PRARANCANGAN PABRIK BUTADIENASULFON DARI 1,3 BUTADIENA DAN SULFURDIOKSIDA KAPASITAS 15.150 TON PER TAUN Oleh : Dosen pembimbing : 1. Tri Widayatno, ST, MSc 2. Emi Erawati, ST JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUAMMADIYA SURAKARTA SURAKARTA 2009
1 BAB I PENDAULUAN 1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik Indonesia pada saat ini sedang berada pada suatu tahap yang penting dalam memasuki era industrialisasi. Untuk itu pemerintah Indonesia melakukan pengembangan dalam berbagai bidang industri. Salah satu jalan untuk meningkatkan taraf hidup bangsa adalah dengan pembangunan industri termasuk diantaranya adalah industri kimia, baik yang menghasilkan produk jadi maupun produk antara untuk di olah lebih lanjut. Pembangunan industri kimia yang menghasilkan produk ini sangat penting, karena dapat mengurangi ketergantungan Indonesia terhadap industri luar negeri yang pada akhirnya akan dapat mengurangi pengeluaran devisa negara untuk mengimpor bahan tersebut. Salah satunya adalah butadienasulfon atau 3-sulfolen (2,5-Dihydrothipen 1,1- Dioxida), yang mana merupakan turunan sulfon terpenting setelah sulfolen. Butadienasulfone atau 3-sulfolen yang sebagian besar dalam industri digunakan sebagai bahan baku pembuatan sulfolan atau tetrahydrothiophen - 1,1 dioxid yang berfungsi sebagai solvent untuk ekstraksi senyawa alifatiknya, pelarut polar yang memiliki banyak keunggulan, diantaranya adalah kestabilan thermal, kimia serta selektivitas kelarutan, serta untuk proses pemurnian ester asam lemak, extractive distillation solvent, proses sulfonil dalam gas treating, pelarut polimer, plastilizer,aplikasi dalam bidang kelistrikan dan tekstil. Adapun kegunaan yang lain dari butadienasulfon yaitu pada industri plastik dimana butadienasulfone atau 3 sulfolen berfungsi untuk menambah fleksibilitas dari plastik, sebagai bahan sintetis sulfolanil eter yang digunakan sebagai aditif cairan hidrolisis. Butadienasulfon serta turunannya juga digunakan untuk pembuatan kosmetik (Kirk and Othmer, 1978). Melihat cukup luasnya kemungkinan dan penerapan serta perkembangannya,maka di Indonesia perlu didirikan pabrik butadienasulfon dari 1,3 butadiena dan sulfurdioksida. 1
2 1.2. Kapasitas Rancangan Kebutuhan butadienesulfon di Indonesia diperkirakan akan terus meningkat dalam beberapa tahun mendatang, dalam hal ini ada kaitannya dengn perkembangan industri kosmetik dan plastik sehingga kebutuhan butadienasulfon akan mengalami peningkatan. Butadienasulfon Sebagai perbandingan kebutuhan butadienasulfon seperti terlihat pada table 1.1. Tabel 1.1 Data Impor Butadienasulfone Tahun Kebutuhan (Ton / tahun) 2001 7.331 2002 8.281 2004 9.612 2005 9.238 (Badan Pusat Statistik Semarang) Adapun pabrik Butadienasulfone yang menguntungkan adalah 4.535,92 Ton/tahun ( Mc.Ketta, 1983 ). Berdasarkan pertimbangan tersebut, maka kapasitas produksi Butadienasulfon dirancang 15.150 ton/tahun. Kapasitas yang direncanakan diharapkan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri dan selebihnya dapat diekspor. 1.3. Penentuan Lokasi Pabrik Letak geografis suatu pabrik sangat berpengaruh terhadap kelangsungan pabrik tersebut. Untuk itu sebelum mendirikan suatu pabrik perlu dilakukan suatu survey untuk mempertimbangkan faktor faktor penunjang yang satu dengan yang lainnya. Pabrik butadienasulfon akan didirikan didaerah Gresik, Jawa Timur. Dasar pemilihan lokasi tersebut adalah ketersediaan bahan baku, sarana transportasi, tenaga kerja dan lain-lain. Adapun dasar-dasar pertimbangannya adalah : 1. Bahan Baku
3 Bahan baku merupakan kebutuhan utama bagi kelangsungan suatu pabrik, karena pabrik dapat beroperasi atau tidak sangat tergantung pada ketersediaan bahan baku. Adapun bahan baku yang kami gunakan berupa 1,3 Butadiena dan Sulfur dioksida.dimana untuk bahan baku semuanya kami peroleh dari Canada. 2. Fasilitas Transportasi Lokasi pabrik di Gresik karena dekat dengan pelabuhan sehingga arus dari bahan baku import lebih mudah dan lancar. Sarana transportasi yang baik dibutuhkan sebagai penunjang untuk penyediaan bahan baku maupun pemasaran produk. Fasilitas transportasi berupa darat maupun air sangat dibutuhkan agar perhubungan antar daerah tidak mengalami hambatan. 3. Utilitas Utilitas merupakan salah satu faktor yang sangat penting dalam pengoperasian suatu pabrik. Utilitas utama meliputi penyediaan air, steam, bahan bakar dan listrik. 4. Tenaga Kerja Tenaga kerja dapat diperoleh dari masyarakat sekitar pabrik sehingga dapat memperluas lapangan kerja dan mengurangi jumlah pengangguran. 1.4. Tinjauan Pustaka Pembuatan butadienasulfon dengan proses sulfonasi antara 1,3 butadiena dan sulfurdioksida pada fase cair. Dimana pada reaksi terjadi pengubahan senyawa ikatan rantai terbuka menjadi senyawa siklik. Proses ini bersifat eksotermis dan reversible. Temperatur operasi reaktor 90 o C, tekanan operasinya adalah 10 atm dengan konversi 95 %. Reaksi : C 2 = C C = C 2 + SO 2 C = C.. (1.1) 2 C 2 C SO 2 (Mc.Ketta, 1983)
4 Adapun reaksi samping yang dapat dihindarkan sebagai berikut : 1. Tidak adanya oksigen dalam sistem proses. 2. Perbandingan mol SO 2 dan C 4 6 harus sama dengan atau lebih dari 1.0 1.5. Kegunaan Produk Kegunaan butadienasulfon diantaranya sebagai bahan baku pembuatan sulfolan, dalam industri plastik digunakan untuk menambah fleksibilitas dari plastik dan sebagai bahan pembuatan plastik. 1.6. Sifat Bahan Baku dan Produk 1.6.1. Bahan Baku a. 1,3 Butadiena Sifat sifat fisis : Rumus kimia : C 4 6 Berat molekul : 54,092 kg/kgmol Kemurnian : 100 % berat Densitas (32 o C ) : 605,7720 kg/m 3 Viskositas (32 o C) : 1,3004E-01 Cp Titik didih pada 1 atm : -4,411 o C Titik lebur pada 1 atm : -108.902 o C Suhu Kritis : 152.22 o C Tekanan Kritis : 42.7 atm (Kirk and Othmer, 1,3 butadene MSDS [20-4-2008] www.praxair.com & Chemcad 5.2)
5 Sifat sifat kimia : 1. 1,3 butadiene dapat dibuat dari etanol pada suhu 400 450 o C 2 C 3 C 2 O C 2 = C-C=C 2 + 2 2 O + 2 C C O O C C C C + + 2 O C C O 2. 1,3 butadiene dari ethanol dan asetaldehida pada suhu 325 350 o C C 3 C 2 O + C 3 CO C 2 =C-C=C 2 + 2 2 O C C O O C C C C + O O C C O (http://en.wikipedia.org/wiki/butadiene) b. Sulfurdioksida Rumus kimia : SO 2 Berat molekul : 64,06 kg/kgmol
6 Kemurnian : 100 % berat Densitas (32 o C) : 1346,3658 kg/cm 3 Viskositas (32 o C) : 2,3458E-01 Cp Titik didih pada 1 atm : -10 o C Titik beku pada 1 atm : -75,9 o C Suhu Kritis : 157.6 o C Tekanan Kritis : 77.81 atm (Sulfur dioxide MSDS [20-4-2008] www.chemtrade logistics.com & Chemcad 5.2) Sifat sifat kimia : 1. Reaksi Penghilangan Sulfite : SO 2 + 2 NaO Na 2 SO 3 + 2 O 2. Reaksi oksidasi dengan halogen menghasilkan sulfur halide : 2 2 S(g)+ 11 O 2 (g) 2 2 (g)+ 2 SO 2 (g) 3. Sulfur dioksida dapat diperoleh dari pembakaran sulfur atau dari hydrogen sulfide dan sulfur : S 8 + 8 O 2 8 SO 2 2 2 S(g) + 3 O 2 (g) 2 2 O(g) + 2 SO 2 (g) 4. Sulfur dioxide meruapakan hasil samping dari pabrik semen : 2 CaSO 4 (s) + 2SiO 2 (s) + C(s) 2 CaSiO 3 (s) + 2 SO 2 (g) + CO 2 (g) (http://en.wikipedia.org/wiki/so2)
7 1.6.2. Spesifikasi Produk (Butadienasulfon) Sifat sifat fisis : Rumus kimia : C 4 6 SO 2 Berat molekul : 118,16 kg/kgmol Kemurnian : 99,2% berat Impuritas : 1,3 butadiena 0,5% berat Sulfur dioksida 0,3% berat Densitas (32 o C) : 772,2 kg/m 3 Viskositas (32 o C) : 7,2920E-01 Cp Titih didih : 151 o C Titik Beku : 49 o C Suhu Kritis : 456.74 o C Tekanan Kritis : 65.5978 atm Sifat-sifat kimia : - Berbentuk cairan berwarna putih - Larut dalam air, aseton, toluene, dan Mudah terbakar. (Mc.Ketta & 3-sulfolene MSDS [20-4-2008] www.science lab.com & ysys 3.2)
UNIVERSITAS MUAMMADIYA SURAKARTA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK KIMIA Nama : NIM : Judul TPP : Prarancangan Pabrik Butadienasulfon dari 1,3 Butadiena dan Sulfurdioksida kapasitas 15.150 Ton/Tahun Dosen Pembimbing : 1. Tri Widayatno, ST, MSc 2. Emi Erawati, ST Menyetujui : Surakarta, 6 Maret 2009 Dosen pembimbing I Dosen pembimbing II Tri Widayatno, ST, MSc NIK:100.960 Emi Erawati, S.T. NIK: 100.989 Mengetahui: Dekan Teknik Ketua Jurusan Ir.. Sri Widodo, M.T. NIK: 542 Ir.. aryanto AR, M.S. NIP: 131.902.382
ABSTRAK Prarancangan pabrik butadienasulfon dari 1,3 butadiena dan sulfur dioksida kapasitas 15.150 ton/tahun direncanakan beroperasi selama 330 hari per tahun. Proses pembuatan butadienasulfon dimaksudkan untuk memenuhi kebutuhan butadienasulfon dalam negeri. Dengan mempertimbangkan berbagai faktor, antara lain : ketersediaan bahan baku, tenaga kerja, transportasi, dan konsumen maka pabrik direncanakan didirikan di Gresik Jawa Timur. Butadienasulfon diproduksi di dalam reaktor alir tangki berpengaduk. Reaksi berlangsung pada suhu 90 o C dan tekanan 10 atm tanpa menggunakan katalis, yang berlangsung pada fase cair-cair, reversible, eksotermis secara non adiabatic dan isothermal. Kebutuhan 1,3 butadiena sebanyak 917,7383 kg/jam dan sulfurdioksida sebanyak 1.299,6596 kg/jam menghasilkan produk berupa butadienasulfon sebanyak 1.912,8788 kg/jam. Utilitas pendukung proses meliputi : penyediaan air sebesar 213.426,5229 liter/jam yang diperoleh dari air sungai, penyediaan steam sebesar 373,5361 liter/jam, dengan bahan bakar fuel oil sebesar 31,0812 liter/jam, kebutuhan listrik sebesar 646,6362 kw diperoleh dari PLN dan dua buah generator set sebagai cadangan. Untuk menjalankan generator set tersebut membutuhkan bahan bakar solar sebesar 28,5722 liter/jam. Pabrik ini didirikan dengan luas tanah 12.000 m 2 dan jumlah karyawan 96 orang dimana sistem kerja karyawan bedasarkan pembagian menurut jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non-shift. Bentuk perusahaan yang digunakan adalah Perseroan Terbatas (PT) dengan sistem struktur organisasi line dan staf. Dari analisa ekonomi yang dilakukan terhadap pabrik ini dengan modal tetap Rp. 124.417.023.310,8 dan modal kerja Rp. 102.154.413.850. Dari analisis ekonomi terhadap pabrik ini menunjukkan keuntungan sebelum pajak adalah Rp.113.189.663.100,69 pertahun setelah dipotong pajak 30% keuntungan mencapai Rp. 79.232.764.170,48 pertahun. Return On Investment (ROI) sebelum pajak 46,2031 % dan setelah pajak 32,3422 %. Pay Out Time (POT) sebelum pajak adalah 1,7793 tahun dan setelah pajak 2,3617 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 42,2509 % dan Shut Down Point (SDP) sebesar 26,1705 %. Dari data anlisis kelayakan diatas disimpulkan, Pabrik ini menguntungkan dan layak didirikan. Kata Kunci : Butadienasulfon, Reaktor CSTR
DAFTAR PUSTAKA Badan Pusat statistic, 2003, Statistik Perdagangan Luar Negeri. Brown, G.G., 1950, Unit Operations, John Wiley and Sons, Inc., New York. Brownell, L.E. and Young, E.., 1979, Process Equipment Design, John Wiley and Sons, Inc., New York. Coulson, J.M. and Richardson, J.F., 1983, Chemical Engineering, Vol. 6, Pergamon Press, Oxford. olman, J. P., 1988, Perpindahan Kalor, alih bahasa Jasifi E., edisi ke-6, Erlangga, Jakarta. Kern, D.Q., 1950, Process eat Transfer, McGraw-ill International Book Company Inc., New York. Kirk,R.E & Othmer,D.F., 1965, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol 10, 1 st, Interscience Encyclopedia, Inc., New York. Kirk,R.E & Othmer,D.F., 1965, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol 12, 2 nd, Interscience Encyclopedia, Inc., New York. Kirk,R.E & Othmer,D.F., 1965, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol 17, 1 st, Interscience 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. Peters, M.S. and Timmerhaus, K.D., 2003, Plant Design and Economic for Chemical Engineering, 5 th ed., McGraw-ill International Book Company Inc., New York Rase,.F., and olmes, J. R., 1977, Chemical Reactor Design for Process Plant, Volume One : Principles and Techniques, John Wiley and Sons, Inc., New York Smith, J.M.,and Van Ness, C..,1978, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 2 nd ed., Mc. Graw ill Book co, Inc., Tokyo.
Ulrich, G.D., 1984, A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economics, John Wiley and Sons, Inc., New York Yaws., 1999, Thermodynamics and Physical Properties Data Mc. Graw ill Book. Co, Singapure. Sulfur dioxide MSDS [20-4-2008] www.chemtrade logistics.com 1,3 butadiena MSDS [20-4-2008] www.science lab.com 3-sulfolene MSDS [20-4-2008] www.science lab.com http://finance.yahoo.com/currency-converter?amt=1&from=usd&to=eur http://goliath.ecnext.com/coms2/gi_0199-8021863/chemical-engineering-plant- Cost-Index.html http://library.usu.ac.id/download/fmipa/kimia-emma2.pdf http://www.jtbaker.com/msds/englishhtml/g4774.htm http://www.jtbaker.com/msds/englishhtml/n3660.htm http://www.jtbaker.com/msds/englishhtml/s3242.htm