PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN LINEAR LOW DENSITY POLYETHYLENE (LLDPE) DENGAN BAHAN BAKU ETHYLENE DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 175.000 TON/TAHUN TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Kimia OLEH : BOBBY YULANDIKA PUTRA NIM : 040405004 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA F A K U L T A S T E K N I K UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N 2008
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat dan rahmatnya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul: PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN LINEAR LOW DENSITY POLYETHYLENE (LLDPE) DENGAN BAHAN BAKU ETHYLENE DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 175.000 TON/TAHUN Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi tugas-tugas dan merupakan salah satu syarat untuk mengikuti ujian sarjana pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. Dalam menyelesaikan tugas akhir ini penulis banyak menerima bantuan, bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr. Ir. Fahmi, M.Eng., selaku dosen pembimbing dalam penyusunan tugas akhir ini 2. Ibu Farida Hanum, ST, selaku co-dosen pembimbing dalam penyusunan tugas akhir ini 3. Ibu Ir. Renita Manurung, MT., Ketua Jurusan Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, 4. Bapak M. Hendra Sahputra Ginting ST, MT., Sekretaris Jurusan Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, 5. Bapak Dr.Eng Ir. Irvan, M.Si, Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, 6. Bapak dan Ibu dosen serta pegawai Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, 7. Orangtua Penulis, yang telah banyak memberikan dukungan moril dan materil kepada penulis 8. Nenek di Padang, yang selalu mendukung penulis dan semua keluarga yang penulis sayangi 9. Bang Iwan, Kak Ina dan adik-adikku yang lucu, Syakira dan Adel, terima kasih buat kebersamaan kita di Cilegon, Banten, penulis akan merindukan semuanya i
ii 10. Bapak Tulus Hastono yang telah banyak memberikan input dan bimbingan mengenai LLDPE plant 11. Rizka Taufenda, Medi Hafiz dan Yudi Martian yang telah banyak memberikan support bagi penulis dalam penulisan tugas akhir ini 12. Arifin Suden atas kerjasamanya dalam penulisan tugas akhir ini 13. Sahabat-sahabat terbaik di Teknik Kimia USU yaitu Deni, Welly, Ija dan Idel 14. Teman-teman di Teknik Kimia, Andrikhe, Laswin, Fandi, Asrul, dan temanteman mahasiswa/i Teknik Kimia, khususnya stambuk 2004 yang memberikan banyak dukungan kepada penulis 15. Mas Kelik, Teman Kerja Praktek di Chandra Asri yang banyak memberikan informasi selama penulisan tugas akhir ini 16. Teman-teman OJT PT. CAPC yang telah membantu secara langsung maupun tidak langsung yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu Medan, 5 Desember 2008 Penulis, (Bobby Yulandika Putra)
INTISARI Salah satu sektor industri petrokmia yang berkembang cukup pesat saat ini yaitu industri petrokimia yang memproduksi polietilena (PE). Akan tetapi, hingga saat ini Indonesia masih mengandalkan produk impor untuk mencukupi kebutuhan domestik dalam konsumsi PE tersebut. Hal ini dikarenakan sampai sekarang hanya ada dua pabrik PE di dalam negeri yaitu PT. Chandra Asri Petrochemical Center (CAPC) dan PT. Petrokimia Nusantara Interindo (PENI) (Yeni H. Simanjuntak, 2007). Total hasil produksi PE dari PT. CAPC dan PT. PENI akan diekspor sebanyak 80.000 ton sedangkan untuk kebutuhan PE domestik akan diimpor 25-30 % dari total konsumsi PE domestik (Malini Hariharan, 2003). Dengan minimnya produksi PE domestik mengakibatkan berbagai produk turunan PE terutama LLDPE akan diimpor terutama dari Asia dan Eropa Barat, dengan harga beli yang masih tergolong mahal. Dan mengingat Indonesia memiliki sumber daya migas yang cukup banyak dan potensial sehingga hal ini mendorong untuk dibuatnya suatu pra rancangan pabrik pembuatan Linear Low Density Polyetylene (LLDPE) dengan tujuan mencukupi kebutuan LLDPE domestik. LLDPE diproduksi 175.000 ton/tahun dengan 330 hari kerja dalam 1 tahun. Lokasi pabrik direncanakan di daerah Kawasan Industri Panca Puri di Jln. Raya Anyer Km. 123 Desa Ciwandan, Kotamadya Cilegon, Propinsi Banten dengan luas areal 15.330 m 2, tenaga kerja yang dibutuhkan berjumlah 195 orang dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) yang dipimpin oleh seorang direktur dengan struktur organisasi sistem garis dan staf. Hasil analisa ekonomi Pabrik Pembuatan LLDPE adalah sebagai berikut : Total Modal Investasi : Rp. 3.022.942.882.405,- Total Biaya Produksi : Rp. 4.260.489.468.562,- Hasil Penjualan : Rp. 5.090.261.305.909,- Laba Bersih : Rp 551.815.771.835,- Profit Margin (PM) : 15,486 % Break Even Point (BEP) : 53,359 % Return on Investment (ROI) : 18,254 % Pay Out Time (POT) : 5,478 tahun Return on Network (RON) : 30,424 % Internal Rate of Return (IRR) : 31,145 % Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa pabrik LLDPE dengan kapasitas produksi 175.000 ton/tahun layak untuk didirikan. iii
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR...i INTISARI... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... ix BAB I PENDAHULUAN... I-1 1.1 Latar Belakang... I-1 1.2 Perumusan Masalah... I-5 1.3 Tujuan Pra Rancangan... I-6 1.4 Manfaat Pra Rancangan... I-6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... II-1 2.1 Sejarah Plastik... II-1 2.2 Tinjauan Umum Polimer... II-1 2.2.1 Karakteristik Polimer... II-2 2.2.2 Proses Polimerisasi Secara Umum... II-3 2.2.2.1 Polimerisasi Kondensasi (Step Polymerization)... II-3 2.2.2.2 Polimerisasi Adisi (Chain Polymerization)... II-4 2.2.3 Penggolongan Polimer... II-10 2.2.4 Pemanfaatan Polimer... II-12 2.3 Polyethylene... II-13 2.3.1 Teknologi Proses Polimerisasi Ethylene menjadi Polyethylene... II-14 2..3.1.1 Macam-macam Proses Pembuatan Polyethylene... II-15 2.3.1.2 Perbandingan Proses Pembuatan Polyethylene... II-17 2.3.2 Klasifikasi Polyethylene... II-18 2.4 Sifat Bahan Baku... II-19 2.4.1 Bahan Baku Utama... II-19 2.4.2 Bahan Baku Penunjang... II-20 2.4.2.1 Comonomer... II-20 iv
v 2.4.2.2 Nitrogen... II-20 2.4.2.3 Hidrogen... II-20 2.4.2.4 Katalis... II-21 2.4.2.5 Co-catalyst... II-22 2.5 Deskripsi Proses... II-22 BAB III NERACA MASSA...III-1 BAB IV NERACA ENERGI... IV-1 BAB V SPESIFIKASI PERALATAN... V-1 BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA... VI-1 6.1 Instrumentasi... VI-1 6.2 Keselamatan dan Keselamatan Kerja... VI-7 6.3 Keselamatan Kerja pada Pabrik Pembuatan LLDPE... VI-8 6.3.1 Pencegahan terhadap Kebakaran dan Peledakan... VI-8 6.3.2 Peralatan Perlindungan Diri... VI-9 6.3.3 Keselamatan Kerja terhadap Listrik... VI-10 6.3.4 Pencegahan terhadap Gangguan Kesehatan... VI-10 6.3.5 Pencegahan terhadap Bahaya Mekanis... VI-10 BAB VII UTILITAS... VII-1 7.1 Kebutuhan Uap (Steam)... VII-1 7.2 Kebutuhan Air... VII-1 7.2.1 Screening... VII-5 7.2.2 Sedimentasi... VII-5 7.2.3 Klarifikasi... VII-5 7.2.4 Filtrasi... VII-6 7.2.5 Demineralisasi... VII-7 7.2.5.1 Penukar Kation (Cation Exchanger)... VII-7 7.2.5.2 Penukar Anion (Anion Exchanger)... VII-8 7.2.6 Deaerator... VII-10 7.3 Kebutuhan Bahan Kimia... VII-10 7.4 Kebutuhan Listrik... VII-10 7.5 Kebutuhan Bahan Bakar... VII-11 7.6 Unit Pengolahan Limbah... VII-12
vi 7.6.1 Bak Penampungan (BP)... VII-14 7.6.2 Bak Pengendapan Awal (BPA)... VII-14 7.6.3 Bak Netralisasi (BN)... VII-15 7.6.4 Unit Pengolahan Limbah dengan Sistem Activated Sludge (Lumpur Aktif)... VII-16 7.6.5 Tangki Sedimentasi (TS)... VII-19 7.7 Spesifikasi Peralatan Utilitas... VII-19 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK... VIII-1 8.1 Lokasi Pabrik... VIII-1 8.2 Tata Letak Pabrik... VIII-3 8.3 Perincian Luas Tanah... VIII-4 BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN... IX-1 9.1 Organisasi Perusahaan... IX-1 9.1.1 Bentuk Organisasi Garis... IX-2 9.1.2 Bentuk Organisasi Fungsionil... IX-2 9.1.3 Bentuk Organiasi Garis dan Staf... IX-3 9.1.4 Bentuk Organisasi Fungsionil dan Staf... IX-3 9.2 Manajemen Perusahaan... IX-3 9.3 Bentuk Hukum Badan Usaha... IX-4 9.4 Uraian Tugas, Wewenang, dan Tanggung Jawab... IX-6 9.4.1 Rapat Umum Pemegang Saham (RUPS)... IX-6 9.4.2 Dewan Komisaris... IX-6 9.4.3 Direktur... IX-6 9.4.4 Sekretaris... IX-7 9.4.5 Manager Produksi... IX-7 9.4.6 Manager Teknik... IX-7 9.4.7 Manager Umum dan Keuangan... IX-8 9.4.8 Manager Pembelian dan Pemasaran... IX-8 9.5 Sistem Kerja... IX-8 9.6 Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan... IX-10 9.7 Sistem Penggajian... IX-11 9.8 Tata Tertib... IX-13
vii 9.9 JAMSOSTEK dan Fasilitas Tenaga Kerja... IX-14 BAB X ANALISIS EKONOMI... X-1 10.1 Modal Investasi... X-1 10.1.1 Modal Investasi Tetap (MIT)... X-1 10.1.2 Modal Kerja / Working Capital (WC)... X-3 10.1.3 Biaya Tetap (Fixed Cost)... X-4 10.1.4 Biaya Variabel (Variabel Cost)... X-5 10.2 Total Penjualan... X-5 10.3 Bonus Perusahaan... X-5 10.4 Perkiraan Rugi/Laba Usaha... X-5 10.5 Analisa Aspek Ekonomi... X-6 10.5.1 Profit Margin (PM)... X-6 10.5.2 Break Even Point (BEP)... X-6 10.5.3 Return on Investment (ROI)... X-7 10.5.4 Pay Out Time (POT)... X-7 10.5.5 Return on Network (RON)... X-8 10.5.6 Internal Rate of Return (IRR)... X-8 BAB XI KESIMPULAN... XI-1 DAFTAR PUSTAKA... xiii LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA... LA-1 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI... LB-1 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN... LC-1 LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS... LD-1 LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI... LE-1
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Produsen Kimia dan Petrokimia Domestik... I-4 Gambar 2.1 Katalis Ziegler - Natta... II-22 Gambar 6.1 Instrumentasi pada Pompa... VI-4 Gambar 6.2 Instrumentasi pada Tangki Gas... VI-4 Gambar 6.3 Instrumentasi pada Tangki Cairan... VI-5 Gambar 6.4 Instrumentasi pada Reaktor... VI-5 Gambar 6.5 Instrumentasi pada Cooler... VI-6 Gambar 6.6 Instrumentasi pada Flash Drum... VI-6 Gambar 6.7 Instrumentasi pada Mixer... VI-7 Gambar 6.8 Instrumentasi pada Pelletizer... VI-7 Gambar 6.9 Instrumentasi pada Belt Conveyor... VI-7 Gambar 6.10 Instrumentasi pada Product Purge Bin (PPB)... VI-8 Gambar 8.1 Tata Letak Pabrik Pembuatan LLDPE dengan skala 1:1100... VIII-6 Gambar 8.2 Tata Letak Areal Proses pada Pabrik Pembuatan LLDPE Dengan skala 1 : 640... VIII-7 Gambar 8.2 Tata Letak Areal Utilitas pada Pabrik Pembuatan LLDPE Dengan skala 1 : 235... VIII-8 Gambar LC-1 Bagian dari fluidized bed reactor (R-201)...LC-46 Gambar LD-1 Sketsa Sebagian Bar Screen (dilihat dari atas)... LD-2 Gambar LD-2 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Cooling Tower... LD-57 Gambar LD-3 Kurva Hy terhadap 1/(Hy* Hy)... LD-58 Gambar LE-1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan Tangki Pelarutan... LE-5 viii
DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Data Statistik Produksi dan Konsumsi Petrokimia Nasional... I-2 Tabel 1.2 Data Statistik Harga PE Eropa Barat tahun 2004-2005... I-5 Tabel 1.3 Data Statistik Harga PE Asia tahun 2005... I-5 Tabel 2.1 Perbedaan Antara Mekanisme Polimerisasi Kondensasi Dengan Polimerisasi Adisi... II-5 Tabel 2.2 Contoh Polimer Alam... II-10 Tabel 2.3 Contoh Polimer Statistik... II-11 Tabel 2.4 Perbandingan Proses Pembuatan Polyethylene... II-17 Tabel 2.5 Struktur HDPE, LDPE dan LLDPE... II-19 Tabel 3.1 Neraca Massa Splitter I (S-101)...III-1 Tabel 3.2 Neraca Massa Mix Point I (S-201)...III-1 Tabel 3.3 Neraca Massa Splitter II (S-301)...III-1 Tabel 3.4 Neraca Massa Mix Point II (S-201)...III-2 Tabel 3.5 Neraca Massa Fluidized bed reactor (R-201)...III-2 Tabel 3.6 Neraca Massa Product Chamber (V-201)...III-2 Tabel 3.7 Neraca Massa Product Blow Tank (V-202)...III-3 Tabel 3.8 Neraca Massa Product Purge Bin (R-301)...III-3 Tabel 3.9 Neraca Massa Mixing Tank (M-301)...III-4 Tabel 3.10 Neraca Massa Pelletizer (PE-301)...III-4 Tabel 3.11 Neraca Massa Scrubber (V-301)...III-4 Tabel 3.12 Neraca Massa Flash Drum (V-302)...III-5 Tabel 4.1 Neraca Energi Heater (E-101)... IV-1 Tabel 4.2 Neraca Energi Cycle Gas Cooler (E-201)... IV-1 Tabel 4.3 Neraca Energi Mix Point I (S-201)... IV-1 Tabel 4.4 Neraca Energi Fluidized bed reactor (R-201)... IV-2 Tabel 4.5 Neraca Energi Cooler (E-202)... IV-2 Tabel 4.6 Neraca Energi Product Chamber (V-201)... IV-2 Tabel 4.7 Neraca Energi Product Blow Tank (V-202)... IV-2 Tabel 4.8 Neraca Energi Mix Point II (S-302)... IV-3 Tabel 4.9 Neraca Energi Product Purge Bin (R-301)... IV-3 Tabel 4.10 Neraca Energi Mixing Tank (M-301)... IV-3 ix
x Tabel 4.11 Neraca Energi Heater (E-301)... IV-3 Tabel 4.12 Neraca Energi Pelletizer (PE-301)... IV-4 Tabel 4.13 Neraca Energi Scrubber (V-301)... IV-4 Tabel 4.14 Neraca Energi Cooler (E-302)... IV-4 Tabel 4.15 Neraca Energi Flash Drum (V-302)... IV-4 Tabel 6.1 Daftar Penggunaan Instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik Pembuatan LLDPE... VI-3 Tabel 7.1 Kebutuhan Uap (Steam) Pabrik... VII-1 Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin Pabrik... VII-2 Tabel 7.3 Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan... VII-3 Tabel 7.4 Kualitas Air Sungai Teluklada, Jawa Barat... VII-4 Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah... VIII-5 Tabel 9.1 Susunan Jadwal Shift Karyawan... IX-9 Tabel 9.2. Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya... IX-10 Tabel 9.3 Perincian Gaji Karyawan... IX-11 Tabel LA-1 Data Laju Alir Alur 3-21... LA-5 Tabel LB-1 Nilai Konstanta a, b, c, d dan e untuk Perhitungan Cp Gas... LB-1 Tabel LB-2 Nilai Konstanta a, b, c, d dan e untuk Perhitungan Cp Cairan... LB-2 Tabel LB-3 Konstribusi Unsur dan Gugus untuk Estimasi Cp... LB-2 o Tabel LB-4 Konstribusi Gugus untuk Estimasi Data H f (298K )... LB-3 (Kj/mol) Tabel LB-5 Panas Reaksi Pembentukan Senyawa Lainnya... LB-4 Tabel LB-6 Data Perhitungan Panas Laten... LB-4 Tabel LB-7 Nilai Panas Laten... LB-5 Tabel LB-8 Neraca Energi pada E-202... LB-6 Tabel LB-9 Neraca Energi pada input S-201... LB-7 Tabel LB-10 Neraca Energi pada output S-201... LB-7 Tabel LB-11 Neraca Energi pada E-201... LB-8 Tabel LB-12 Neraca Energi pada input R-201... LB-9 Tabel LB-13 Neraca Energi pada output R-201... LB-9 Tabel LB-14 Neraca Energi pada input V-201...LB-11 Tabel LB-15 Neraca Energi pada output V-201...LB-11 Tabel LB-16 Neraca Energi pada input V-202...LB-12
xi Tabel LB-17 Neraca Energi pada output V-202...LB-12 Tabel LB-18 Neraca Energi pada S-302...LB-13 Tabel LB-19 Neraca Energi pada input R-301...LB-14 Tabel LB-20 Neraca Energi pada output R-301...LB-15 Tabel LB-21 Neraca Energi pada E-301...LB-15 Tabel LB-22 Neraca Energi pada S-303...LB-16 Tabel LB-23 Neraca Energi pada M-301...LB-16 Tabel LB-24 Neraca Energi pada input PE-301...LB-17 Tabel LB-25 Neraca Energi pada output PE-301...LB-17 Tabel LB-26 Neraca Energi pada input V-301...LB-18 Tabel LB-27 Neraca Energi pada output V-301...LB-19 Tabel LB-28 Neraca Energi pada output E-302...LB-20 Tabel LB-29 Neraca Energi pada V-302...LB-21 Tabel LB-30 Neraca Energi pada E-301...LB-21 Tabel LC-1 Viskositas Gas Campuran...LC-30 Tabel LC-2 Viskositas Gas Campuran Cycle Gas Cooler...LC-34 Tabel LC-3 Viskositas Product Discharge System...LC-37 Tabel LC-4 Data-data Konsentrasi Komponen yang Terdapat Dalam Reaktor...LC-39 Tabel LC-5 Data-data Titik Kritis Komponen di dalam Reaktor...LC-39 Tabel LC-6 Data-data Viskositas Komponen di dalam Reaktor...LC-40 Tabel LC-7 Data-data Difusivitas Komponen di dalam Reaktor...LC-40 Tabel LC-8 Perhitungan ρ campuran non-gas pada R-201...LC-44 Tabel LC-9 Fraksi Mol Komponen...LC-49 Tabel LC-10 Densitas Campuran...LC-57 Tabel LC-11 Viskositas Campuran...LC-58 Tabel LC-12 Densitas Campuran pada Product Chamber...LC-60 Tabel LC-13 Densitas Campuran Product Blow Tank...LC-63 Tabel LC-14 Densitas Campuran pada Product Purge Bin...LC-72 Tabel LC-15 Densitas Campuran Product Blow Tank...LC-77 Tabel LC-16 Viskositas Campuran Product Blow Tank...LC-77 Tabel LC-17 Densitas Gas Campuran Scrubber...LC-79
xii Tabel LC-18 Viskositas Gas Campuran Scrubber...LC-80 Tabel LC-19 Densitas Gas Campuran Pipa Product Purge Bin - scrubber...lc-84 Tabel LC-20 Viskositas Gas Campuran Pipa Product Purge Bin - scrubber...lc-85 Tabel LC-21 Densitas Campuran pada Tangki HCl...LC-86 Tabel LC-22 Densitas Campuran pada Tangki HCl...LC-89 Tabel LC-23 Viskositas Campuran pada Tangki HCl...LC-89 Tabel LC-24 Fraksi Mol Komponen...LC-91 Tabel LC-25 Densitas Gas Campuran Pipa Scrubber Flash Drum... LC-103 Tabel LC-26 Viskositas Gas Campuran Pipa Scrubber Flash Drum... LC-104 Tabel LC-27 Viskositas Campuran Mixer... LC-105 Tabel LC-28 Densitas Campuran Mixer... LC-106 Tabel LC-29 Densitas Campuran Mixer... LC-110 Tabel LC-30 Viskositas Campuran Mixer... LC-111 Tabel LC-31 Densitas Campuran Melt Pump... LC-112 Tabel LC-32 Viskositas Campuran Melt Pump... LC-113 Tabel LC-33 Densitas Campuran Belt Conveyor... LC-116 Tabel LD-1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara Pendingin... LD-57 Tabel LE-1 Perincian Harga Bangunan... LE-1 Tabel LE-2 Harga Indeks Marshall dan Swift... LE-3 Tabel LE-3 Estimasi Harga Peralatan Proses Impor... LE-5 Tabel LE-4 Estimasi Harga Peralatan Proses Non Impor... LE-6 Tabel LE-5 Estimasi Harga Peralatan Utilitas Impor... LE-6 Tabel LE-6 Estimasi Harga Peralatan Utilitas Non Impor... LE-7 Tabel LE-7 Biaya Sarana Transportasi... LE-10 Tabel LE-8 Perincian Gaji... LE-14 Tabel LE-9 Perincian Biaya Kas... LE-16 Tabel LE-10 Perincian Modal Kerja... LE-18 Tabel LE-11 Aturan Depresiasi Sesuai UU Republik Indonesia No. 17 Tahun 2000... LE-19 Tabel LE-12 Aturan Biaya Depresiasi Sesuai UU Republik Indonesia No. 17 Tahun 2000... LE-19