NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK AMIL ASETAT DARI AMIL ALKOHOL DAN ASAM ASETAT KAPASITAS 40.000 TON PER TAHUN Oleh : Khoiru Nisa D 500 080 029 Dosen Pembimbing 1. Ir. Haryanto AR., M.S. 2. Kun Harismah, Ph.D. JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA SURAKARTA 2013
2
3
4
ABSTRAK Indonesia sebagai negara berkembang, saat ini masih mengandalkan impor bahan industri kimia untuk memenuhi kebutuhan proses produksi perusahaan-perusahaan kimia dalam negeri. Dewasa ini kemajuan teknologi khususnya di bidang industri kimia sedang mengalami peningkatan yang signifikan. Industri ini mengolah bahan mentah menjadi bahan setengah jadi maupun bahan jadi yang siap untuk dipasarkan. Permintaan pasar terhadap kebutuhan bahan-bahan kimia semakin meningkat sehingga pembangunan industri kimia perlu ditumbuh kembangkan. Amil asetat dibuat melalui proses esterifikasi dari asam asetat dan amil alkohol dipanaskan dengan Heat Exchanger sampai suhu 110 C selanjutnya dimasukkan ke dalam reaktor untuk direaksikan dengan menggunakan katalis Amberlyst 15. Proses yang terjadi di dalam berlangsung pada suhu 110 C dan tekanan 1 atm dengan konversi 85%. Hasil samping yang terbentuk yaitu air langsung bisa diambil karena kondisi operasi pada suhu 110 C memungkinkan untuk menguapkan air yang terbentuk. Dari hasil analisis ekonomi diperoleh hasil yaitu Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 49,12% dan setelah pajak sebesar 34,38%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar 1,69 tahun sedangkan setelah pajak sebesar 2,25 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 43,87%, dan Shut Down Point (SDP) sebesar 26,88%. Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 35,99 %. Berdasarkan data di atas maka pabrik amil asetat dari asam asetat dan amil alkohol ini layak untuk didirikan. Kata kunci : amil asetat, esterifikasi, RATB 5
A. PENDAHULUAN Indonesia sebagai negara berkembang, saat ini masih mengandalkan impor bahan industri kimia untuk memenuhi kebutuhan proses produksi perusahaan-perusahaan kimia dalam negeri. Dewasa ini kemajuan teknologi khususnya di bidang industri kimia sedang mengalami peningkatan yang signifikan. Industri ini mengolah bahan mentah menjadi bahan setengah jadi maupun bahan jadi yang siap untuk dipasarkan. Permintaan pasar akan kebutuhan bahan-bahan kimia semakin meningkat sehingga pembangunan industri kimia perlu ditumbuh kembangkan. Salah satu bahan kimia yang banyak digunakan adalah Amil asetat, amil asetat adalah salah satu ester asetat yang memiliki rumus kimia sebagai berikut CH 3 COOC 5 H 11. Amil asetat diperoleh dari proses esterifikasi amil alkohol dan asam asetat melalui proses batch maupun kontinyu. Di dalam industri kimia, amil asetat banyak digunakan sebagai bahan intermediet maupun bahan baku. Dalam industri amil asetat banyak digunakan sebagai pelarut (solvent). Amil asetat merupakan pelarut dengan titik didih menengah (medium boiling solvent), yang secara cepat melarutkan resinresin dan memberikan ketahan pada lapisan pelindung. Amil asetat dapat digunakan sebagai bahan kimia untuk cat, penyamakan kulit, tekstil dan bahan industri sablon. Kegunaan lainnya sebagai bahan obat-obatan, parfum, tepung sintetis dan sebagai komponen pada aroma sintetis seperti apricot, pisang, pir, nanas, delima, dan raspberry (Mc Ketta. 1977). Karena kebutuhan bahan industri kimia di Indonesia cukup tinggi, kebutuhan bahan industri belum dapat dipenuhi, sehingga harus memesan dari luar negeri dengan harga yang mahal, hal ini tentunya merugikan perusahaan. Saat ini kebutuhan amil asetat dalam negeri masih disuplai dari perusahaan luar negeri. Dengan didirikannya pabrik amil asetat di Indonesia diharapkan mampu memenuhi kebutuhan dalam negeri dan sisanya dapat diekspor ke luar negeri. 6
B. PERANCANGAN KAPASITAS Data impor kebutuhan amil asetat Indonesia diperoleh dari Biro Pusat Statistik (BPS) dari tahun 2007 sampai 2011. Data tersebut dapat dilihat pada Tabel 1 Tabel 1.1. Data Impor Kebutuhan Amil Asetat di Indonesia 2007-2011 No. Tahun Data impor (Ton) 1. 2007 14,788 2. 2008 8,446 3. 2009 8.586,959 4. 2010 11.055,88 5. 2011 12.911,19 Dari tabel diperoleh rata-rata kebutuhan impor amil asetat sebesar 6.515,453 ton/tahunnya, selanjutnya dapat diketahui total kebutuhan impor amil asetat pada tahun 2017 sebesar 22.803,84 ton. Berdasarkan pertimbangan kapasitas minimum pabrik amil asetat maka dengan menggunakan analisa rata-rata kapasitas minimum pabrik yang telah berdiri, Pemilihan kapasitas produksi yang direncanakan pada tahun 2017 adalah 40.000 ton/tahun guna mencukupi kebutuhan dalam negeri dan mengurangi ketergantungan impor. Berdasarkan pertimbangan ketersediaan bahan baku, pemasaran, transportasi, tenaga kerja, utilitas air, iklim, dan sarana komunikasi, maka lokasi pabrik amil asetat ini ditetapkan di Karanganyar, Jawa Tengah. 7
C. PROSES PEMBUATAN AMIL ASETAT Sintesa amil asetat dilakukan dengan proses esterifikasi. Berikut ini adalah macam-macam proses esterifikasi yang meliputi (Kirk dan Othmer, 1952): 1. Sintesa ester dari asil halida, 2. Sintesa ester dari asam anhidrid, 3. Sintesa ester dari asam amino, 4. Sintesa ester dari garam dan alkil halida, 5. Sintesa ester dari asam nitrat, 6. Sintesa ester dari karbon monoksida, 7. Sintesa ester dari asam organik. Menurut kelebihan dan kekurangan yang dimiliki oleh masingmasing reaksi amil asetat maka dipilih pembuatan amil asetat dari asam organik (asam asetat) dan alkohol (amil alkohol) dengan pertimbangan bahan baku tidak korosif dan tidak beracun. Reaksi esterifikasi berlangsung secara reversible pada suhu 100-150 C dan tekanan 1 atm dengan mengikuti orde 1 terhadap asam asetat, sehingga untuk memperoleh amil asetat sebesar mungkin maka kecepatan reaksi kearah kanan harus lebih besar dari pada kecepatan reaksi ke arah kiri. Reaksi esterifikasi amil asetat terjadi dengan melepaskan panas (eksotermis). D. TINJAUAN KINETIKA Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan, proses esterifikasi amil asetat dari amil alkohol dan asam asetat yang berjalan pada orde satu, mempunyai persamaan laju reaksi sebagai berikut (Chiang et al., 2002): kf CH 3 COOH + C 5 H 11 OH kb CH 3 COOC 5 H 11 + H 2 O...(1) 8
-r A = ( )...(2) Karena, maka: -r A = ( ) ( )...(3) Dalam kasus ini reaksi yang berjalan ke kiri diabaikan karena: 1. Salah satu produk (air) yang terbentuk dapat langsung terambil dengan cara diuapkan ke rectifier, sehingga reaksi ke kiri dihambat 2. Nilai konstanta kecepatan reaksi ke kiri kecil Sehingga persamaan laju reaksi menjadi -r A = ( )..(4) Keterangan: r A : Laju Reaksi (mol/l.s) C : Konsentrasi Komponen (mol/l) k f : Konstanta Kecepatan Reaksi ke kanan (s-1) k b : Konstanta Kecepatan Reaksi ke kiri (s-1) K eq : Konstanta Kesetimbangan Reaksi esterifikasi antara asam asetat dan amil alkohol menjadi amil asetat bersifat eksotermis, kedua reaksi berjalan pada fase cair-cair di dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) pada suhu 110 C dan tekanan atmosferis. Diagram alir proses pembuatan amil asetat dari asam asetat dan amil alkohol dapat dilihat pada Gambar 1 (kualitatif) dan Gambar 2 (kuantitatif) 9
Diagram Alir Kualitatif Gambar 1. Diagram Alir Proses kualitatif Prarancangan Pabrik Amil Asetat 10
Diagram Alir Kuantitatif Gambar 2.1. Diagram Alir Proses kuantitatif Prarancangan Pabrik Amil Asetat 11
E. SPESIFIKASI ALAT UTAMA PROSES 1. Reaktor 01 (R-01) Kode : R-01 Fungsi : Mereaksikan asam asetat dan amil alkohol dengan katalis padat amberlyst 15 Tipe : Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) Bahan konstruksi : Stainless steel 304 Kondisi operasi a. Tekanan : 1 atm b. Temperatur : 110 o C Dimensi a. Diameter : 1,52 m b. Tinggi shell : 1,52 m c. Tinggi reaktor : 2,20 m d. Volum shell : 2,75 m 3 e. Volum head : 0,78 m 3 f. Volum reaktor : 3,53 m 3 g. Tebal shell : 1/4 in h. Tebal head : 1/4 in Jaket a. Bahan konstruksi : Stainless steel 304 b. Tinggi jaket : 1,52 m c. Tebal jaket : 0,313 in Pengaduk a. Jenis : Turbin dengan 6 blade disk standar b. Jumlah baffle : 4 buah c. Lebar baffle : 0,13 m d. Diameter impeller : 0,51 m e. Lebar impeller : 0,13 m f. Putaran pengaduk : 119,41 rpm g. Power motor : 2 hp 12
Harga : US $ 124.502,78 2. Rectifier (D-1.1) Kode : D-1.1 Fungsi : Mengambil komponen ringan (air) dari komponen berat (asam asetat dan amil alkohol) Jenis : Sieve Tray Column Bahan konstruksi : Stainless steel 304 Spesifikasi a. Tekanan umpan : 1,003 atm b. Tekanan atas : 1,004 atm c. Tekanan bawah : 1,006 atm d. Suhu umpan : 106 o C e. Suhu distilat : 107 o C f. Suhu bottom : 122 o C Dimensi a. Diameter : 1,00 m b. Tinggi : 12,89 m c. Tebal head : 3/16 in d. Tebal shell : 3/16 in Plate a. Plate minimal : 9 stage b. Plate ideal : 29 stage c. Plate aktual : 49 stage Harga : US $ 180.235,08 3. Stripper (D-2.1) Kode : D-2.1 Fungsi : Mengambil komponen berat (amil asetat dan amil alkohol) dari komponen ringan (asam asetat dan air) Jenis : Sieve Tray Column Bahan konstruksi : Stainless steel 304 Spesifikasi 13
a. Tekanan umpan : 1,003 atm b. Tekanan atas : 1,004 atm c. Tekanan bawah : 1,006 atm d. Suhu umpan : 143 o C e. Suhu distilat : 134 o C f. Suhu bottom : 145 o C Dimensi a. Diameter : 0,99 m b. Tinggi : 6,22 m c. Tebal head : 3/16 in d. Tebal shell : 3/16 in Plate a. Plate minimal : 8 stage b. Plate ideal : 16 stage c. Plate aktual : 23 stage Harga : US $ 83.778,67 4. Menara Distilasi (D-3.1) Kode : D-3.1 Fungsi : Memurnikan produk utama (amil asetat) sampai 98% sebanyak 2.538,16 kg/j Jenis : Plat Sieve Tray Column Bahan konstruksi : Stainless steel 304 Spesifikasi a. Tekanan umpan : 1,006 atm b. Tekanan atas : 1,007 atm c. Tekanan bawah : 1,008 atm d. Suhu umpan : 145 o C e. Suhu distilat : 138 o C f. Suhu bottom : 154 o C Dimensi a. Diameter : 1,30 m 14
b. Tinggi : 20,81 m c. Tebal head : 3/16 in d. Tebal shell : 3/16 in Plate a. Plate ideal : 45 stage b. Plate aktual : 55 stage c. Enriching : 28 buah d. Stripping : 27 buah Harga : US $ 236.107,55 F. Analisis Ekonomi Pabrik ini menggunakan modal tetap sebesar Rp. 105.842.076.609,30 dan modal kerja sebesar Rp. 94.786.165.291,76. Dari hasil analisis ekonomi diperoleh parameter-parameter ekonomi sebagai berikut: Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 49,12% dan setelah pajak sebesar 34,38%; Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar 1,69 tahun sedangkan setelah pajak sebesar 2,25 tahun; Break Even Point (BEP) sebesar 43,40%; Shut Down Point (SDP) sebesar 26,88%; dan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 35,99%. Adapun untuk gambar hasil analisis dapat dilihat sebagai berikut : 600.00 500.00 400.00 300.00 200.00 100.00 0.00 Fa Va Ra Sa BEP SDP SD BE F 0 20 P 40 P 60 a 80 100 120 Gambar 3. Grafik analisa ekonomi R a S a V a 15
G. Kesimpulan Pabrik amil asetat digolongkan pabrik beresiko rendah, karena pabrik beroperasi pada pada tekanan 1 atm dan suhu 110 o C. Analisa kelayakan ekonomi pabrik amil asetat dinyatakan sebagai berikut: 1. Kentungan sebelum pajak sebesar Rp. 52.886.789.807,51 per tahun dan keuntungan setelah pajak sebesar Rp. 37.020.752.865,26 per tahun. 2. ROI (Return On Investment) sebelum pajak adalah 49,12%. ROI (Return On Investment) sesudah pajak adalah 34,38%. ROI (Return On Invesment) sebelum pajak untuk pabrik beresiko rendah minimal 11% (Aries dan Newton, 1954). 3. POT (Pay Out Time) sebelum pajak adalah 1,69 tahun POT (Pay Out Time) sesudah pajak adalah 2,25 tahun POT (Pay Out Time) sebelum pajak untuk pabrik beresiko rendah maksimal 5 tahun (Aries dan Newton, 1954). 4. BEP (Break Event Point) adalah 43,28% dan SDP (Shut Down Point) adalah 43,87%. BEP untuk pabrik kimia pada umumnya berkisar antara 40%-60%. 5. DCF (Discounted Cash Flow) adalah 35,99%. DCF yang dapat diterima harus lebih besar dari bunga pinjaman di bank. Besarnya DCF untuk pabrik beresiko rendah minimal 1,5 kali besarnya bunga bank. Berdasarkan hasil dari analisis kelayakan ekonomi tersebut diperoleh kesimpulan bahwa pabrik amil asetat layak untuk didirikan dan dikaji lebih lanjut. 16
DAFTAR PUSTAKA Aries, R.S., Newton, RD., 1954, Chemical Engineering Cost Estimation, Mc. Graw Hill Book Company Inc, New York Toronto London Badan Pusat Statistik.,2007, Data Impor Indonesia,BPS Indonesia, http: www.bps.go.id Chiang, C.L. Kuo, C.C. Yu, and David S.H. Wong, Design Alternatives for Amyl Acetate Process: Coupled Reactor / Column and Reactive Distillation, Industrial & Engineering Chemistry Research vol 41, no. 13. Kirk, R.E. and Othmer, D.F., 1952, Encyclopedia of Chemical Technology 3 rd ed., The Inter Science Encyclopedia, Inc., New York. Mc.Ketta, J.J., and Cunningham W.A., 1977, Encyclopedia of Chemical Processing and Design, vol.31, Marcel Dekker, Inc., New York. 17