NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK SODIUM DODEKILBENZEN SULFONAT DENGAN PROSES SULFONASI OLEUM KAPASITAS TON/TAHUN

Transkripsi

1 NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK SODIUM DODEKILBENZEN SULFONAT DENGAN PROSES SULFONASI OLEUM KAPASITAS TON/TAHUN Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Strata I Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Oleh: WAWAN KURNIAWAN D Dosen Pembimbing: Dr. Ir. AHMAD M. FUADI, MT ROIS FATONI ST, M.Sc, Ph.D JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA SURAKARTA 2015

2

3 INTISARI Sodium dodekilbenzen sulfonat (SDBS) merupakan surfaktan, yaitu bahan baku yang digunakan sebagai bahan pembersih, bahan dasar pembuatan sabun dan deterjen serta pembersih lainnya. Senyawa SDBS memiliki sifat linier-alkilbenzen sulfonat (LAS) yaitu rantai alkil lurus yang mampu berdegradasi dengan bantuan mikroorganisme sehingga dapat terurai secara alami di air. Kebutuhan deterjen oleh masyarakat saat ini semakin meningkat baik untuk konsumsi rumah tangga maupun industri, ini berarti kebutuhan SDBS sebagai bahan baku deterjen juga semakin meningkat. Pabrik SDBS berkapasitas ton per tahun dengan kemurnian 85% direncanakan akan didirikan di Tangerang, Banten. Pabrik ini membutuhkan bahan baku dodekilbenzen (DDB) sebanyak ,04 ton/tahun, oleum 20% sebanyak ,3938 ton/tahun dan NaOH 40% sebanyak ,82 ton/tahun. Utilitas yang diperlukan meliputi air sebanyak ,7572 kg/jam, listrik 829,083 kw, bahan bakar 365,15 L/jam, steam 3.032,9293 kg/jam. Reaksi antara DDB dan oleum 20% merupakan reaksi sulfonasi dalam fase cair membentuk dodekilbenzen sulfonat (DDBS). Proses sulfonasi dilakukan dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) pada suhu konstan sebesar 46 C dan tekanan 1 atm. Untuk memurnikan hasil sulfonasi yang mengandung asam, maka sisa asam dipisahkan dengan menggunakan decanter. Kemudian DDBS, sedikit DDB dan H 2 SO 4 dinetralkan dengan NaOH 20% menghasilkan SDBS. Untuk mengurangi kadar air dalam SDBS, digunakan evaporator untuk memekatkan SDBS. Sehingga diperoleh hasil utama SDBS dengan kemurnian 85%. Hasil analisa ekonomi pabrik SDBS kapasitas produksi ton per tahun adalah hasil penjualan rata-rata pertahun sebesar Rp ,72. Adapun keuntungan sebelum membayar pajak sebesar Rp ,72 dan keuntungan setelah dipotong pajak 30% sebesar Rp ,50. Biaya produksi rata-rata pertahun sebesar Rp ,50. Pay Out Time (POT) sebelum pajak selama 1,17 tahun dan setelah pajak selama 1,59 tahun, Rate Of Return Investement (ROI) sebelum pajak sebesar 75,37% dan setelah pajak sebesar 52,76%, Break Even Point (BEP) sebesar 54,2%. Shut Down Point (SDP) sebesar 46,31%. Umur pabrik selama 10 tahun dan Discounted Cash Flow Rate (DCFR) sebesar 39,5%. Kata Kunci : Sulfonasi, isothermal, sodium dodecylbenzene sulphonate 3

4 A. PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Pertumbuhan dan perkembangan teknologi di era modern saat ini, mengakibatkan pentingnya penggunaan deterjen sebagai senyawa sintetik untuk mencuci peralatan industri-industri maupun rumah tangga. Sehubungan dengan hal tersebut, pemerintah mengambil kebijaksanaan yang pada hakekatnya bertujuan untuk mengurangi ketergantungan terhadap negara lain dalam memenuhi kebutuhan masyarakat berupa deterjen yaitu dengan membangun industri-industri yang dapat mengganti peranan bahan impor. Disamping itu, dengan didirikannya pabrik industri SDBS akan mendorong berdirinya pabrikpabrik lain yang menggunakan bahan dasar SDBS untuk bisa dikembangkan kembali dalam teknologi yang lebih luas di Indonesia. SDBS merupakan senyawa yang mudah terurai secara alamiah dalam air karena memiliki sifat linier-alkilbenzen sulfonat (LAS). LAS yaitu rantai alkil lurus yang mampu mendegradasi surfaktan dengan bantuan mikroorganisme. Surfaktan berfungsi menurunkan tegangan permukaan dari air dengan membentuk missel yang digunakan dalam menurunkan konsentrasi kadar minyak dan noda kotoran pada pakaian. SDBS merupakan bahan dasar pembuatan sabun dan deterjen serta pembersih lainnya. 2. Kapasitas Perancangan Pabrik Berdasarkan data dari Badan Pusat Statistik (BPS), kebutuhan impor SDBS di Indonesia semakin meningkat tahun yang dapat dilihat pada Tabel 1.1. Tabel 1.1. Data Impor Sodium Dodekilbenzen Sulfonat di Indonesia No. Tahun Kebutuhan (ton/tahun)

5 Dirancang pabrik dibangun pada tahun 2020, dengan prediksi impor sebesar ton/tahun. Pabrik yang sudah ada di indonesia yaitu PT. Aktif Indonesia Indah dengan kapasitas sebesar ton.tahun. Sehingga ditetapkan kapasitas perancangan pabrik sebesar ton/tahun. Lokasi pendirian pabrik direncanakan di daerah Tangerang, Banten dikarenakan bahan baku didapat dari pabrik didaerah Banten, mudah akses baik jalur darat maupun jalur laut, Tangerang juga merupakan kawasan industri. B. DESKRIPSI PROSES 1. Konsep Reaksi SDBS adalah bahan deterjen yang mudah larut dalam air, dengan lebih dari isomer dari C 10 -C 15 pada rantai alkil, tetapi pada umumnya yang sering digunakan adalah dodekan. (Peters and Timmerhaus, 1991). SDBS dapat dibuat melalui reaksi antara DDB dengan H 2 SO 4 100%, oleum 20% atau anhydrous sulfur trioxide dengan suhu antara 37,78-60 C. (Peters and Timmerhaus, 1991). Proses pembuatan SDBS terdiri atas 2 tahap, yaitu tahap sulfonasi dan tahap netralisasi. Reaksi sulfonasi mencapai konversi 99% jika perbandingan oleum 20% dengan DDB adalah 1:1,25. Proses sulfonasi beroperasi dengan suhu optimum berkisar 37,78-60 C. (Peters and Timmerhaus, 1991). Reaksi utama yang terjadi dalam proses sulfonasi: C 6 H 5 (C 12 H 25 ) + H 2 S 2 O 7 DDB Oleum SO 3 C 6 H 5 (C 12 H 25 ) + H 2 SO 4 DDBS asam sulfat (Peters and Timmerhaus, 1991). Reaksi samping: SO 3 HC 6 H 5 (C 12 H 25 )+H 2 S 2 O 7 DDBS SO 3 HC 6 H 5 (C 12 H 25 )SO 3 H + H 2 SO 4 Disulfonat atau; SO 3 HC 6 H 5 (C 12 H 25 +C 6 H 5 (C 12 H 25 ) DDBS DDB C 12 H 25 (C 6 H 5 )SO 3 (C 6 H 5 )C 12 H 25 + H 2 O Sulfon Asam sulfonat yang masih ada dinetralkan dengan larutan NaOH 20-50% pada suhu C (Peters and Timmerhaus, 1991). Reaksi 5

6 netralisasi bersifat eksotermis dengan panas reaksi 6-8 kali panas reaksi sulfonasi. (Austin, 1984). Reaksi netralisasi: SO 3 HC 6 H 5 (C 12 H 25 ) + NaOH SO 3 NaC 6 H 5 (C 12 H 25 ) + H 2 O H 2 SO NaOH Na 2 SO 4 +2H 2 O Reaksi netralisasi yang bersifat eksotermis perlu pendinginan supaya suhu reaksi dapat dijaga konstan sebesar 55 C. 2. Uraian Proses Untuk mendapatkan produk yang optimum, proses yang terjadi adalah sebagai berikut : a. Persiapan bahan baku DDB dan oleum 20% disimpan pada suhu dibawah suhu lingkungan yaitu 30 o C dan tekanan 1 atm. Perbandingan massa umpan DDB dan oleum 20% yang masuk reaktor adalah 1:1,25. b. Proses sulfonasi Proses sulfonasi terjadi di reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) pada suhu 46 o C dan tekanan 1 atm. Dengan konversi sebesar 99%. Pada reaktor dilengkapi dengan koil pendingin untuk menjaga suhu agar tetap konstan. Kemudian dipompakan menuju mixer-01 untuk menurunkan kadar H 2 SO 4 menjadi 78% agar mudah dipisahkan. c. Proses pemisahan Pemisahan asam sulfat terjadi di Decanter dimana asam sulfat keluar sebagai hasil bawah Decanter sebagai fase berat yang kemudian dipompakan ke tangki penyimpan sebagai produk samping dan disimpan pada suhu 32 o C dan tekanan 1 atm. Hasil atas Decanter sebagai fase ringan terdiri dari DDBS, sedikit DDB dan H 2 SO 4 dialirkan menuju Netraliser untuk direaksikan dengan NaOH. d. Proses netralisasi Di netraliser terjadi reaksi antara DDBS dengan NaOH 20% membentuk SDBS dan reaksi antara H 2 SO 4 dengan NaOH membentuk Na 2 SO 4. Reaksi ini terjadi pada suhu 55 o C dan tekanan 1 atm. Pada pabrik ini digunakan NaOH 40% sehingga harus diencerkan terlebih dahulu didalam Mixer-02 6

7 untuk memperoleh kadar NaOH 20%. e. Proses pemurnian SDBS yang keluar dari netraliser dipompaka menuju Mixer-03 untuk ditambahkan bahan building. Kemudian bahan dipekatkan di Evaporator hingga kadar air menjadi 3%. Produk kemudian dipompakan menuju tangki penyimpan. 3. Tinjauan Termodinamika Ditinjau dari segi thermodinamika, dengan penetapan harga kesetimbangan reaksi dapat menunjukkan reaksi dapat balik atau tidak. Reaksi SDBS terdiri dari 2 reaksi, reaksi sulfonasi dan reaksi netralisasi. 1. Reaksi sulfonasinya adalah: C 12 H 25 C 6 H 5 + H 2 SO 4 C 12 H 25 C 6 H 4 SO 3 H + H 2 O pembentukan DDBS dari DDB dan oleum merupakan reaksi eksotermis. Dikatakan eksotermis bila H r negatif. Reaksi sulfonasi merupakan reaksi yang tidak dapat balik (irreversible). 2. Reaksi netralisasi SO 3 H.C 6 H 5 (C 12 H 25 ) + NaOH SO 3 Na.C 6 H 5 (C 12 H 25 ) + H 2 O Menurut Kirk Othmer (1983) H r untuk reaksi pembentukan DDBS adalah -39 kj/mol. Berdasarkan harga Hr dapat disimpulkan bahwa reaksi pembentukan DDBS dari DDB dan oleum merupakan reaksi eksotermis. Dikatakan eksotermis bila H r negatif. Reaksi sulfonasi merupakan reaksi yang tidak dapat balik (irreversible). H 2 O + SO 3 H 2 SO 4 C 12 H 25 C 6 H 5 + SO 3 C 12 H 25 C 6 H 4 SO 3 H Menurut Kirk dan Othmer (1983) Hr untuk reaksi pembentukan DDBS adalah -118,25 kj/mol. Berdasarkan harga Hr dapat disimpulkan bahwa reaksi C. SPESIFIKASI ALAT PROSES 1. Reaktor Fungsi : Mereaksikan DDB sebanyak 9.800,889 kg/jam dengan oleum 20% sebanyak ,595 kg/jam 7

8 Jenis : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) dilengkapi dengan koil pendingin. Kondisi Operasi: Tekanan : 1 atm Suhu : 46 C Volume : 56,4270 m 3 Bahan : Stainlees steel Diameter : 3,5882 m Tinggi : 4,2924 m Tebal shell : ¼ in Tebal head : 5/16 in Jumlah reaktor : 3 buah Pengaduk Jenis : Six blades turbine Diameter Impeller : m Lebar Impeller : m Panjang Impeller : m Jumlah baffle : 4 buah Lebar baffle : m Kecepatan putar : 55,2548 rpm Power pengaduk : 18,2574 Hp Power Motor : 25 Hp NEMA Bahan : Carbon steel SA 302 Grade A Jumlah pengaduk : 1 buah Pendingin Media : Air Jenis : koil pending Diameter pipa : 6 in ID OD : 6,065 in : 6,625 in A : 28,9 in 2 A : 1,734 ft 2 /ft Diameter lilitan koil : 2,8705 m Luas perpindahan panas:1.589,098 ft 2 Panjang koil : 279,4 m Jumlah lilitan koil : 31 lilitan Tinggi tumpukan koil : 2,861 m 2. Netraliser Fungsi : Menetralkan DDBS dengan NaOH 20%. Jenis : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) yang dilengkapi dengan koil pendingin. Kondisi Operasi: - Tekanan : 1 atm : - Suhu : 55 C Volume : 275,3948 m 3 Bahan : Carbon steel SA 302 Grade A Diameter Tinggi Tebal shell Tebal head Pengaduk Jenis Diameter Impeller Lebar Impeller Panjang Impeller Lebar baffle : 6 m : 7,3315 m : 3/8 in : 5/16 in : Six blades turbin : 1,9995 m : 0,4999 m : 0,3999 m : 0,4999 m 8

9 Kecepatan putar : 41,1580 rpm Power pengaduk : 55,2335 Hp Power Motor : 70 Hp Bahan : Stainless Steel SA 302 Grade A Jumlah pengaduk : 1 buah D. UTILITAS 1. Kebutuhan Air Kebutuhan air di pabrik meliputi: a. Air Proses Kebutuhan air untuk pengenceran pada mixer 1 dan 2 = 8.307,158 kg/jam b. Air pendingin Kebutuhan air pendingin = ,282 kg/jam. Air pendingin 80% disirkulasi kembali, dan diperlukan air make-up 20% = 20 % x ,282 kg/jam = ,6564 kg/jam c. Air Pembangkit steam Kebutuhan air pembangkit steam = 3.032,9293 kg/jam. Air pembangkit steam 70% disirkulasi, diperlukan make-up 30% wt= 30% x 3.032,9293 kg/jam = 909,8788 kg/jam d. Air sanitasi Air kantor dan Rumah tangga Karyawan: kg/jam Laboratorium: 20,833 kg/jam Kantin, Mushola dan taman : 208,33 kg/jam Poliklinik : 20,833 kg/jam Total kebutuhan air kantor : kg/jam 2. Kebutuhan Air Secara Kontinyu: a. Air proses : 8.307,158 kg/jam b. Air make-up pendingin : ,6564 kg/jam c. Air make-up pembangkit steam : 909,8788 kg/jam d. Air kantor dan rumah tangga: kg/jam 3. Kebutuhan Steam a. Kebutuhan steam = 3.032,929 kg/jam b. Luas transfer panas= 2.336,142 ft² c. Kapasitas boiler (Q) = ,727 Btu/jam d. Kebutuhan bahan bakar = 388,80 liter/jam 4. Kebutuhan Listrik 9

10 Total kebutuhan listrik yang dibutuhkan sebesar 584 Kw, faktor keamanan 20% sehingga kebutuhan lisrik total sebesar 701 kw sehingga digunakan input generator sebesar 900 Kw. E. MANAJEMEN PERUSAHAAN Bentuk perusahaan berupa Perseroan Terbatas (PT), dengan status perusahaan milik swasta yang berkapasitas ton/tahun yang akan didirikan didaerah Tangerang, Banten. F. ANALISIS EKONOMI 1.Analisis Keuntungan Penjualan produk yang dihasilkan dalam satu tahun sebesar Rp ,72. Untuk total biaya produksi sebesar Rp ,49. Sehingga keuntungan sebelum pajak sebesar Rp ,23. Untuk pajak 30% sehingga keuntungan yang didapatkan setelah pajak sebesar Rp ,26. ROI sebelum pajak didapat 74,68% dan setelah pajak 52,28%. b. Pay Out Time adalah jumlah tahun yang dibutuhkan untuk kembalinya capital investment dengan profit sebelum dikurangi depresiasi. Didapatkan POT sebelum pajak 1,18 tahun dan setelah pajak 1,61 tahun. c. Break even point adalah titik imbang yaitu tidak mempunyai suatu keuntungan dan kerugian. Didapatkan BEP sebesar 54,6%. d. Shut Down Point (SDP) adalah dimana pabrik mengalami kerugian sebesar fixed cost sehingga pabrik harus ditutup. Didapatkan SDP sebesar 46,75%. e. Discounted cash flow (DCF) Analisis kelayakan ekonomi dengan menggunakan Discounted Cash Flow merupakan perkiraan keuntungan yang diperoleh setiap tahun didasarkan pada jumlah investasi yang tidak kembali pada setiap tahun selama umur ekonomi. Didapatkan DCF sebesar 39,3%. 2.Analisis kelayakan a. ROI yaitu perkiraan laju keuntungan setiap tahun yang bisa mengembalikan modal investasi. 10

11 Biaya (Triliun Rupiah) 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0,00 50,00 100,00 Kapasitas Produksi (%) G. KESIMPULAN Dari analisis keuntungan dan analisis kelayakan didapatkan kesimpulan bahwa pabrik SDBS ini merupak pabrik dengan resiko yang rendah. H. DAFTAR PUSTAKA Aries, R.S., and Newton, R.D., 1955, Chemical Engineering Cost Estimation, Mc Graw Hill Handbook Co., Inc., New York. Austin, G.T., 1984, Shreve s Chemical Process Industries, 5 th ed., Mc Graw Hill Book Co., Inc., New York. Badan Pusat Statistik, 2013, Statistik Perdagangan Luar Negeri.Jakarta. Brown, G.G., Donal Katz, Foust, A.S., and Schneidewind, R., 1978, Unit Operation, Modern Asia Edition, John Wiley and Sons, Ic., New York. Brownell, L.E., and Young, E.H., 1959, Process Equipment Design, John Wiley and Sons, Inc., New York. Coulson, J.M., and Richardson, J.F., 2005, Chemical Engineering, Vol 6, Pergamon Internasional Library, New York. Groggins, P.H., 1958, Unit Processes in Organics Synthesis, 5 th ed., Mc Graw Hill Book Co., Inc., New York. Kern, D.Q., 1983, Process Heat Transfer, Mc Graw Hill Book Co., Inc., NewYork. Kirk, R.E., and Othmer, D.F., 1983, Encyclopedia of Chemical Technology, 3 rd ed., John Wiley and Sons, Inc., New York. Perry, R.H., and Green, D.W., 194, Perry s Chemical Engineer s Handbook, 6 th ed., Mc Graw Hill Book Co., Inc., New York. Peters, M.S., and Timmerhaus, K.D., 1991, Plant 11

12 Design and Economics for Chemical Rase, F.H., 1977, Chemical Engineers, 4 th ed., Mc Graw Hill Reactor Design for Process Plants, Book Co., Inc., New York. John Wiley and Sons, Inc., New York. 12