TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK METIL KLORIDA DENGAN PROSES HIDROKLORINASI METANOL KAPASITAS 80.000 TON/TAHUN Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Strata Satu Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Oleh : EMA SUCI DAMARYANTI D500120036 Dosen Pembimbing : Hamid, S.T, M.T. Eni Budiyati, S.T, M.Eng. PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2017
KATA PENGANTAR Alhamdulillah, segala puji dan syukur penulis haturkan ke hadirat Allah SWT Sang Radja Manusia dan Penguasa Kehendak yang telah melimpahkan Rahmat, Hidayah, dan Karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul Prarancangan Pabrik Metil Klorida dengan Proses Hidroklorinasi Metanol Kapasitas 80.000 ton / tahun. Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada : 1. Bapak Rois Fatoni ST.,MSc.,PhD selaku ketua Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Hamid S.T., M.T., selaku dosen pembimbing I yang telah memberikan bimbingan, pengarahan, dan masukan selama penyusunan tugas akhir hingga selesai. 3. Ibu Eni Budiyati, S.T., M.Eng., selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan bimbingan, pengarahan, dan masukan selama penyusunan tugas akhir hingga selesai. 4. Bapak / ibu dosen Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah memberi pembelajaran selama perkuliahan di Teknik Kimia. 5. Bapak, ibu dan kakak yang selalu memberi motivasi. 6. Teman teman teknik kimia khususnya angkatan 2012. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritikan yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat pada penulis pada khususnya dan pembaca pada umumnya. Surakarta, Mei 2017 Penulis iv
DAFTAR ISI Halaman Judul...i Halaman Pengesahan...ii Pernyataan Keaslian Tugas Akhir...iii Kata Pengantar...iv Daftar Isi......v Daftar Tabel......x Daftar Gambar... xiii Intisari... xiv Abstract... xv BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik... 1 1.2. Penentuan Kapasitas Pabrik... 2 1.2.1. Kebutuhan Metil Klorida di Indonesia... 2 1.2.2. Ketersediaan Bahan Baku... 3 1.2.3. Kapasitas Pabrik Maksimum dan Minimum di Luar Negeri... 3 1.2.4. Kebutuhan Metil Klorida di Dunia...4 1.3. Lokasi Pabrik... 4 1.3.1. Sumber Bahan Baku... 4 1.3.2. Pemasaran Produk... 4 1.3.3. Sarana Transportasi... 4 1.3.4. Tersedianya Sarana Pendukung... 5 v
1.3.5. Tenaga Kerja... 5 1.4. Tinjauan Pustaka... 5 1.4.1. Macam Macam Proses... 5 1.4.2. Pemilihan Proses... 6 1.4.3. Kegunaan Produk... 7 1.4.4. Sifat Fisis dan Sifat Kimia Bahan Baku... 8 1.4.5. Sifat Fisis dan Sifat Kimia Produk... 9 1.5. Tinjauan Proses Secara Umum... 10 BAB II DESKRIPSI PROSES... 11 2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk... 11 2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku... 11 2.1.2 Spesifikasi Bahan Pembantu... 11 2.1.3 Sifat Produk Utama... 11 2.2. Konsep Proses... 12 2.2.1 Dasar Reaksi... 12 2.2.2 Mekanisme Reaksi... 12 2.2.3 Kondisi Operasi... 16 2.2.4 Tinjauan Termodinamika... 16 2.2.5 Tinjauan Kinetika... 18 2.3. Diagram Alir dan Tahapan Proses... 18 2.3.1 Diagram Alir Proses... 18 2.3.2 Tahapan Proses... 21 vi
1. Tahap Penyiapan Bahan Baku... 21 2. Tahap Pembentukan Produk... 22 3. Tahap Pemisahan dan Pemurnian Produk... 22 2.4. Diagram Neraca Massa dan Panas... 23 2.4.1 Neraca Massa Alat... 23 2.4.2 Neraca Panas Alat... 26 2.5. Tata Letak Peralatan Proses dan Pabrik... 30 2.5.1 Tata Letak Pabrik... 30 2.5.2 Tata Letak Peralatan... 33 BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES... 36 3.1. Absorber... 36 3.2. Cooler... 37 3.3. Expander... 37 3.4. Heater... 38 3.5. Kondensor... 39 3.6. Kompresor 01... 39 3.7. Kompresor 02... 40 3.8. Pompa 01... 40 3.9. Pompa 02... 41 3.10 Pompa 03... 41 3.11. Pompa 04... 42 3.12. Pompa 05... 42 vii
3.13. Pompa 06... 43 3.14. Pompa 07... 43 3.15. Reaktor... 44 3.16. Separator 01... 45 3.17. Separator 02... 46 3.18. Flash drum... 46 3.19. Tangki Metanol... 47 3.20. Tangki Hidrogen Klorida... 48 3.21. Tangki Metil Klorida... 48 3.22. Vaporizer 01... 49 3.23. Vaporizer 02... 50 BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM...51 4.1. Unit Pendukung Proses... 51 4.2. Unit Penyediaan Air dan Pengolahan Air... 52 4.2.1 Unit Penyediaan Air... 52 4.2.2 Unit Pengolahan Air... 54 4.3. Kebutuhan Air... 58 4.4. Unit Penyediaan Listrik... 59 4.5. Kebutuhan Bahan Bakar... 61 4.6. Spesifikasi Alat Utilitas... 61 4.7. Unit Penanganan Limbah... 74 4.8. Unit Pengadaan Pendingin Reaktor... 74 viii
4.9. Unit Penyediaan Udara Tekan... 75 4.10. Laboratorium... 76 4.11. Unit Keselamatan dan Kesehatan Kerja... 76 4.12. Unit Instrumentasi dan Pengendalian Proses... 77 BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN...80 5.1 Bentuk Perusahaan... 80 5.2 Struktur Organisasi... 81 5.3. Tugas dan Wewenang... 82 5.4. Jam Kerja Karyawan... 93 5.5 Pakaian Kerja... 95 5.6 Pengobatan... 95 5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan... 95 5.8 Perencanaan Produksi... 96 5.9 Pengendalian Produksi... 96 BAB VI ANALISA EKONOMI...98 6.1 Dasar Perhitungan... 99 6.2. Perkiraan Harga Alat... 99 6.3. Penentuan Total Capital Investment... 101 6.4. Hasil Perhitungan... 103 6.5. Analisa Ekonomi... 105 Daftar Pustaka... 109 Lampiran Reaktor... 111 ix
DAFTAR TABEL Tabel 1.1. Data Impor Metil Klorida... 2 Tabel 1.2. Data Produsen Metil Klorida di Amerika Serikat... 3 Tabel 1.3. Perbandingan Proses Pembuatan Metil Klorida... 6 Tabel 2.1. Harga ΔH o f Komponen.....16 Tabel 2.2. Harga ΔG o f Komponen.....17 Tabel 2.3. Neraca Massa Vaporizer 01.....23 Tabel 2.4. Neraca Massa Vaporizer 02.....23 Tabel 2.5. Neraca Massa Percabangan.....24 Tabel 2.6. Neraca Massa Reaktor.....24 Tabel 2.7. Neraca Massa Separator.....24 Tabel 2.8 Neraca Massa Absorber.....25 Tabel 2.9 Neraca Massa Total.....25 Tabel 2.10 Neraca Panas Vaporizer 01.....26 Tabel 2.11 Neraca Panas Vaporizer 02.....26 Tabel 2.12 Neraca Panas Kompresor 01.....26 Tabel 2.13 Neraca Panas Heater.....27 Tabel 2.14 Neraca Panas Reaktor.....27 Tabel 2.15 Neraca Panas Expander.....28 Tabel 2.16 Neraca Panas Cooler.....28 Tabel 2.17 Neraca Panas Flash Drum.....28 Tabel 2.18 Neraca Panas Absorber.....29 x
Tabel 2.19 Neraca Panas Kompresor 02.....29 Tabel 2.20 Neraca Panas Condensor 01.....29 Tabel 2.21 Perincian Luas Tanah Untuk Area Pabrik.....31 Tabel 4.1 Daftar Kebutuhan Air Proses.....58 Tabel 4.2 Daftar Kebutuhan Air Untuk Steam.....58 Tabel 4.3 Daftar Kebutuhan Dowtherm A Untuk Pendingin Reaktor.....59 Tabel 4.4 Daftar Kebutuhan Air Untuk Keperluan Umum.....59 Tabel 4.5 Kebutuhan Listrik Peralatan Proses.....59 Tabel 4.6 Kebutuhan Listrik Alat Utilitas.....60 Tabel 4.7 Total Kebutuhan Listrik.....61 Tabel 4.8 Sumber Listrik.....61 Tabel 4.9 Kebutuhan Bahan Bakar.....61 Tabel 4.10 Tingkatan Kebutuhan Informasi dan Sistem Pengendalian.....78 Tabel 4.11 Pengendalian Variabel Utama Proses.....79 Tabel 5.1 Pembagian Jam Kerja.....93 Tabel 6.1 Cost Index Chemical Plant.....99 Tabel 6.2 Fixed Capital Investment (FCI)... 103 Tabel 6.3 Working Capital (WC)... 103 Tabel 6.4 Direct Manufacturing Cost... 104 Tabel 6.5 Indirect Manufacturing Cost... 104 Tabel 6.6 Fixed Manufacturing cost... 104 Tabel 6.7 General Expense... 105 xi
Tabel 6.8 Fixed Cost... 106 Tabel 6.9 Variabel Cost... 106 Tabel 6.10 Regulated cost... 106 Tabel 6.11 Analisa Kelayakan... 107 xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Impor Metil Klorida di Indonesia... 3 Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif... 19 Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif... 20 Gambar 2.3 Layout Pabrik... 32 Gambar 2.4 Tata Letak Peralatan... 34 Gambar 5.1 Struktur Organisasi Perusahaan... 92 Gambar 6.1 Hubungan Tahun dan Index Cost... 100 Gambar 6.2 Analisa Kelayakan... 108 xiii
INTISARI Metil klorida banyak digunakan sebagai intermediete untuk produksi silikon cair, elastomer, dan senyawa surfaktan tertentu seperti dimetil amonium klorida yang digunakan sebagai pelembut kain. Selain itu metil klorida juga digunakan sebagai stabilizer panas untuk pvc, penyekat kabel dan kawat, bahan perekat, dan bahan pembuat ban. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri dan kebutuhan dunia, maka dirancang pabrik metil klorida dengan kapasitas 80.000 ton/tahun yang beroperasi 330 hari pertahun dan bersifat kontinyu. Pabrik direncanakan didirikan pada tahun 2020 daerah Cilegon, Banten. Pemilihan tempat tersebut didasarkan pada penyediaan bahan baku, transportasi, tenaga kerja, dan pemasaran. Bahan baku pembuatan metil klorida yaitu metanol dan hidrogen klorida dengan bantuan katalis silica gel alumina pada temperatur 300 403 o C tekanan 10 atm. Reaksi berjalan pada reaktor fixed bed multitube non isotermal non adiabatic. Konversi pada reaksi ini yaitu 99% dan bersifat eksotermis sehingga diperlukan dowterm A untuk menjaga kestabilan temperatur. Fase yang terjadi merupakan fase gas. Terdapat beberapa proses yaitu tahap penyiapan bahan baku, tahap pembentukan produk, dan tahap pemurnian dan penyimpanan produk. Metanol yang dibutuhkan sebanyak 6.490,5683 kg/jam dan kebutuhan hidrogen klorida 22.347,3389 kg/jam. Unit pendukung proses meliputi penyediaan air sebesar 239.558,1657 kg/jam yang diperoleh dari air sungai, penyediaan saturated steam sebesar 4.163,1428 kg/jam, kebutuhan udara tekan 13,2523 m 3 /jam, kebutuhan listrik 1.294,168 kw, yang diperoleh dari PLN dan generator set sebesar 2500 kw sebagai cadangan, bahan bakar sebanyak 12.249,1397 liter per jam. Pabrik metil klorida ini merupakan perseroan terbatas yang dipegang oleh beberapa pemegang saham. Dari analisis ekonomi terhadap pabrik ini menunjukkan percent Return on Investment (ROI) yaitu 45%, Pay Out Time (POT) 1,8 tahun, Break event Point (BEP) sebesar 42,02%, Shut down Point (SDP) sebesar 20,1% dan Internal Rate of return (IRR) berdasarkan dari Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 21,31%. Dari analisis kelayakan dapat disimpulkan bahwa pabrik ini layak dipertimbangkan untuk direalisasikan pembangunannya. xiv
ABSTRACT Methyl chloride is widely used as an intermediate for the production of liquid silicone, elastomers, and certain surfactant compounds such as dimethyl ammonium chloride which is used as fabric softener. In addition, methyl chloride is also used as a heat stabilizer for PVC, cable and wire insulation, adhesives, and tire fabrics. to meet domestic demand and the world. Methyl chloride plant is designed with a capacity of 80,000 tons / year will be operated for 330 days per year and is continuously. The plant will be established in Cilegon, Banten in 2020 The selection of the location is based on supplying of raw materials, labor, transportation, and marketing. Methyl chloride raw materials are methanol and hydrogen chloride with the aid of silica gel alumina catalyst at temperature of 300-390.11 o C at 10 atm. The reaction run in a non adiabatic non-isothermal fixed bed reactor, with conversion in the reaction 99% is exothermic, so dowtherm A is required to keep the temperature stable. The phase that occurs is the gas phase. There are some processes the stages of preparation of raw materials, product formation stage, the stage of purification and storage products. The process would need 6,490.5683 kg/hour methanol and 22,347.3389 kg/hour hydrogen chloride. The proposed plant would include the utility unit that need fresh water of 273,421.0116 kg/hour from the closest river, saturated steam of 7,564.2573 kg/hour, compressed air of 13.2523 m3/hour, electrical supply of 1,796.9826 kw from PLN and 2500 kw set of generator as a reserved electricity, and 650.20 liter per hour fuel oil. The company type would be a limited liability company. Economic analysis of the factory shows the percent Return on Investment (ROI) if 45%, Pay Out Time (POT) if 1.8 year, Break Even Point (BEP) if 42.02%, Shut Down Point (SDP) if 20.1% Internal Rate of return (IRR) on the basis of Discounted Cash Flow (DCF) if 21.31%. %. From this analysis, it can be conclude that this plant feasible to set up. Keywords: Methyl chloride, fixed bed reactor, economic analysis. xv