TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK NITROBENZENA DARI BENZENA DAN ASAM CAMPUR DENGAN PROSES BATCH KAPASITAS 325.000 TON/TAHUN Disusun sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Strata Satu Fakultas Teknik Jurusan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta Oleh : Mgs. Ahmad Idrus D 500 080 020 Dosen Pembimbing: Ir. Herry Purnama, M.T.,Ph.D. M. Mujiburohman, S.T., M.T.,PhD. JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016
Yang bertanda tangan di baunah ini: Nama NIK :664 HALAMAN PERSETUJUA}I : h. Herry Pumama, M.T."Ph.D Telah membaca dan mencermati naskah publikasi karya itmialt yang menrpakan slrripsi/tugas akhir dari : Nama NIM Fakultas/Jurusan Judul Skripsi Mgs. Ahmad Idrus Ds00 080 020 Teknilc/Teknik Kimia Prarancangan Pabrik Nitrobenzena dari Benzena dan AsamCampurdengan Proses Batch Kapasitas 325.000 Ton/Tatnrn Naskah publikasi karya ilmiah tersebut layak dan disetujui untuk dipublikasikan. Demikian persetujuan ini dibuat, agar digunakan seperlunya Surakarta,30 Mei 2016 Menyetujui h. Hefrv Pumama M.T..Ph.D. NIK.664
HALAMAN PENGESAHAN UNTYERSITAS MUHAMMAI}TYAH SURAKARTA TAKULTAS TEKMK JURUSAi\I TEKMK KIMIA Nama NIM Judul TPP Dosen Pembimbing Mgs. Ahmad Idrus D s00 080 020 Prarancangan Pabrik Nitrobenzena dari Benzena dan Asa:n Campur dengan Proses Batch Kapasitas 325.000 Ton/Tatrun 1.Ir. Herry Purnama, M.T., Ph.D. 2. M. Mujiburohman, S.T., M.T., Pt*D. Surakarta 25 Februari 2016 Pembimbing I, l. 1w),* h. Herrv Purnama M.T.. Ph.D. NIK:664 NIK: 794 Mengetatrui, Ketua Jurusan, ry I Rois Fatoni. S.T..lt{.Sc.. Ph.D. NIK: 892
INTISARI Nitrobenzena merupakan bahan baku dalam pembuatan anilin. Pabrik nitrobenzena dari benzena dan asam campuran didirikan karena kebutuhan akan bahan tersebut semakin meningkat dari tahun ke tahun. Pabrik nitrobenzena ini dirancang untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri dan tidak menutup kemungkinan untuk diekspor. Pabrik nitrobenzena ini dirancang dengan kapasitas 325.000 ton per tahun yang beroperasi selama 330 hari per tahun. Proses pembuatan nitrobenzena ini menggunakan proses nitrasi langsung fase cair dengan perbandingan mol benzene : asam nitrat = 1,05:1. Reaksi bersifat eksotermis dan dijalankan dalam reaktor batch, fase cair-cair, irreversible serta kondisi operasi dijaga isothermal (50 o C) dan tekanan 1 atm. Nitrasi benzena dengan asam campuran, dengan proses batch ini menggunakan asam campuran sebesar 56-60% H 2 SO 4, 27-32% HNO 3, 8-17% H 2 O. Temperatur reaksi adalah 50-55 o C, produk keluar nitrator dipisahkan dalam separator. Produk nitrobenzena di netralisasai dengan NaOH. Untuk pemurnian dilakukan dengan proses distilasi. Yield 95-98% dan waktu reaksi secara batch berkisar 2-4 jam. Dari analisis ekonomi, pabrik nitrobenzena ini membutuhkan modal tetap sebesar Rp 85.198.785.000,00 dan modal kerja sebesar Rp 391.075.579.565,48. Keuntungan sebelum pajak sebesar Rp 2.289..294.572.541,13/th. Keuntungan sesudah pajak sebesar Rp 1.831.435.658.032,90/th. Analisis kelayakan ini memberikan hasil bahwa Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 26,87 % dan setelah pajak sebesar 21,49 %. Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar 0,37 tahun sedangkan setelah pajak sebesar 2,01 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 27 % kapasitas, dan Shut Down Point (SDP) sebesar 14 % kapasitas. Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 20,87 %. Berdasarkan data-data di atas maka pabrik nitrobenzena dari benzena dan asam campuran ini cukup menarik untuk didirikan. v
ABSTRACT Nitrobenzene is a raw material for making aniline. Benzene and nitrobenzene plant for sour mix established because the need for such materials is increasing from year to year. Nitrobenzene plant is designed to meet the needs of the country and the role in the possibility to be exported. Nitrobenzene plant is designed with a capacity of 325.000 tonnes a year with operated for 330 days a year. Nitrobenzene manufacturing process using a direct nitration process liquid phase mole ratio of benzene : each nitrate = 1,05 : 1. The reaction is exothermic and run with batch reactors, liquid-liquid phase, irreversible and kept isothermal operating conditions (50 o C) and a pressure of 1 atm. Nitration of benzene with mixed acid, with this batch process using a mixed acid at 56-60% H 2 SO 4, 27-32% HNO 3, 8-17% H 2 O. The reaction temperature is 50-55 o C, product out nitrator separated in the separator. Nitrobenzene in the neutralization products, 95-98% yield and reaction time in batches ranging from 2-4 hours. From the analysis of the economic, nitrobenzene plant requires a fixed capital of 85,198,785,000.00 IDR fixed capital and working capital of 391,075,579,565.48 IDR. Profit befor tax of 2.289.294.572.541,13 IDR, profit after tax 1,831,435,658,032,90 IDR a year. This feasibility analysis gives the result that the percent Return On Investment (ROI) before tax amounted to 20,05% and after tax of 15,42% Pay Out Time (POT) before tax of 0,48 years, while after tax of 2,03 years, Break Even Point (BEP) amounted to 15,02 capacity, and Shut Down Point (SDP) amounted to 18,22 capacity, Discounted Cash Flow (DCF) amounted to 25,60% based on the data above, the benzene and nitrobenzene plant sour mix is quite interesting to be established. vi
KATA PENGANTAR Assalamu alaikum Wr. Wb. Alhamdulillah, puji syukur ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan segala rahmat hidayah dan petunjuknya-nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan tugas akhir prarancangan pabrik kimia ini dengan baik. Tak lupa sholawat serta salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Nabi Besar Muhammad SAW, keluarga, sahabat dan seluruh pengikutnya. Tugas Prarancangan Pabrik Kimia merupakan tugas akhir yang harus diselesaikan oleh setiap mahasiswa Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta sebagai prasyarat untuk menyelesaikan jenjang studi sarjana. Dengan tugas ini diharapkan kemampuan penalaran dan penerapan teori-teori yang telah diperoleh selama kuliah dapat berkembang dan dapat dipahami dengan baik. Judul Tugas Akhir ini adalah Prarancangan Pabrik Nitrobenzena dari Benzena dan Asam campur dengan Proses Batch Kapasitas 325.000 Ton/Tahun. Adanya prarancangan pabrik ini diharapkan dapat memperkaya alternatif industri masa depan bagi Indonesia. Penyelesaian penyusunan laporan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan dan bimbingan serta dorongan dari berbagai pihak. Melalui laporan ini penyusun ingin mengucapkan terima kasih yang tiada terhingga, terutama kepada : 1. Bapak Rois Fathoni, S.T., M.Sc., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta 2. Ibu Eni Budiyati, S.T, selaku koordinator tugas akhir 3. Bapak Ir. Herry Purnama, M.T., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing I 4. Bapak M. Mujiburohman, S.T., M.T., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing II 5. Bapak dan Ibu Dosen Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta atas segala bimbingan dan arahannya vii
6. Ayahanda Mgs. Hatta Saleh (Alm), Ibunda Umida dan ke empat kakak perempuan saya yang selalu mendoakan dan memberi semangat serta dukungannya 7. Sahabatku Kharis, Joko, Putri, Pita, Didit, Lala, Nani dan teman-teman Teknik Kimia UMS yang selalu memberikan dorongan dan motivasi. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan tugas akhir ini masih banyak terdapat kekurangan dan kesalahan, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik membangun demi kesempurnaan laporan ini. Dan semoga laporan ini bermanfaat bagi semua pihak. Akhir kata penulis mohon maaf apabila ada salah kata. Terima kasih. Life is Awesome, Bless and don t be Sorry. Wassalamu alaikum Wr. Wb. Surakarta, Februari 2016 Penyusun viii
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERSETUJUAN... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI... iv INTISARI... v ABSTRACT... vi KATA PENGANTAR DAN PERSEMBAHAN... vii DAFTAR ISI... ix DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiv BAB I. PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik... 1 1.2. Kapasitas Pabrik... 2 1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik... 5 1.4. Tinjauan Pustaka... 7 1.4.1. Macam-macam Proses... 7 1.4.2. Kegunaan Produk... 10 1.4.3. Sifat Fisika dan Sifat Kimia Bahan Baku dan Produk... 11 1.4.4. Tinjauan Proses Secara Umum... 18 BAB II. DISKRIPSI PROSES... 20 2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk... 20 2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku... 20 2.1.2. Spesifikasi Produk... 21 2.2. Konsep Proses... 21 2.2.1. Dasar Reaksi... 21 2.2.2. Pemakaian Katalis... 22 2.2.3. Mekanisme Reaksi... 22 2.2.4. Tinjauan Termodinamika... 22 ix
2.2.5. Tinjauan Kinetika... 24 2.3. Diagram Alir Proses... 25 2.3.1. Langkah Proses... 25 2.4. Neraca Massa... 30 2.5. Neraca Panas... 34 2.6. Tata Letak Pabrik dan Tata Letak Peralatan... 37 2.6.1. Tata Letak Pabrik... 37 2.6.2. Tata Letak Peralatan... 42 BAB III. SPESIFIKASI PERALATAN PROSES... 44 BAB IV. UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM... 84 4.1. Unit Pendukung Proses (Utilitas)... 84 4.1.1. Unit Penyediaan dan Pengolahan Air... 84 4.1.2. Unit Penyediaan Steam... 92 4.1.3. Unit Penyediaan Tenaga Listrik... 94 4.1.4. Unit Penyediaan Bahan Bakar... 98 4.1.5. Unit Penyediaan Udara Tekan... 98 4.1.6. Unit Pengolahan Limbah... 99 4.1.7. Laboratorium... 100 4.2. Spesifikasi Alat Utilitas... 103 BAB V. MANAJEMEN PERUSAHAAN... 112 5.1. Bentuk Perusahaan... 112 5.2. Struktur Organisasi... 113 5.3. Tugas dan Wewenang... 115 5.3.1. Pemegang Saham... 115 5.3.2. Dewan Komisaris... 115 5.3.3. Dewan Direksi... 115 5.3.4. Staf Ahli... 116 5.3.5. Penelitian dan Pengembangan... 117 5.3.6. Kepala Bagian... 117 5.2.7. Kepala Seksi... 120 5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan... 120 x
5.4.1. Karyawan Non Shift... 120 5.4.2. Karyawan Shift... 121 5.5. Status Karyawan dan Sistem Upah... 122 5.6.Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji... 123 5.6.1. Penggolongan Jabatan... 123 5.6.2. Jumlah Karyawan dan Gaji... 123 5.7. Kesejahteraan Sosial Karyawan... 124 BAB VI. ANALISIS EKONOMI... 127 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi
DAFTAR TABEL Tabel 1. Data Kebutuhan Nitrobenzen di Indonesia... 2 Tabel 2. Data Kebutuhan Nitrobenzen di Dunia... 4 Tabel 3. Kelebihan dan Kekurangan pada Proses Pembuatan Nitrobenzena.. 9 Tabel 4. Harga H o f Masing-Masing Komponen... 23 Tabel 5. Komponen yang Ada Ditiap Arus... 30 Tabel 6. Neraca Massa di Sekitar Mixer (M-01)... 31 Tabel 7. Neraca Massa di Sekitar Reaktor... 31 Tabel 8. Neraca Massa di Sekitar Dekanter (Dc-01)... 31-32 Tabel 9. Neraca Massa di Sekitar Menara Distilasi (MD-01)... 32 Tabel 10. Neraca Massa di Sekitar Netralizer( (Nt-01)... 32 Tabel 11. Neraca Massa di Sekitar Dekanter (Dc-02)... 33 Tabel 12. Neraca Massa di Sekitar Menara Distilasi (MD-02)... 33 Tabel 13. Neraca Massa Total... 33 Tabel 14. Neraca Panas di Sekitar Mixer (M-01)... 34 Tabel 15. Neraca Panas di Sekitar Reaktor... 34 Tabel 16. Neraca Panas di Sekitar Dekanter (Dc-01)... 34-35 Tabel 17. Neraca Panas di Sekitar Menara Distilasi (MD-01)... 35 Tabel 18. Neraca Panas di Sekitar Netralizer (Nt-01)... 35 Tabel 19. Neraca Panas di Sekitar Dekanter (Dc-02)... 36 Tabel 20. Neraca Massa di Sekitar Menara Distilasi (MD-02)... 36 Tabel 21. Neraca Panas di Sekitar Heat Exchanger (HE-01)... 36 Tabel 22. Neraca Panas di Sekitar Heat Exchanger (HE-02)... 37 Tabel 23. Neraca Panas di Sekitar Heat Exchanger (HE-03)... 37 Tabel 24. Perincian Luas Tanah Bangunan Pabrik... 39-40 Tabel 25. Daftar Kebutuhan Air Pendingin... 90 Tabel 26. Daftar Kebutuhan Steam... 91 Tabel 27. Konsumsi Listrik untuk Keperluan Proses... 95 xii
Tabel 28. Konsumsi Listrik untuk Unit Pendukung (Utilitas)... 96 Tabel 29. Jadwal Pembagian Kelompok Shift... 121-122 Tabel 30. Jumlah Karyawan dan Kualifikasi... 123-124 Tabel 31. Harga Bahan Baku... 130 Tabel 32. Cost Index Chemical Plant... 131 Tabel 33. Fixed Capital Investment... 132 Tabel 34. Working Capital... 133 Tabel 35. Manufacturing Cost... 133 Tabel 36. General Expenses... 134 Tabel 37. Fixed Cost... 136 Tabel 38. Variable Cost... 136 Tabel 39. Regulated Cost... 136-137 xiii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Prediksi Kebutuhan Nitrobenzena di Indonesia... 3 Gambar 2. Diagram Alir Kualitatif... 28 Gambar 3. Diagram Alir Kuantitatif... 29 Gambar 4. Diagram Alir Neraca Massa... 30 Gambar 5. Tata Letak Pabrik... 41 Gambar 6. Tata Letak Peralatan... 43 Gambar 7. Diagram Alir Proses... 105 Gambar 8. Struktur Organisasi Perusahaan... 126 Gambar 9. Grafik Hubungan Tahun vs Cost Index... 131 Gambar 10. Grafik Analisis Ekonomi... 138 xiv