TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK BENZALDEHID DENGAN PROSES OKSIDASI TOLUEN KAPASITAS 15.000 TON/TAHUN Oleh : Rieke Ulfha Noviyanti I 0513041 Sela Murni Noviani I 0513046 PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2017
KATA PENGANTAR Segala puji syukur kepada Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridho-nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul Prarancangan Pabrik Benzaldehid dengan Proses Oksidasi Toluen Kapasitas 15.000 Ton/Tahun. Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa, materi, dan semangat yang senantiasa diberikan tanpa kenal lelah. 2. Inayati, S.T., M.T., Ph.D.,.selaku Dosen Pembimbing I dan Wusana Agung Wibowo, S.T., M.T.selaku Dosen Pembimbing II, atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir. 3. Dr. Margono, S.T., M.T. selaku pembimbing akademik. 4. Seluruh dosen, laboran, dan administrasi Program Studi Teknik Kimia atas ilmu, arahan, dan bantuannya selama ini. 5. Teman - teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS khususnya angkatan 2013. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian. Surakarta, Oktober 2017 Penulis iv
DAFTAR ISI Halaman Judul... i Lembar Pengesahan... ii Lembar Konsultasi... iii Kata Pengantar... iv Daftar Isi.....v Daftar Tabel... ix Daftar Gambar....xi Intisari... xii BAB I PENDAHULUAN....1 1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik....1 1.2 Pemilihan Kapasitas Rancangan....1 1.3 Penentuan Lokasi Pabrik....4 1.4 Tinjauan Pustaka....6 1.4.1 Macam-macam Proses....6 1.4.2 Kegunaan Produk....8 1.4.3 Sifat Fisis dan Sifat Kimia....9 1.4.3.1 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku....9 1.4.3.2 Sifat Fisis dan Kimia Produk... 11 1.4.3 Tinjauan Proses secara Umum... 13 BAB II DESKRIPSI PROSES... 16 2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk... 16 2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku... 16 2.1.2 Spesifikasi Produk... 16 2.1.3 Spesifikasi Bahan Pembantu... 16 2.2 Konsep Proses... 17 2.2.1 Dasar Reaksi... 17 2.2.2 Kondisi Operasi... 18 2.2.3 Tinjauan Termodinamika... 19 2.2.4 Tinjauan Kinetika... 19 v
2.2.5 Mekanisme Reaksi... 21 2.3 Diagram Alir Proses... 23 2.3.1 Diagram Alir Kualitatif... 23 2.3.2 Diagram Alir Kuantitatif... 24 2.3.3 Diagram Alir Proses... 25 2.3.4 Langkah Proses... 26 2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas... 29 2.4.1 Neraca Massa... 29 2.4.2 Neraca Panas... 32 2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan... 38 2.5.1 Lay Out Peralatan... 38 2.5.2 Lay Out Pabrik... 39 BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES... 40 3.1 Reaktor... 40 3.2 Vaporizer... 41 3.3 Kondenser Parsial... 42 3.4 Separator... 43 3.5 Heat Exchanger... 44 3.6 Kompressor... 47 3.7 Reboiler... 47 3.8 Tangki... 49 3.9 Menara Distilasi... 50 3.10 Kondenser... 51 3.11 Accumulator... 52 3.12 Pompa... 53 BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM... 56 4.1 Unit Pendukung Proses... 56 4.2 Unit Pengadaan Air... 57 4.2.1 Air Pendingin... 57 4.2.2 Air Konsumsi dan Sanitasi... 57 4.3 Unit Pengadaan Pendingin Reaktor... 58 vi
4.4 Unit Pengadaan Udara Tekan... 59 4.5 Unit Pengadaan Listrik... 60 4.5.1 Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas... 60 4.5.2 Listrik untuk AC... 61 4.5.3 Listrik untuk Laboratoriun dan Instrumentasi... 61 4.5.4 Listrik untuk Penerangan... 61 4.6 Unit Pengadaan Bahan Bakar... 64 4.7 Laboratorium... 64 4.7.1 Jenis- jenis Laboratorium... 64 4.7.2 Prosedur Analisa... 66 4.8 Unit Pengolahan Limbah... 69 4.9 Safety Induction... 70 BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN... 71 5.1 Bentuk Perusahaan... 71 5.2 Struktur Organisasi... 71 5.3 Tugas dan Wewenang... 73 5.3.1. Direktur Utama... 73 5.3.2. Kepala Bagian... 74 5.3.3. Kepala Seksi... 76 5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan... 76 5.4.1. Karyawan Non Shift/Harian... 76 5.4.2. Karyawan Shift... 76 5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah... 78 5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji... 78 5.6.1. Penggolongan Jabatan... 78 5.6.2. Jumlah Karyawan dan Gaji... 79 5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan... 80 5.8 Manajemen Perusahaan... 82 5.8.1. Perencanaan Produksi... 82 5.8.2. Pengendalian Produksi... 83 vii
BAB VI ANALISIS EKONOMI... 86 6.1 Dasar Perhitungan... 86 6.2 Penafsiran Harga Peralatan... 87 6.3 Penentuan Total Capital Investment (TCI)... 89 6.4 Penentuan Manufacturing Cost (TCI)... 90 6.4.1. Direct Manufacturing Cost (DMC)... 90 6.4.2. Indirect Manufacturing Cost (IMC)... 91 6.4.3. Fixed Manufacturing Cost (FMC)... 91 6.5 Penentuan Total Poduction Cost (TPC)... 92 6.5.1. General Expense (GE)... 92 6.5.2. Total Production Cost (TPC)... 93 6.6 Keuntungan... 93 6.7 Analisa Kelayakan... 93 Daftar Pustaka Lampiran viii
DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Data Impor Benzaldehid di Indonesia Tahun 2011-2015... 2 Tabel 1.2 Data Kebutuhan Benzaldehid di China,Singapura, dan Malaysia... 3 Tabel 1.3 Sifat-Sifat Fisis Udara... 10 Tabel 2.1 Neraca Massa Tee-01... 29 Tabel 2.2 Neraca Massa Vaporizer... 29 Tabel 2.3 Neraca Massa Reaktor... 29 Tabel 2.4 Neraca Massa Separator... 30 Tabel 2.5 Neraca Massa Distilasi 1... 30 Tabel 2.6 Neraca Massa Distilasi 2... 30 Tabel 2.7 Neraca Massa Distilasi 3... 31 Tabel 2.8 Neraca Massa Distilasi 4... 31 Tabel 2.9 Neraca Massa Total... 31 Tabel 2.10 Neraca Panas Tee-01... 32 Tabel 2.11 Neraca Panas Vaporizer... 32 Tabel 2.12 Neraca Panas Heat Exchanger -01... 32 Tabel 2.13 Neraca Panas Heat Exchanger -02... 32 Tabel 2.14 Neraca Panas Heat Exchanger -03... 33 Tabel 2.15 Neraca Panas Reaktor... 33 Tabel 2.16 Neraca Panas Kondenser... 33 Tabel 2.17 Neraca Panas Menara Distilasi 1... 33 Tabel 2.18 Neraca Panas Menara Distilasi 2... 34 Tabel 2.19 Neraca Panas Menara Distilasi 3... 34 Tabel 2.20 Neraca Panas Menara Distilasi 4... 34 Tabel 2.21 Neraca Panas Total... 35 Tabel 3.1 Spesifikasi Heat Exchanger... 44 Tabel 3.2 Spesifikasi Kompressor... 47 Tabel 3.3 Spesifikasi Reboiler... 47 Tabel 3.4 Spesifikasi Tangki... 49 Tabel 3.5 Spesifikasi Menara Distilasi... 50 ix
Tabel 3.6 Spesifikasi Kondenser... 51 Tabel 3.7 Spesifikasi Accumulator... 52 Tabel 3.8 Spesifikasi Pompa... 53 Tabel 4.1 Kebutuhan Air Pendingin... 57 Tabel 4.2 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas... 60 Tabel 4.3 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan... 62 Tabel 4.4 Total Kebutuhan Listrik Pabrik... 63 Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift... 77 Tabel 5.2 Jumlah Karyawan Menurut Jabatan... 79 Tabel 5.3 Perincian Golongan dan Gaji Karyawan... 80 Tabel 6.1 Indeks Harga Alat... 87 Tabel 6.2 Fixed Capital Investment... 89 Tabel 6.3 Working Capital Investment... 90 Tabel 6.4 Total Capital Investment... 90 Tabel 6.5 Direct Manufacturing Cost... 91 Tabel 6.6 Indirect Manufacturing Cost... 91 Tabel 6.7 Fixed Manufacturing Cost... 92 Tabel 6.8 Manufacturing Cost... 92 Tabel 6.9 General Expense... 92 Tabel 6.10 Total Production Cost... 93 Tabel 6.11 Variable Cost... 94 Tabel 6.12 Regulated Cost... 95 Tabel 6.13 Analisa Kelayakan... 96 x
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Data Impor Benzaldehid di Indonesia... 2 Gambar 1.2 Data Kebutuhan Benzaldehid di China... 3 Gambar 1.3 Data Kebutuhan Benzaldehid di Singapura dan Malaysia... 3 Gambar 1.4 Lokasi Pendirian Pabrik Benzaldehid... 6 Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif... 23 Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif... 24 Gambar 2.3 Diagram Alir Proses... 25 Gambar 2.4 Lay Out Peralatan... 38 Gambar 2.5 Lay Out Pabrik Benzaldehid... 39 Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Benzaldehid... 85 Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index... 88 Gambar 6.2 Grafik Analisa Kelayakan... 96 xi
INTISARI Rieke Ulfha Noviyanti dan Sela Murni Noviani, 2017, Prarancangan Pabrik Benzaldehid dengan Proses Oksidasi Toluen, Kapasitas 15.000 Ton/Tahun, Program Studi Sarjana Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Pabrik benzaldehid dirancang dengan kapasitas 15.000 ton/tahun. Bahan baku yang digunakan adalah toluen dan udara. Bahan baku toluen diperoleh dari PT Styrindo Mono Indonesia, Cilegon dan udara diperoleh dari lingkungan. Pabrik direncanakan berdiri di Cilegon, Banten pada tahun 2020 dan beroperasi pada tahun 2021. Kegunaan benzaldehid adalah sebagai bahan dasar pembuatan senyawa benzoat (herbisida), flavoring agent dan odorant pada industri makanan dan minuman, pemberi aroma wangi pada industri sabun, parfum, dan kosmetik, dan juga sebagai bahan intermediet pada pewarna benzyl benzoate dan cinnamic acid, dan pada pembuatan obat-obatan di industri farmasi. Benzaldehid dibuat dengan proses oksidasi toluen dengan katalis V 2O 5 pada suhu 350 o C dan tekanan 2 atm dalam multitube fixed bed reactor pada kondisi non adiabatic dan isothermal. Reaksi berlangsung secara eksotermis. Bahan baku yang dibutuhkan adalah toluen 98,8% berat sebanyak 15.040.230 kg/tahun (1,002 kg/kg produk) dan udara sebanyak 213.317.990 kg/tahun (14,22 kg/kg produk), dengan konversi toluene yang bereaksi 100%. Untuk memurnikan benzaldehid digunakan menara distilasi, sehingga diperoleh benzaldehid dengan kemurnian 98% berat. Pada prarancangan dihasilkan pula produk samping asam benzoat 99% berat sebanyak 792.269 kg/tahun (0,05 kg/kg produk), maleik anhidrid 99,5% berat sebanyak 466.662 kg/tahun (0,03 kg/kg produk), quinon 97% berat sebanyak 959.999 kg/tahun (0,06 kg/kg produk). Unit pendukung proses pabrik meliputi unit pengadaan air pendingin sebanyak 38,139 m 3 /jam (0,02 m 3 air/kg produk), unit pengadaan air konsumsi umum dan sanitasi sebanyak 0,352 m 3 /jam (0,0002 m 3 air/kg produk), unit pengadaan udara tekan 59,465 m 3 /jam (0,031 m 3 /kg produk), tenaga listrik sebesar 221,49 kw ( 0,116 kwh//ton produk), dan bahan bakar Industrial Diesel Oil (IDO) untuk generator sebanyak 31,407 L/jam (0,016 liter/kg produk). Pabrik juga didukung laboratorium yang mengontrol mutu bahan baku dan produk. Bentuk perusahaan adalah Perseroan Terbatas (PT) dengan struktur organisasi line and staff. Jumlah kebutuhan tenaga kerja sebanyak 104 orang yang terdiri dari 52 karyawan non shift dan 52 karyawan shift. Pabrik beroperasi selama 24 jam per hari dan 330 hari/tahun. Harga bahan baku toluen sebesar Rp 8.792,-/kg (Rp 8.815,-/kg produk), sedangkan harga produk benzaldehid sebesar Rp 42.206,-/kg,harga produk asam benzoat sebesar Rp 22.510,-/kg, harga produk maleik anhidrid sebesar Rp 8.441,-/kg, harga produk quinon sebesar Rp 39.392,-/kg. Berdasarkan hasil analisis ekonomi diperoleh, modal tetap sebesar Rp 191.348.548.104,- dan modal kerja Rp 307.152.314.326,-.Biaya produksi total per tahun sebesar Rp 567.139.342.908,-. Analisis kelayakan menunjukkan bahwa ROI (Return on Investment) sebelum dan sesudah pajak sebesar 61,79 dan 49,43%, POT (Pay Out Time) sebelum dan sesudah pajak selama 1,39 dan 1,68 tahun, BEP (Break Event Point) 48,41% dan SDP (Shut Down Point) 36,72 %. Sedangkan DCF (Discounted Cash Flow) sebesar 27,34 %. Berdasarkan hasil evaluasi di atas, pabrik benzaldehid dengan kapasitas 15.000 ton/tahun dinilai layak untuk didirikan. xii