TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK n-butiraldehida DARI PROPILEN DAN SYNGAS DENGAN PROSES HIDROFORMILASI KAPASITAS 50.000 TON/TAHUN Oleh : Christine Melani I 0512013 Marlyn Vebrian Pattiwael I 0512034 PROGAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK n-butiraldehida DARI PROPILEN DAN SYNGAS DENGAN PROSES HIDROFORMILASI KAPASITAS 50.000 TON/TAHUN Oleh: Christine Melani I0512013 Marlyn Vebrian Pattiwael I0512034 Pembimbing II Pembimbing I Inayati, S.T., M.T., Ph.D. NIP. 19710829 199903 2 001 Ir. Paryanto, M.S. NIP. 19580425 198601 1 001 Dipertahankan di depan tim penguji: 1. Dr. Adrian Nur, S.T., M.T. NIP. 19730108 200012 1 001 2. Dr. Eng Agus Purwanto, S.T., M.T. NIP. 19750411 199903 1 001 1.... 2.... Disahkan Kepala Program Studi Sarjana Teknik Kimia Dr. Margono, S.T., M.T. NIP. 19681107 199702 1 001 v
KATA PENGANTAR Segala puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus hanya karena berkat dan kasihnya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul Prarancangan Pabrik n-butiraldehid dari Propilen dan Syngas dengan Proses Hidroformilasi Kapasitas 50.000 Ton/Tahun ini. 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. Selaku Dosen Pembimbing I Ir. Paryanto, M.Si dan Inayati, S.T., M.T., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir 3. Dr. Adrian Nur, S.T., M,T. selaku Dosen Penguji I dan Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T., M.T. selaku Dosen Penguji II dalam ujian pendadaran tugas akhir 4. Ir. Paryanto, M.S. dan Sperisa Distantina, S,T., M.T. selaku Pembimbing Akademik 5. Dr. Margono, S.T., M.T. selaku Kepala Progam Studi Sarjana Teknik Kimia FT UNS. 6. Segenap Civitas Akademika atas semua bantuannya 7. Teman-teman teknik kimia 2012 atas segala kebersamaannya selama ini 8. Alfa, Janu, Meytha, Puput, Mita, Pristi yang selalu setia dan mau berbagi ilmu-ilmu teknik kimia. 9. Pengurus PMKT dari periode 2013-2016 yang senantiasa setia memberikan dukungan baik semangat maupun didalam doa. vii
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, Juli 2016 Penulis viii
INTISARI Christine Melani dan Marlyn Vebrian Pattiwael, 2016, Prarancangan Pabrik n-butiraldehida dengan Proses Hidroformilasi Propilen Kapasitas 50.000 Ton/Tahun, Progam Studi Sarjana Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta Normal butiraldehida merupakan senyawa aldehid yang sering dimanfaatkan sebagai bahan utama dalam pembuatan plasticizer pada Poly Vinyl Chloride (PVC), resin, dan solvent pada 2-etil heksanol. Memenuhi kebutuhan dalam negeri dan ekspor ke luar negeri, maka pabrik n-butiraldehid dengan kapasitas 50.000 ton/tahun akan dirancang. Kebutuhan bahan baku propilen sebesar 3912,8557 kg/jam pada suhu 30 o C dan tekanan 14 atm, kebutuhan CO sebesar 2604,48 kg/jam pada suhu 30 o C dan tekanan 23,39 atm, kebutuhan H2 sebesar 187,456 kg/jam pada suhu 30 o C dan tekanan 26,16 atm. Memperhatikan beberapa faktor, seperti aspek penyediaan bahan baku, transportasi, tenaga kerja, pemasaran, serta utilitas, maka lokasi pabrik yang strategis dipilih di Kawasan Industri Cikampek, Jawa Barat. Peralatan utama proses yang digunakan antara lain vaporizer, mixer, reaktor, dekanter, dan menara distilasi. Normal butiraldehida dihasilkan dari reaksi hidroformilasi propilen dengan syngas (CO dan H2) dalam reaktor gelembung pada kondisi isotermal non adiabatik pada suhu 100 o C dan tekanan 14 atm. Katalis yang digunakan adalah rhodium triphenylphosphine. Konversi propilen yang diperoleh sebesar 99% dengan produk samping iso-butiraldehid. Reaksi berlangsung secara eksotermis, sehingga diperlukan air pendingin di dalam koil. Untuk memurnikan n- butiraldehid digunakan dekanter dan menara distilasi, sehingga diperoleh n- butiraldehid dengan kemurnian 99,8%. Utilitas terdiri dari unit penyediaan air sebagai pendingin maupun keperluan umum, penyediaan steam, tenaga listrik, penyediaan udara tekan, penyediaan bahan bakar, dan unit pengolahan limbah. Pabrik n-butiraldehid memiliki tiga laboratorium, yaitu laboratorium fisik, laboratorium analitik, dan laboratorium penelitian dan pengembangan, untuk menjaga kualitas bahan baku dan produk. Perusahaan berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift. Jumlah karyawan di pabrik n-butiraldehid sebanyak 142 orang, dengan pembagian karyawan shift 79 orang dan karyawan non shift sejumlah 63 orang. Bahan baku dalam pembuatan n-butiraldehida adalah propilen dan syngas (H2 dan CO). Harga propilen $1,35/kg, harga CO $ 0,6/kg, dan harga H2 $ 1,0/kg. Produk n-butiraldehida dijual dengan harga $0,8 /kg, produk samping berupa i- butiraldehida dijual dengan harga $0,7/kg. Hasil analisis ekonomi terhadap prarancangan pabrik normal butiraldehida diperoleh modal tetap sebesar xvii
Rp 260.518.945.392 dan modal kerja sebesar Rp. 157.673.438.668. Biaya produksi total per tahun sebesar Rp. 496.582.393.970. Hasil analisis kelayakan menunjukkan ROI sebelum pajak 59,22% dan setelah pajak 44,41%, POT sebelum pajak 1,4 tahun dan setelah pajak 1,8 tahun, BEP 47,32%, SDP 24,31% dan DCF sebesar 39,60%. Berdasar analisis ekonomi dapat disimpulkan bahwa pendirian pabrik n- butiraldehid dengan kapasitas 50.000 ton/tahun layak direalisasikan pembangunannya. xviii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Data Impor n-butiraldehid di Indonesia... 3 Gambar 1.2 Gambar Pemilihan Lokasi Pabrik... 8 Gambar 2.1 Mekanisme Reaksi Hidroformilasi Propilen dengan Katalis HRh(CO)L3... 28 Gambar 2.2 Diagram Alir Proses... 34 Gambar 2.3 Diagram Alir Kualitatif... 35 Gambar 2.4 Diagram Alir Kuantitatif... 36 Gambar 2.5 Layout Pabrik... 48 Gambar 2.6 Layout Peralatan Proses... 50 Gambar 4.1 Skema Pengolahan Air Sungai... 77 Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik n-butiraldehid... 107 Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index... 125 Gambar 6.2 Grafik Analisis Kelayakan... 133 xvi
DAFTAR ISI Halaman Judul...i Lembar pengesahan...ii Lembar Konsultasi...iii Kata Pengantar...vii Daftar Isi...viii Daftar Tabel...xiv Daftar Gambar...xvi Intisari...xvii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik... 1 1.2 Kapasitas Perancangan... 2 1.2.1 Kebutuhan n-butiraldehid di Indonesia... 3 1.2.2 Kapasitas Minimal... 4 1.2.3 Kapasitas Dunia... 5 1.2.4 Ketersediaan Bahan Baku... 6 1.2.5 Kapasitas Perancangan... 6 1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik... 6 1.4 Tinjauan Pustaka... 8 1.4.1 Macam-macam Proses... 9 1.4.2 Kegunaan Produk... 12 1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk... 13 viii
a. Bahan Baku... 13 b. Produk... 18 1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum... 20 BAB II DESKRIPSI PROSES 2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk... 22 2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku... 22 2.1.2 Spesifikasi Bahan Pendukung... 24 2.1.3 Spesifikasi Produk... 25 2.2 Konsep Proses... 26 2.2.1 Dasar Reaksi... 26 2.2.2 Mekanisme Reaksi... 28 2.2.3 Tinjauan Kinetika... 29 2.2.4 Tinjauan Termodinamika... 30 2.2.5 Kondisi Operasi... 33 2.3 Diagram Alir Proses... 34 2.3.1 Diagram Alir Proses... 35 2.3.2 Diagram Alir Kualitatif... 35 2.3.3 Diagram Alir Kuantitatif... 36 2.3.4 Langkah Proses... 36 2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas... 39 2.4.1 Neraca Massa... 39 2.4.2 Neraca Panas... 43 ix
2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses... 45 2.5.1 Lay Out Pabrik... 45 2.5.2 Lay Out Peralatan Proses... 49 BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES 3.1 Alat Utama... 51 3.1.1 Reaktor... 51 3.1.2 Vaporizer... 53 3.1.3 Mixer... 54 3.1.4 Dekanter... 55 3.1.5 Menara Distilasi... 56 3.2 Alat Pendukung Proses... 57 3.2.1. Tangki Propilen... 57 3.2.2. Tangki n-butiraldehid... 58 3.2.3. Tangki i-butiraldehid... 58 3.2.4. Hopper... 59 3.2.5. Accumulator... 60 3.2.6. Heat Exchanger... 61 3.2.7. Reboiler... 64 3.2.8. Kondensor... 65 3.2.9. Ekspander... 67 3.2.10. Pompa... 68 BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM 4.1 Unit Pendukung Proses... 72 x
4.1.1 Unit Pengadaan Air... 73 a. Air Pendingin dan Air Proses... 78 b. Air Umpan Boiler... 78 c. Air Konsumsi Umum dan Sanitasi... 79 d. Kebutuhan Air... 80 4.1.2 Unit Pengadaan Udara Tekan... 81 4.1.3 Unit Pengadaan Listrik... 82 a. Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas... 83 b. Listrik untuk Penerangan... 85 c. Listrik untuk AC... 87 d. Listrik untuk Laboratorium dan Instrumentasi... 87 4.1.4 Unit Pengadaan Steam... 88 4.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar... 90 4.2 Laboratorium... 91 4.2.1 Prosedur Analisa Bahan Baku dan Produk Utama... 93 4.2.2 Prosedur Analisa Proses dan Produk Samping... 93 4.2.3 Prosedur Analisa Air... 94 4.3 Unit Pengolahan Limbah... 95 4.4 Kesehatan dan Keselamatan Kerja 4.4.1. Tujuan Keselamatan dan Kesehatan Kerja... 97 4.4.2. Peraturan Umum K3 pada Industri Kimia... 98 4.4.3. Alat Perlindungan Diri Saat Bekerja... 100 xi
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN 5.1 Bentuk Perusahaan... 103 5.2 Struktur Organisasi... 104 5.3 Tugas dan Wewenang... 108 5.3.1 Pemegang Saham... 108 5.3.2 Dewan Komisaris... 108 5.3.3 Dewan Direksi... 109 5.3.4 Sekretaris Perusahaan... 110 5.3.5 Kepala Bagian... 110 5.3.6 Kepala Seksi... 114 5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan... 115 5.4.1 Karyawan Non Shift... 115 5.4.2 Karyawan Shift... 115 5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah... 117 5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji... 117 5.6.1 Penggolongan Jabatan... 117 5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji... 118 5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan... 121 BAB VI ANALISIS EKONOMI 6.1 Penaksiran Harga Peralatan... 123 6.2 Penentuan Total Capital Investment (TCI)... 126 6.2.1 Modal Tetap (Fixed Capital Investment)... 127 6.2.2 Modal Kerja (Working Capital Investment)... 128 xii
6.3 Biaya Produksi Total (Total Poduction Cost)... 128 6.3.1 Manufacturing Cost... 128 6.3.1.1 Direct Manufacturing Cost (DMC)... 128 6.3.1.2 Indirect Manufacturing Cost (IMC)... 129 6.3.1.3 Fixed Manufacturing Cost (FMC)... 130 6.3.2 General Expense (GE)... 130 6.4 Keuntungan Produksi... 131 6.5 Analisis Kelayakan... 131 BAB VII KESIMPULAN... 135 Daftar Pustaka... 136 Lampiran Lampiran A Lampiran B Lampiran C Lampiran D Lampiran E Daftar Sifat Fisis Neraca Massa Neraca Panas Perancangan Reaktor Analisis Ekonomi xiii
DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Data Impor n-butiraldehid Tahun 2010-2014... 3 Tabel 1.2 Data Produksi Pabrik n-butiraldehid di Amerika Serikat... 4 Tabel 1.3 Data Produksi Pabrik n-butiraldehid di Eropa dan Asia... 5 Tabel 1.4 Kekurangan dan Kelebihan Proses Pembuatan n-butiraldehid... 11 Tabel 2.1 Neraca Massa Mixer... 39 Tabel 2.2 Neraca Massa Tee-01... 40 Tabel 2.3 Neraca Massa Reaktor... 40 Tabel 2.4 Neraca Massa Dekanter... 41 Tabel 2.5 Neraca Massa Tee-02... 41 Tabel 2.6 Neraca Massa Menara Distilasi... 42 Tabel 2.7 Neraca Massa Total... 43 Tabel 2.8 Neraca Panas Reaktor... 43 Tabel 2.9 Neraca Panas Vaporizer... 44 Tabel 2.10 Neraca Panas Dekanter... 44 Tabel 2.11 Neraca Panas Menara Distilasi... 44 Tabel 2.12 Neraca Panas Total... 45 Tabel 4.1 Kebutuhan Air Pendingin... 80 Tabel 4.2 Kebutuhan Air Umpan Boiler... 80 Tabel 4.3 Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi... 81 Tabel 4.4 Kebutuhan Air dari Sumber Pengolahan Air KIKC... 81 Tabel 4.5 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas... 84 xiv
Tabel 4.6 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan... 86 Tabel 4.7 Total Kebutuhan Listrik Pabrik... 88 Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift... 116 Tabel 5.2 Jumlah Karyawan Menurut Jabatan... 118 Tabel 5.3 Perincian Golongan dan Gaji Karyawan... 120 Tabel 6.1 Indeks Harga Alat... 124 Tabel 6.2 Modal Tetap... 127 Tabel 6.3 Modal Kerja... 128 Tabel 6.4 Direct Manufacturing Cost... 129 Tabel 6.5 Indirect Manufacturing Cost... 129 Tabel 6.6 Fixed Manufacturing Cost... 130 Tabel 6.7 General Expenses... 130 Tabel 6.8 Analisis Kelayakan... 133 xv