LAPORAN TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK SIKLOHEKSANA DENGAN MENGGUNAKAN PROSES HIDROGENASI BENZENA KAPASITAS 35.000 TON/TAHUN Disusun sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Kesarjanaan Strata 1 Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Oleh : D 500 120 011 Dosen Pembimbing : 1. Tri Widayatno, S.T, M.Sc, Ph.D 2. Eni Budiyati, S.T, M.Eng PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA TAHUN 2017
Prarancangan Pabrik Sikloheksana dengan Proses Hidrogenasi Benzena Kapasitas 35.000 ton/tahun INTISARI Sikloheksana merupakan produk setengah jadi, yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan asam adipat dan kaprolaktam yang nantinya diproses menjadi nylon 6,6 dan nylon 6. Asam adipat menyumbang 60% untuk pembuatan nylon 6,6 dan kaprolaktam menyumbang 75% untuk pembuatan nylon 6.Dalam prarancangan pabrik ini sikloheksana diproduksi dengan mereaksikan benzena dan hidrogen. Pabrik sikloheksana ini rencananya akan didirikan di Kawasan Industri Krakatau Steel, Cilegon dengan kapasitas perancangan sebesar 35.000 ton/tahun. Diharapkan dalam prarancangan pabrik sikloheksana ini dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri dan mengurangi ketergantungan impor sikloheksana dari negara lain. Selain itu sikloheksana yang diproduksi ini juga dapat diekspor ke negara lain untuk memenuhi kebutuhan global. Proses pembuatan sikloheksana ini menggunakan proses hidrogenasi. Reaksi berlangsung di dalam reaktor fixed bed multitube pada fase gas-cair dengan bantuan katalis nikel. Kondisi operasi reaktor dirancang pada tekanan 20 atm dan suhu 150 C. Reaksi berlangsung secara non-isotermal dan non-adiabatis yang bersifat eksotermis, sehingga untuk menjaga suhu di dalam reaktor tetap stabil maka diperlukan air pendingin. Kebutuhan air pendingin total sebanyak 69.596,3830 kg/jam yang digunakan untuk alat proses seperti reaktor, cooler, dan kondensor. Sedangkan kebutuhan steam total sebanyak 2.127,3279 kg/jam yang digunakan untuk alat proses heat exchanger dan reboiler. Bentuk badan usaha dalam prarancangan pabrik sikloheksana ini adalah perseroan terbatas. Pabrik sikloheksana ini beroperasi selama 330 hari dalam setahun dengan jumlah karyawan 133 orang. Sistem kerja dibagi menjadi 3 shift yaitu pagi, siang, dan malam. Pabrik sikloheksana ini membutuhkan modal tetap sebanyak Rp 451.099.023.044,99 dan modal kerja sebanyak Rp 325.837.571.263,76. Dari analisis ekonomi pabrik didapatkan keuntungan sebelum pajak sebesar Rp 209.947.733.075,79 per tahun dan keuntungan sesudah pajak sebesar Rp 157.460.799.806,84 per tahun dengan potongan pajak sebesar 25%. Percent return on investment (ROI) sebelum pajak 46,54 % dan sesudah pajak 34,91 %. Pay out time (POT) sebelum pajak 1,77 tahun dan sesudah pajak 2,23 tahun. Break even point (BEP) sebesar 42,88 %, Shut down point (SDP) sebesar 29,38 %, dan Discounted cash flow (DCF) sebesar 23,19 %. Dengan melihat hasil dari beberapa poin analisis ekonomi prarancangan pabrik sikloheksana ini sudah mencukupi dari nilai referensi yang sudah ada. Maka dari itu prarancangan pabrik sikloheksana ini layak untuk dipertimbangkan dalam proses pengerjaannya secara aktual. D500120011 ii
Prarancangan Pabrik Sikloheksana dengan Proses Hidrogenasi Benzena Kapasitas 35.000 ton/tahun KATA PENGANTAR Syukur Alhamdulillah segala puji syukur kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunianya serta sholawat dan salam penulis tujukan kepada junjungan Nabi Muhammad SAW, akhirnya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul Prarancangan Pabrik Sikloheksana dengan Menggunakan Proses Hidrogenasi Benzena Kapasitas 35.000 ton/tahun ini. Tugas akhir ini menjadi salah satu syarat untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di jurusan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta. Terselesaikannya tugas akhir ini pastinya tidak lepas dari peran serta bantuan dan dorongan dari beberapa pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Rois Fatoni, S.T, M.Sc, Ph.D selaku Ketua Program Studi Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta, 2. Bapak Tri Widayatno, S.T, M.Sc, Ph.D selaku dosen pembimbing 1 atas bimbingan ilmu, arahan, semoga ilmu yang beliau berikan dapat menjadi bekal untuk penyusun di kehidupan yang akan datang, 3. Ibu Eni Budiyati, S.T, M.Eng selaku dosen pembimbing 2 atas ilmu, kesabaran, dan motivasi yang diberikan sehingga penyusun dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini, 4. Bapak dan Ibu dosen Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta atas segala ilmu yang diajarkan semoga ilmu yang diajarkan dapat menjadi bekal penyusun untuk menjajaki karir ke depan, 5. Orang tua dan adik-adik penyusun atas doa yang selalu dipanjatkan, motivasi yang tiada henti, serta pengorbanan yang tidak ternilai sehingga penyusun dapat kuliah dan akhirnya menyelesaikan masa studinya, D500120011 iii
Prarancangan Pabrik Sikloheksana dengan Proses Hidrogenasi Benzena Kapasitas 35.000 ton/tahun 6. Anton Priambodo selaku partner tugas akhir, partner yang sabar, tekun, saling menyemangati satu sama lain, see you on top bung, 7. Teman-teman KC Grup yang sejak semester tiga kita membuat grup, semoga kita selalu kompak, selalu menjaga silahturahmi, tetap gokil dan jangan jaim guys, 8. Teman-teman angkatan 2012 yang selalu mendukung dan menyemangati, 9. Serta semua pihak yang membantu penyusun dalam menyelesaikan tugas akhir ini, yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Penyusun menyadari bahwa dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir ini masih belum sempurna dan terdapat kekurangan, karenanya kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat yang berarti bagi pembaca dan pihak yang membutuhkan. Surakarta, Agustus 2017 Penyusun D500120011 iv
DAFTAR ISI HALAMAN PENGESAHAN i INTISARI ii KATA PENGANTAR iii DAFTAR ISI v DAFTAR TABEL ix DAFTAR GAMBAR. xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik 1 1.2 Kapasitas Rancangan Produksi.. 1 1.3 Penentuan Lokasi Pabrik 5 1.4 Tinjauan Pustaka 7 1.4.1 Proses Pembuatan Sikoheksana 7 1.4.2 Kegunaan Produk 8 1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia 8 1.4.3.1 Bahan Baku 8 1.4.3.2 Produk 11 1.4.4 Tinjauan Pustaka secara umum 11 BAB II DEKRIPSI PROSES 2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk 14 2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku 14 2.1.2 Spesifikasi Produk 15 2.2 Konsep Proses 15 2.2.1 Dasar Reaksi 15 2.2.2 Penggunaan Katalis 16 2.2.3 Mekanisme pada Reaksi 16 2.2.4 Kondisi Operasi 16 2.2.5 Tinjauan Termodinamika 16 2.2.6 Tinjauan Kinetika 19
2.2.7 Langkah Proses 19 2.3 Diagram Alir Proses 21 2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas 24 2.4.1 Kapasitas dan Diagram Alir 24 2.4.2 Neraca Massa dan Neraca Panas 26 2.5 Tata Letak Pabrik dan Peralatan 32 BAB III SPESIFIKASI ALAT 3.1 Tangki 38 3.1.1 Tangki Penyimpanan Benzena 38 3.1.2 Tangki Penyimpanan Produk Sikloheksana 99,90 % 39 3.1.3 Tangki Penyimpanan Produk Sikloheksana 99,70 % 39 3.2 Heat Exchanger 40 3.2.1 Heat Exchanger (Heater-01) 40 3.2.2 Heat Exchanger (Heater-02) 41 3.2.3 Heat Exchanger (Cooler-01) 42 3.2.4 Heat Exchanger (Heater-04) 43 3.2.5 Heat Exchanger (Cooler-02) 44 3.2.6 Heat Exchanger (Cooler-03) 45 3.3 Reaktor 46 3.4 Ekspander 47 3.5 Separator 48 3.6 Kompresor 48 3.7 Menara Distilasi 49 3.8 Kondensor 49 3.9 Reboiler 50 3.10 Akumulator 51 3.11 Pompa 52 3.11.1 Pompa-01 52 3.11.2 Pompa-02 53 3.11.3 Pompa-03 53 3.11.4 Pompa-04 54
3.11.5 Pompa-05 55 3.11.6 Pompa-06 55 3.11.7 Pompa-07 56 BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM 4.1 Unit Pendukung Proses 57 4.1.1 Unit penyedia dan pengolahan air 57 4.1.2 Unit penyedia steam.71 4.1.3 Unit penyedia tenaga listrik.72 4.1.4 Unit penyedia bahan bakar 75 4.1.5 Unit penyedia udara bertekanan 76 4.2 Laboratorium 77 BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN 5.1 Bentuk Perusahaan 79 5.2 Struktur Organisasi 80 5.3 Tugas dan Wewenang 81 5.3.1 Pemegang Saham 81 5.3.2 Dewan Komisaris 82 5.3.3 Direktur Utama 82 5.3.4 Sekretaris 83 5.3.5 Staf Ahli 83 5.3.6 Manajer Produksi 84 5.3.7 Manajer Public Relation 84 5.3.8 Manajer Marketing 85 5.3.9 Manajer Health, Safety, and Environmental 85 5.3.10 Kepala Bagian Produksi dan Pengendalian Proses 86 5.3.11 Kepala Bagian Utilitas 86 5.3.12 Kepala Bagian Pemeliharaan dan Bengkel 86 5.3.13 Kepala Bagian Laboratorium 86 5.3.14 Kepala Bagian Administrasi 87 5.3.15 Kepala Bagian Humas dan Personalia 87 5.3.16 Kepala Bagian Pemasaran 87
5.3.17 Kepala Bagian Pembelian 87 5.3.18 Kepala Bagian K3LH 87 5.3.19 Kepala Bagian Keamanan 87 5.3.20 Karyawan 88 5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan 88 5.5 Sistem Kepegawaian dan Upah 90 5.6 Penggologan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji 90 5.7 Kesejahteraan Karyawan 91 5.8 Manajemen Produksi 93 BAB VI ANALISA EKONOMI 6.1 Investasi Modal 99 6.2 Biaya Produksi 101 6.3 Pengeluaran Umum 103 6.4 Analisa Kelayakan 103 KESIMPULAN 111 DAFTAR PUSTAKA 112 LAMPIRAN 116
Prarancangan Pabrik Sikloheksana dengan Proses Hidrogenasi Benzena Kapasitas 35.000 ton/tahun DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Kebutuhan Sikoheksana di Indonesia pada Tahun 2005 s.d 2014... 2 Tabel 1.2 Data Kapasitas Pabrik Sikloheksana yang Telah Berdiri... 4 Tabel 2.1 Arus Massa masing-masing Komponen... 25 Tabel 2.2 Neraca Massa Total... 26 Tabel 2.3 Neraca Massa Reaktor (R-130)... 27 Tabel 2.4 Neraca Massa Separator (H-140)... 27 Tabel 2.5 Neraca Massa Menara Distilasi (D-150)... 28 Tabel 2.6 Neraca panas di sekitar Reaktor (R-130)... 28 Tabel 2.7 Neraca panas di sekitar Separator (H-140)... 29 Tabel 2.8 Neraca panas di sekitar Menara distilasi (D-150)... 29 Tabel 2.9 Neraca panas di sekitar Heat exchanger (E-113)... 29 Tabel 2.10 Neraca panas suhu campuran di sekitar Heat exchanger (E-121)... 30 Tabel 2.11 Neraca panas di sekitar Heat exchanger (E-121)... 30 Tabel 2.12 Neraca panas di sekitar Heat exchanger (E-141)... 30 Tabel 2.13 Neraca panas di sekitar Cooler (E-132)... 31 Tabel 2.14 Neraca panas di sekitar Cooler (E-154)... 31 Tabel 2.15 Neraca panas di sekitar Cooler (E-156)... 31 Tabel 2.16 Perincian Luas Tanah Bangunan Pabrik... 34 Tabel 4.1 Data kebutuhan air pendingin... 58 Tabel 4.2 Data kebutuhan air umpan boiler... 59 Tabel 4.3 Kebutuhan Air Sanitasi... 60 Tabel 4.4 Kebutuhan listrik untuk alat proses... 73 Tabel 4.5 Kebutuhan listrik untuk alat utilitas... 74 Tabel 5.1 Pembagian jadwal kerja masing-masing regu dalam 3 shift... 89 Tabel 5.2 Penggolongan jabatan, jumlah karyawan, dan gaji... 91 Tabel 6.1 Harga indeks chemical engineering plant... 97 Tabel 6.2 Physical Plant Cost... 99 Tabel 6.3 Fixed Capital Investment...100 D500120011 ix
Prarancangan Pabrik Sikloheksana dengan Proses Hidrogenasi Benzena Kapasitas 35.000 ton/tahun Tabel 6.4 Working Capital Investment...100 Tabel 6.5 Total Capital Investment...101 Tabel 6.6 Direct Manufacturing Cost...101 Tabel 6.7 Indirect Manufacturing Cost...102 Tabel 6.8 Fixed Manufacturing Cost...102 Tabel 6.9 Total Manufacturing Cost...102 Tabel 6.10 General Expenses...103 Tabel 6.11 Fixed Manufacturing Cost...107 Tabel 6.12 Variable Cost...107 Tabel 6.13 Regulated Cost...108 D500120011 x
Prarancangan Pabrik Sikloheksana dengan Proses Hidrogenasi Benzena Kapasitas 35.000 ton/tahun DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Grafik Data Ekspor Impor Dunia Tahun 2009 s.d 2013... 3 Gambar 1.2 Kebutuhan Konsumsi Sikloheksana Dunia Tahun 2014... 3 Gambar 1.3 Peta Kawasan Industri Krakatau Steel... 6 Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif... 22 Gambar 2.2 Diagram Alir Kuanitatif... 23 Gambar 2.3 Diagram Alir Arus Massa... 24 Gambar 2.4 Tata letak pabrik... 35 Gambar 2.5 Tata letak peralatan... 37 Gambar 4.1 Diagram Alir Pengolahan Air Waduk... 78 Gambar 5.1 Struktur organisasi prarancangan pabrik sikloheksana... 81 Gambar 6.1 Grafik indeks chemical engineering plant tahun 1994 s.d 2013... 98 Gambar 6.2 Grafik Analisis Ekonomi... 110 D500120011 xi