Tuhanku, lapangkanlah untukku dadaku, mudahkanlah untukku urusanku, lepaskanlah kekakuan dari lidahku, agar mereka mengerti perkataanku (Q.S Thaahaa ayat 25-28) Selamat datang kepada penuntut ilmu, sesungguhnya penuntut ilmu dikitari oleh para malaikat dengan sayap-sayapnya. Kemudian sebagian dari mereka menaiki sebagian yang lain hingga mencapai langit dunia karena kecintaan mereka kepada apa yang ia tuntut. (H.R. Ahmad & Thabroni) Persembahan terindahku : Allah SWT Yang Perkasa... Semakin hambamu mengerti akan kuasamu, semakin pula rasa cinta padamu tertanam begitu kuat mengakar di lubuk hati t dalam, melebihi apapun...insya Allah. Mama, Mamaa, Mamaaa, Bapak, satu langkah tanda bakti dan cintaku tertempuh sudah. Kakakku Ayu dan Adekku Ajeng, sungguh tawa canda, dukungan dan kasih sayang yang diberikan mengasah perasaan dan akal ini tuk terus berkarya. Sahabat-sahabatku, Sha-she, Nanik, Iet-no dan Sun-Thea kalian membuatku berhasil menopang ambisi dan asa tuk selalu berada di jalan-nya. Teman-temanku, Anwar, Dedi, Leo, Degki, Yaman, Moli, Arul dan Suci you re the best. Buat Jaka thanks for all, Kak Haris makasih t lah menemaniku disaat sedih n senang dan smua teman 2 angkatan 03 kompak selalu. Tinta Kehidupan : Takkan ada yang berlalu dengan kesedihan jika tidak mengambil satu rasa yang terluka tuk lambungkan segala angan di jiwa. Takkan pernah selesai jika terus melihat kebelakang yang menyakitkan. Takkan ada yang nyata karena semua semu adanya. Lembayung harapan yang pernah sirna, menjaring angan menguraikan perasaan. Terlerai sudah hati yang terluka. Taukah engkau wahai yang terindah,takkan pernah kita dapatkan sesuatu yang sempurna di dunia. The Only Truth...I dont know much, but I know one thing, that may B all I need to know. Never give up Mr.J, coz I ll stand by you... iv

5 KATA PENGANTAR Assalamu alaikum Wr. Wb. Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Prarancangan Pabrik Acrylamide dari Acrylonitrile dan Asam Sulfat Kapasitas Ton / Tahun. Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada berbagai pihak yang telah memberikan dukungan, bantuan dan saran sehingga kami dapat menyelesaikan Tugas Prarancangan Pabrik ini, khususnya kepada : 1. Bapak Haryanto A.R., Ir., MS. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Ibu Kusmiyati, S.T., M.T., Ph.D. Selaku Pembimbing I Tugas Praprancangan Pabrik Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Ibu Farida Nur Cahyani, S.T., M.Sc. Selaku Pembimbing II Tugas Praprancangan Pabrik Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 4. Papa dan Mama di rumah, terima kasih atas limpahan kasih sayang yang diberikan dan atas doa-doanya. 5. Kakakku Ayu dan Adikku Ajeng yang paling aku sayangi terimakasih atas semangatnya. 6. Teman seperjuanganku Sun-thea. Akhirnya selesai juga perjuangan kita. Sahabat terbaikku, Sha-she, nanik, Iet-no you re the best. Temantamenku, Suci, Degki, Yaman, Anwar, Leo, Dedi dan Arul. Ayo cepat wisuda aku tunggu lho. 7. Teman-teman angkatan 2003 yang tidak tersebutkan kompak selalu. v

6 Akhirnya penulis hanya dapat membalas dengan doa semoga Allah SWT membalas kebaikan hati mereka dengan yang lebih baik. Wassalamu alaikum Wr. W Surakarta, November 2007 Penyusun vi

7 DAFTAR ISI Hal HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii INTISARI... iii PERSEMBAHAN... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vii DAFTAR LAMBANG... x DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR...xiv BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang Pendirian Pabrik Penentuan Kapasitas Rancangan Pabrik Penentuan Lokasi Pabrik Tinjauan Pustaka Macam - Macam Proses Pembuatan Acrylamide Kegunaan Produk Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk Tinjauan Proses Secara Umum...13 BAB II. DESKRIPSI PROSES Spesifikasi Bahan Baku dan Produk Spesifikasi Bahan Baku Spesifikasi Produk Konsep Proses Dasar Reaksi Mekanisme Reaksi Kondisi Operasi Tinjauan Thermodinamika...17 vii

8 Langkah Proses Diagram Alir Proses Neraca Massa dan Neraca Panas Neraca Massa Neraca Panas Tata Letak Pabrik dan Peralatan Tata Letak Pabrik Tata Letak Peralatan...39 BAB III. SPESIFIKASI PERALATAN PROSES...41 BAB IV. UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM Unit Pendukung Proses (Utilitas) Unit Pengadaan Air (Water Suplly Section) Unit Pengadaan Steam Unit Pembangkit Tenaga Listrik Unit Pengadaan Udara Tekan Unit Pengadaan Bahan Bakar Laboratorium Tugas Pokok Laboratorium Program Kerja Laboratorium Alat-alat Utama Laboratorium...99 BAB V. MANAJEMEN PERUSAHAAN Bentuk Perusahaan Struktur Organisasi Pemegang Saham Dewan Komisaris Direktur Kepala Bagian Kepala Seksi dan Karyawan Kesejahteraan karyawan Cuti Hari Lubur Nasional viii

9 Kerja lembur (Overtime) Sistem Gaji Karyawan Jam kerja Karyawan Pakaian Kerja Pengobatan ASTEK Kesejahteraan Sosial Karyawan Perencanaan Produksi Pengendalian Produksi BAB VI. ANALISIS EKONOMI Total Capital Investment Manufacturing Cost Working Capital General Expenses Analisis Keuntungan Analisis Kelayakan Return On Investment (ROI) Pay Out Time (POT) Fixed Cost (Fa) Variable cost (Va) Regulated Cost (Ra) Break Even Point (BEP) Shut Down Point (SDP) Discounted Cash Flow (DCF). 130 KESIMPULAN DAFTAR PUSTAKA ix

10 DAFTAR LAMBANG ρ : Densitas, kg/m 3 η : Efisiensi π : Jari-jari, in µ : Viskositas, cp A : Luas bidang penampang, ft 2 B : Lebar baffle, m c : Panas spesifik, Btu/lb o F D : Diameter, m DI : Diameter pengaduk, m D opt E f F F V H hi ho H V icr ID JH k L l : Diameter optimal, m : Efisiensi pengelasan : Allowable stress, psia : Normal heating value, Btu/lb : Laju alir, m 3 /jam : Tinggi, m : Inside film coefficien, Btu/jam ft 2 o F : Outside film coefficient, Btu/jam ft 2 o F : Panas penguapan, joule/mol : Jari-jari sudut dalam, in : Inside diameter, in : Heat transfer factor : Konstanta kinetika reaksi, / menit : Lebar pengaduk, m : Lebar, m LMTD : Log mean temperatur different, o F m : Massa, kg Ms : Massa Steam, kg N : Kecepatan putaran, rpm x

11 N Re : Bilangan Reynold Nt : Jumlah tube OD : Outside diameter, in p : Panjang, m P : Power motor, Hp P : Tekanan, psia P T Q f Q S rc Rd Sg T t T B T C th ts U C U D : Tube Pitch, in : Kecepatan/laju air volumetric, m 3 /jam : Kebutuhan Steam, kg : Jari-jari dish, in : Faktor pengotor : Spesific gravity : Temperatur, o C : Waktu, jam : Titik didih, o C : Titik kritis, o C : Tebal head, in : Tebal shell, in : Koefisien perpindahan panas menyeluruh pada awal HE dipakai, Btu/jam ft 2 o F : Koefisien perpindahan panas menyeluruh setelah ada zat pengotor pada HE, Btu/jam ft 2 o F V h : Volume head, m 3 V S : Volume shell, m 3 V t : Volume tangki, m 3 V t : Volume total, m 3 W : Faktor intensifikasi tegangan untuk jenis head. W : Tinggi pengaduk, m Wf : Total head, in x : Konversi, % xi

12 DAFTAR TABEL Hal Tabel 1.1. Data Kebutuhan Acrylamide di Indonesia... 2 Tabel 1.2. Kapasitas Pabrik Acrylamide... 3 Tabel 1.3. Data Kelarutan Acrylonitrile dalam Air... 8 Tabel 2.1. Data Data Panas Pembentukan...17 Tabel 2.2. Data Energi Bebas Gibbs...17 Tabel 2.3. Data Data Panas Pembentukan...19 Tabel 2.4. Tabel Alir Massa...26 Tabel 2.5. Neraca Massa Reaktor (R-01)...27 Tabel 2.6. Neraca Massa Netralizer (NT-01)...27 Tabel 2.7. Neraca Massa Centrifuge (CF-01)...28 Tabel 2.8. Neraca Massa Washer (WS-01)...28 Tabel 2.9. Neraca Massa Rotary Dryer (RD-02)...28 Tabel Neraca Massa Dekanter (DK-01)...29 Tabel 2.11 Neraca Massa Crystalizer (CR-01)...29 Tabel Neraca Massa Centrifuge (CF-02)...29 Tabel Neraca Massa Rotary Dryer (RD-01)...30 Tabel Total Neraca Massa...30 Tabel Neraca Panas Reaktor (R-01)...31 Tabel Neraca Panas Netralizer (Nt-01)...31 Tabel Neraca Panas Centrifuge (CF-01)...32 Tabel Neraca Panas Washer (WS-01)...32 Tabel Neraca Panas Rotary Dryer (Dr-02)...32 Tabel Neraca Panas Dekanter (DK-01)...33 Tabel Neraca Panas Crystalizer (CR-01)...33 Tabel Neraca Panas Centrifuge (CF-02)...33 Tabel Neraca Panas Rotary Dryer (Dr-01)...34 Tabel Neraca Panas Heat Exchanger (HE-01)...34 xii

13 Tabel Neraca Panas Heat Exchanger (HE-02)...34 Tabel Total Neraca Panas...35 Tabel Luas Bangunan Pabrik...37 Tabel 3.1. Data Demensi Tangki...70 Tabel 3.2. Data Demensi Tangki...71 Tabel 3.3. Data Demensi Tangki...72 Tabel 3.3. Data Demensi Tangki...73 Tabel 4.1. Syarat Fisik Air untuk Sanitasi...76 Tabel 4.2. Konsumsi Listrik Untuk Keperluan Proses...93 Tabel 4.3. Konsumsi Listrik Untuk Utilitas...95 Tabel 5.1. Sistem Penggajian Karyawan Tabel 5.2. Sistem Pembagian Kerja Tabel 6.1. Cost Index Chemical Plant Tabel 6.2. Total Fixed Capital Investment Tabel 6.3. Manufacturing Cost Tabel 6.4. Working Capital Tabel 6.5. General Expenses Tabel 6.6. Fixed Cost Tabel 6.7. Variable Cost Tabel 6.8. Regulated Cost xiii

14 DAFTAR GAMBAR Hal Gambar 1.1. Kebutuhan Acrylamide vs Tahun....2 Gambar 2.1. Diagram Alir Kualitatif...23 Gambar 2.2. Diagram Alir Kuantitatif...24 Gambar 2.3. PFD...25 Gambar 2.4. Diagram Alir Neraca Massa...26 Gambar 2.5. Tata Letak Pabrik...38 Gambar 2.6. Tata Letak Peralatan...40 Gambar 4.1. Diagram Proses Pengolahan Air Sungai Gambar 5.1. Struktur Organisasi Perusahaan Gambar 6.1. Hubungan Tahun Versus Cost Index Gambar 6.2. Grafik Analisis Ekonomi.131 Gambar 6.3. Grafik Posisi Kas Tahunan xiv