IKE WIDYAWATI RIYANINGRUM I0501026 Tahap penyiapan bahan baku

Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 106 Tugas Akhir Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorin Kapasitas 10.000 Tontahun oleh :

1. IKE WIDYAWATI RIYANINGRUM I0501026

2. RICKY ARYANTO WIJAYA I0501038

Dosen pembimbing Ir. Endah Retno D., M.T. NIP. 132 258 055 Dipertahankan di depan Tim Penguji : 1. Ir. Endang Mastuti 1. ...................................... NIP. 130 786 657 2. YC. Danarto, S.T., M.T. 2. ...................................... NIP. 132 282 192 Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 107 Mengetahui DAFTAR ISI Halaman Judul i Lembar Pengesahan ii Motto dan Persembahan iii Kata Pengantar vi Daftar Isi viii Daftar Tabel x Daftar Gambar xii Intisari xiii

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik 1 a.n. Dekan Fakultas Teknik Pembantu Dekan I Ir. Paryanto, M.S. NIP. 131 569 244 Ketua Jurusan Teknik Kimia Ir. Nunik Sri Wahjuni, M.Si. NIP. 131 569 187 Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 108 1.2. Penentuan Kapasitas Rancangan Pabrik 2 1.3. Penentuan Lokasi Pabrik 4 1.4. Tinjauan Pustaka 6

BAB II DESKRIPSI PROSES

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk 11 2.2. Konsep Proses 12 2.3. Diagram Alir Proses 21 2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas 24 2.4. Lay Out Pabrik dan Peralatan 28

BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES 36

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM 4.1.

Unit Pendukung Proses 67 4.2. Laboratorium 79

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN

5.1. Bentuk Perusahaan 82 5.2. Struktur Organisasi 83 5.3. Tugas dan Wewenang 85 5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan 91 5.5. Status Karyawan dan Sistem Upah 93 Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 109 5.6. Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji 94 5.7. Kesejahteraan Karyawan 97

BAB VI ANALISA EKONOMI

6.1. Penaksiran Harga Peralatan 104

6.2. Penentuan

Total Capital Investment TCI 106 6.3. Biaya Produksi Total 108 6.4. Keuntungan profit 110 6.5. Analisa kelayakan 110 Daftar Pustaka xiv Lampiran DAFTAR TABEL Tabel 1.1. Data Impor Allyl Chloride 2 Tabel 2.1 Harga ΔG o f masing-masing komponen 17 Tabel 2.2 Neraca Massa Total 24 Tabel 2.3 Neraca Massa Reaktor 24 Tabel 2.4 Neraca Massa MD-01 25 Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 110 Tabel 2.5 Neraca Massa MD-02 25 Tabel 2.6 Neraca Massa MD-03 26 Tabel 2.7 Neraca Massa A-01 26 Tabel 2.8 Neraca Panas Reaktor 27 Tabel 2.9 Neraca Panas MD-01 27 Tabel 2.10 Neraca Panas MD-02 27 Tabel 2.11 Neraca Panas MD-03 28 Tabel 2.12 Neraca Panas A-01 28 Tabel 5.1. Jadwal Pembagian Kelompok Shift 93 Tabel 5.2. Penggolongan Jabatan Dalam Suatu Perusahaan 94 Tabel 5.3. Jumlah Karyawan Sesuai Dengan Jabatannya 95 Tabel 5.4. Perincian Golongan dan Gaji Pegawai 97 Tabel 6.1. Indeks Harga Alat 105 Tabel 6.2. Fixed Capital Investment 106 Tabel 6.3. Modal Kerja 107 Tabel 6.4. Direct Manufacturing Cost 108 Tabel 6.5. Indirect Manufacturing Cost 108 Tabel 6.6. Fixed Manufacturing Cost 109 Tabel 6.7 General Expense 109 Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 111 Tabel 6.8 Analisa Kelayakan Ekonomi 111 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1. Grafik Impor Allyl Chloride Indonesia 3 Gambar 2.1. Diagram Alir Kualitatif 31 Gambar 2.2. Diagram Alir Kuantitatif 32 Gambar 2.3. Diagram Alir Proses 33 Gambar 2.4. Lay Out pabrik 34 Gambar 2.5. Lay Out peralatan Proses 35 Gambar 4.1. Skema Pengolahan Air 75 Gambar 5.1. Struktur Organisasi Pabrik Allyl Chloride 99 Gambar 6.1. Grafik Analisa Kelayakan 112 INTISARI Ricky Aryanto Ike Widyawati, 2007, Prarancangan Pabrik Allyl Chloride Dari Propylene dan Chlorine Kapasitas 10.000 tontahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Prarancangan pabrik allyl chloride ini dimaksudkan untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri yang semakin bertambah. Allyl chloride banyak digunakan pada industri pembuatan epichlorohydrin yang digunakan Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 112 sebagai dasar epoxy resins . Selain itu allyl chloride juga berperan dalam pembuatan gliserol sintetis. Bahan baku yang digunakan adalah propylene dan chlorine . Allyl chloride dibuat dengan proses klorinasi propylene dengan bantuan katalis FeCl 3 pada suhu 500 o C dan tekanan 10 atm di dalam suatu reaktor fixed bed multitube dengan kondisi isotermal non adiabatik. Reaksi yang terjadi bersifat eksotermis, sehingga untuk mempertahankan suhu ditambahkan pendingin jenis Dowtherm A TM . Pabrik allyl chloride ini dirancang dengan kapasitas 10.000 tontahun. Bahan baku yang dibutuhkan adalah propylene dengan kemurnian 99,5 berat sebanyak 6.824,9982 tontahun dengan impuritas propane , dan chlorine dengan kemurnian 99,7 berat sebanyak 11.755,8548 tontahun dengan impuritas asam klorida. Produk yang dihasilkan memiliki kemurnian 99 berat dengan pengotor adalah hasil reaksi samping, yaitu 2-chloropropene dan dichloropropene . Selain itu dihasilkan pula hasil samping berupa HCl yang dijual sebagai produk samping. Kebutuhan utilitas meliputi air sebanyak 3.756,0547 m 3 jam, steam sebanyak 130.042,0319 kgjam, bahan bakar solar sebanyak 7.280,4663 Ljam dan kebutuhan listrik sebesar 278,0423 kW. Lokasi pabrik direncanakan di Cilegon, Banten, dan dibangun di atas tanah dengan luas 25.000 m 2 . Pabrik beroperasi selama 24 jam per hari dan 330 hari per tahun. Jumlah kebutuhan tenaga kerja sebanyak 257 orang. Pabrik direncanakan mulai beroperasi pada tahun 2010. Modal tetap pabrik sebesar Rp 68.224.192.666, sedangkan modal kerjanya sebesar Rp 37.907.597.863. Biaya produksi total per tahun adalah sebesar Rp. 77.260.323.340. Evaluasi ekonomi menunjukkan bahwa Percent Return On Investment ROI sebelum pajak 43,08 , sesudah pajak 34,46 , Pay Out Time POT sebelum pajak 1,88 tahun, sesudah pajak 2,25 tahun, Break Event Point BEP 44,72 , Shut Down Point SDP 27,07 dan Discounted Cash Flow DCF 26,82 . Dari hasil evaluasi ekonomi tersebut, pabrik allyl chloride dari propylene dan chlorine dengan kapasitas 10.000 ton tahun cukup menarik untuk dipertimbangkan pendiriannya di Indonesia. KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan yang Maha Kuasa, hanya karena rahmat dan penyertaan-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine dengan 10.000 tontahun”. Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena itu sudah sepantasnya penulis mengucapkan terima kasih kepada : Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 113 1. Ibu Ir. Nunik Sri Wahjuni, M.Si., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Ibu Ir. Endah Retno D, M.T., selaku Dosen Pembimbing atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir. 3. Bp. Bregas Siswahjono TS, S.T, M.T selaku Pembimbing Akademik, atas bimbingan dan arahannya. 4. Seluruh staf dosen Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret atas bimbingan dan bantuannya selama penulis menempuh pendidikan. 5. Bapak, Ibu dan seluruh keluarga untuk doa, dorongan material dan non material kepada penulis. 6. Teman-teman mahasiswa dan seluruh civitas akademika Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret yang telah memberikan banyak bantuan selama penyusunan tugas akhir ini. 7. Seluruh Staf Administrasi Jurusan Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta terima kasih untuk kemudahan birokrasinya. 8. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian. Surakarta, Januari 2007 Penulis BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik

Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 114 Perkembangan industri di Indonesia, khususnya industri kimia mengalami perkembangan yang cukup pesat. Perkembangan yang cukup pesat ini dapat dilihat dari meningkatnya jenis bahan kimia yang diproduksi dan kuantitasnya. Dengan peningkatan ini, berarti meningkat pula kebutuhan bahan baku dan bahan penunjang produksinya. Allyl chloride atau 3-chloropropene , dengan rumus molekul C3H5Cl merupakan senyawa chlorohidrocarbon yang berupa cairan tak berwarna, berbau tajam dan menyengat, larut dalam alkohol, chloroform , ether , aseton , benzene , carbon tetrachloride , heptane , serta toluene . Dalam industri kimia, allyl chloride merupakan bahan intermediate . Allyl chloride sangat penting dalam pembuatan epichlorohydrin , dan glycerin . Allyl chloride merupakan produk yang dihasilkan dari proses chlorination propylene pada suhu tinggi, cukup potensial untuk dikembangkan di Indonesia mengingat semakin banyak industri yang menggunakannya. Hingga saat ini di Indonesia belum didirikan pabrik yang memproduksi allyl chloride , kebutuhan di Indonesia masih dipenuhi dari import. Dengan semakin meningkatnya perkembangan industri kimia di Indonesia maka permintaan akan allyl chloride pada tahun-tahun mendatang diperkirakan juga akan mengalami peningkatan. Oleh karena itu pabrik allyl chloride perlu didirikan di Indonesia dengan pertimbangan sebagai berikut : · Dapat menghemat devisa negara, dengan adanya pabrik allyl chloride di dalam negeri maka impor dapat dikurangi dan jika berlebih bisa untuk ekspor. · Proses alih teknologi, dengan adanya industri dengan teknologi tinggi diharapkan tenaga kerja Indonesia dapat meningkatkan pengetahuan, kemampuan dan ketrampilannya sehingga dapat mengurangi ketergantungan kepada tenaga kerja asing. · Membuka lapangan kerja kepada penduduk di sekitar wilayah industri yang akan didirikan.

1.2 Penentuan Kapasitas Perancangan Pabrik

Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 115 Permintaan allyl chloride di Indonesia dalam empat tahun terakhir relatif tidak konstan tergantung kebutuhan pabrik di Indonesia. Kebutuhan tersebut dapat dilihat dalam tabel di bawah ini : Tabel 1.1 Impor Allyl chloride Tahun ton tahun 1997 1998 1999 2000 1.665,956 2.094,257 4.633,791 5.044,071 Sumber. BPS 2000 Dari tabel di atas diperoleh persamaan garis lurus antara data tahun sebagai sumbu x dan data impor sebagai sumbu y yaitu : y = 633,6938x – 1.2631E-06 Grafik Import Allyl Chloride Indonesia y = 553,6938x - 1,1034E+06 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Tahun K ap as it as to n Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 116 Gambar 1.1. Grafik Impor Allyl chloride Indonesia Kapasitas pabrik yang akan didirikan harus berada di atas kapasitas atau sama dengan kebutuhan impor maksimum. Berdasarkan hasil regresi di atas pada tahun 2010 perkiraan kebutuhan allyl chloride di Indonesia mencapai 9.526,9965 tontahun. Pabrik allyl chloride yang sudah berproduksi salah satunya adalah Beaumont Texas dengan kapasitas produksi 10.000 tontahun. Oleh karena itu berdasarkan data di atas maka ditentukan kapasitas pabrik allyl chloride yang akan didirikan adalah 10.000 tontahun.

1.3 Penentuan Lokasi Pabrik

Lokasi pabrik dapat mempengaruhi kedudukan pabrik dalam persaingan maupun penentuan kelangsungan produksinya. Pemilihan lokasi pabrik yang tepat, ekonomis dan menguntungkan dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu : 1. Faktor primer - letak pabrik terhadap pasar - letak pabrik terhadap bahan baku - transportasi - tersedianya tenaga kerja - tersedianya sumber air dan tenaga 2. Faktor sekunder - harga tanah dan gedung - kemungkinan perluasan pabrik - tersedianya air yang cukup Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 117 - peraturan daerah setempat - keadaan masyarakat setempat - iklim - keadaan tanah Dengan pertimbangan-pertimbangan hal tersebut di atas maka lokasi pabrik direncanakan didirikan di daerah Cilegon, Provinsi Banten. Alasan pemilihan lokasi tersebut antara lain : 1. Ketersediaan bahan baku Bahan baku propylene didapat dari PT. Chandra Asri Petrochemical Centre , Cilegon. Sedangkan bahan baku chlorine didapat dari PT. Assahimas Subentra Chemical, Cilegon. 2. Daerah pemasaran Cilegon merupakan kawasan industri, sebagai bahan intermediate banyak dibutuhkan pada kawasan industri. 3. Kebutuhan air dapat terpenuhi Kebutuhan air dipenuhi oleh industri penyedia air PT. Krakatau Tirta Indonesia, yang terletak dekat dengan lokasi pabrik. 4. Sumber tenaga Kebutuhan listrik didapatkan dari PLN unit PLTU Suralaya dan generator sebagai cadangan apabila listrik dari PLN mengalami gangguan. 5. Kebijaksanaan pemerintah Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 118 Pajak, karakter tanah, pengolahan limbah, perlindungan terhadap banjir dan pengadaan energi telah diperhitungkan dan tersedia. Investasi akan mendapat dukungan dari pemerintah daerah, karena otonomi daerah dan Banten sebagai provinsi baru. 6. Keadaan lingkungan masyarakat Masyarakat sudah terbiasa dengan lingkungan industri sehingga dapat beradaptasi.

1.4. Tinjauan pustaka

1.4.1. Macam-macam proses

Ada 3 proses dalam pembuatan allyl chloride , yaitu : 1. Chlorinasi propylene pada suhu tinggi. Cara ini merupakan cara yang sering digunakan pada pembuatan allyl chloride secara komersial. Reaksi yang terjadi adalah substitusi Cl dengan atom H pada propylene . Reaksi utama C3H6 + Cl2 C3H5Cl + HCl allyl chloride Reaksi samping C3H6 + Cl2 C3H5Cl + HCl 2- chloropropene C3H6 + 2 Cl2 C3H5Cl2 + 2 HCl dichloropropene Proses ini terjadi pada reaktor fixed bed pada suhu 440-520 ˚C tekanan 1000-1400 kPa. www.che.cemr.wvu.edu 2. Thermal dehidrochlorination Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 119 Cara ini dilakukan dengan cara klorinasi 1,2- dichloropropane pada suhu 500-600 o C. Hasil samping yang terjadi antara lain 1- chloropropene dan 2- chloropropene . Dari proses ini diperoleh selektivitas allyl chloride yang rendah yaitu 50-60. Kirk Othmer, hal 59 3. Oxychlorinasi Yang dimaksud dengan oxychlorinasi yaitu pembuatan allyl chloride dengan cara mereaksikan propylene dengan HCl dan O2. Kirk Othmer, hal 59 Pada perancangan ini dipilih proses pertama yaitu chlorinasi propylene pada suhu tinggi. Hal ini disebabkan karena selektivitas yang diperoleh tinggi, proses lebih sederhana, serta sudah banyak berdiri industri komersial allyl chloride dengan cara ini di luar negeri.

1.4.2. Kegunaan produk

Dalam industri kimia, allyl chloride merupakan bahan intermediate . Allyl chloride sangat penting dalam pembuatan epichlorohydryn , yang digunakan sebagai dasar pembuatan epoxy resins , dan juga berperan dalam pembuatan glycerol sintetis. Selain itu allyl chloride juga berperan sebagai starting material untuk allyl ether dari phenol , bisphenol A, dan novolak phenolic resins . Allyl chloride juga digunakan dalam pembuatan sodium allyl sulfonat , poly - allyl chloride , serta katalis Ziegler. Kirik Othmer, hal 67

1.4.3. Sifat-sifat fisik dan kimia bahan baku dan produk

a. Bahan baku

1. Propylene Sifat fisik propylene : Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 120 § bentuk 25 o C, 1 atm : gas § rumus molekul : C3H6 § berat molekul grgrmol : 42,081 § titik didih, K : 225,43 § temperatur kritis, K : 364,76 § tekanan kritis, bar : 46,13 § densitas 25 ˚C, grml : 0,5043 § impuritas : C3H8 propana 2. Chlorine § bentuk 25 o C, 1 atm : gas § rumus molekul : Cl2 § berat molekul grgrmol : 70,905 § titik didih, K : 239,12 § temperatur kritis, K : 417,15 § tekanan kritis, bar : 47,1 § densitas 25 ˚C, grml : 1,3976 § impuritas : HCl asam klorida

b. Bahan pembantu

1. Ferri chloride sebagai katalis : § bentuk : pellet § bulk density, kgl : 2,0 § ukuran , diameter, mm : 3,0 § umur teknis : 3 – 5 tahun Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 121

c. Produk

1. Allyl Chloride Sifat fisik allyl chloride : § bentuk 25 o C, 1 atm : cair § rumus molekul : C3H5Cl § berat molekul grgrmol : 76,525 § titik didih, K : 318,11 § temperatur kritis, K : 514,15 § tekanan kritis, bar : 47,1 § densitas 25 ˚C, grml : 0,9308 2. Asam klorida Sifat fisik asam klorida : § bentuk 25 o C, 1 atm : gas § rumus molekul : HCl § berat molekul grgrmol : 36,461 § titik didih, K : 188,15 § temperatur kritis, K : 324,65 § tekanan kritis, atm : 83,09 § densitas 25 ˚C, grml : 0,7961 1.4.4. Tinjauan proses secara umum Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 122 Allyl chloride dihasilkan dari proses chlorinasi propylene dengan bantuan katalis ferri chloride . Reaksi ini mempunyai konversi 100 terhadap gas chlorine sebagai reaktan pembatas, dengan propylene berlebih 100. Pada reaksi ini juga terbentuk 2- chloropropene dan dichloropropene . Selekivitas reaksi terbentuknya allyl chloride , 2- chloropropene , dan dichloropropene terhadap chlorine adalah 79,23, 2,34, dan 18,43. Reaksi pembentukan allyl chloride berlangsung dalam fase gas. Reaksi bersifat eksotermis sehingga memerlukan tambahan pendingin dan beroperasi pada kondisi non adiabatis isothermal . Reaktor yang digunakan adalah reaktor fixed bed multitube . Produk yang dihasilkan terdiri dari allyl chloride dan hasil samping asam klorida. Reaksi berlangsung pada tekanan 10 atm dan suhu 500 ˚C. Pada suhu tersebut tidak terjadi reaksi pembentukan karbon yang tidak diinginkan dan katalis aktif secara baik. www.che.cemr.wvu.edu BAB II DESKRIPSI PROSES

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk

2.1.1. Spesifikasi bahan baku

1. Propylene - Rumus Molekul : C3H6 - Berat Molekul : 42,081 - Wujud : gas - Titik Didih °K : 225,43 - Kemurnian : 99,5 wt - Impuritas : 0,5 C3H8 Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 123 2. Chlorine - Rumus Molekul : Cl2 - Berat Molekul : 70,905 - Wujud : gas - Titik Didih °K : 239,12 - Kemurnian : 99,7 wt - Impuritas : 0,3 HCl

2.1.2. Spesifikasi produk

1. Allyl chloride - Rumus Molekul : C3H5Cl - Berat Molekul : 76,525 - Wujud : gas - Titik Didih °K : 318,11 - Kemurnian : 99 wt - Impuritas : 0,3 wt C3H5Cl 0,7 wt C3H4Cl2 2. Asam klorida - Rumus Molekul : HCl - Berat Molekul : 36,461 Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 124 - Wujud : gas - Titik Didih °K : 188,15 - Kemurnian : 31,5 wt dalam air

2.2. Konsep Proses

2.2.1. Dasar reaksi

Proses pembuatan allyl chloride dengan menggunakan katalis ferri chloride pada fase gas, berlangsung di dalam reaktor fixed bed multitube pada kondisi suhu 500°C tekanan 10 atm. www.che.cemr.wvu.edu Pembentukan allyl chloride mengikuti reaksi elementer yang irreversible dan eksotermis dan memberikan hasil samping asam klorida. Selain itu juga terjadi reaksi samping membentuk 2- chloropropene dan dichloropropene . Selektivitas reaksi pembentukan allyl chloride , 2- chloropropene , dan dichloropropene berturut-turut adalah 79,23, 2,34, dan 18,43. Reaksi utama : C3H6 + Cl2 C3H5Cl + HCl propylene chorine allyl chloride asam klorida Reaksi samping : C3H6 + Cl2 C3H5Cl + HCl propylene chlorine 2-chloropropene asam klorida C3H6 + 2 Cl2 C3H4Cl2 + 2 HCl propylene chlorine dichloropropene asam klorida www.che.cemr.wvu.edu

2.2.2. Mekanisme Reaksi

Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 125 Reaksi klorinasi propylene dengan katalis FeCl3 merupakan reaksi heterogen dalam fase gas pereaktan dan fase padat katalis. Reaksi yang terjadi pada permukaan katalis adalah sebagai berikut : · Adsorpsi Mekanisme adsorpsi propylene dan chlorine A + s As B + s Bs Adsorpsi pereaktan pada permukaan katalis dipergunakan oleh difusivitas pereaktan dari bulk ke permukaan katalis. Koefisien perpindahan massa sebanding dengan tekanan total reaktor dan berbanding terbalik dengan suhu. · Aktivasi Reaktan yang telah teradsorbsi akan bersifat aktif di permukaan katalis karena melibatkan gaya tarik yang lebih tinggi dari adsorbsi. As As Bs Bs Reaktan yang telah teradsorpsi di permukaan katalis akan bersifat aktif sehingga digunakan suhu tinggi dalam aktivasi ini, karena dapat memperbanyak tumbukan antara molekul gas yang telah teradsorpsi dan energi yang dimiliki menjadi lebih besar. · Reaksi Permukaan Reaktan-reaktan yang telah teraktivasi akan bereaksi membentuk produk di permukaan aktif katalis. As + Bs Cs + Ds Persamaan kecepatan reaksi permukaan : rB = k CAS.CBS – CCS.CDSKs Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 126 Kecepatan reaksi permukaan ditentukan oleh suhu reaksi sesuai dengan hukum Archenius. Kenaikan suhu yang tinggi akan mengakibatkan tumbukan semakin besar sehingga kecepatan reaksi permukaan akan bertambah besar, di mana reaksi akan bergeser ke arah produk dan akan memperbesar produk. · Deaktivasi Mekanisme deaktivasi adalah : Cs Cs Ds Ds Produk yang telah dihasilkan dari permukaan katalis akan menurunkan energi aktivasi dan melepas situs aktifnya dari katalis. Kecepatan deaktivasi sama seperti dengan aktivasi tetapi melibatkan produk yang teradsorpsi pada permukaan katalis. Agar produk dapat terlepas dari situs aktifnya maka langkah ini diperlukan suhu tinggi. Selain itu suhu tinggi juga diperlukan untuk mempercepat deaktivasi produk di permukaan katalis. · Desorpsi Hasil reaksi yang telah terdeaktivasi kemudian terlepas dari permukaan katalis menuju bulk katalis. Cs C + s Ds D + s Proses desorpsi juga dipengaruhi oleh difusivitas gas zat hasil reaksi dari permukaan katalis ke bulk gas. Difusivitas zat hasil reaksi ditentukan oleh koefisien perpindahan massa seperti pada proses adsorpsi. Reaksi akan dipengaruhi oleh reaksi permukaan. Karena itu reaksi dilakukan pada tekanan tinggi untuk memperbesar konstanta kecepatan reaksi permukaan. Suhu reaksi harus berada pada daerah suhu aktivasi katalis.

2.2.3. Tinjauan Kinetika

Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 127 Ditinjau dari segi kinetika, reaksi klorinasi propylene akan bertambah cepat dengan naiknya temperatur. Berdasarkan persamaan Arhenius : k = A . e –ERT dimana : k = konstanta kecepatan reaksi A = faktor frekuensi tumbukan E = energi aktivasi R = konstanta gas 1,987 kalmol K T = temperatur operasi K Harga konstanta kecepatan reaksi kimia diperoleh dari www.che.cemr.wvu.edu adalah sebagai berikut : Reaksi utama : C3H6 + Cl2 C3H5Cl + HCl 1 propylene chorine allyl chloride asam klorida Reaksi samping : C3H6 + Cl2 C3H5Cl + HCl 2 propylene chlorine 2-chloropropene asam klorida C3H6 + 2 Cl2 C3H4Cl2 + 2 HCl 3 propylene chlorine dichloropropene asam klorida Konstanta kecepatan reaksi : k1= 0,322exp-63.200R.T kmolkg cat s kPa 2 k2= 1,83x10 -5 exp-16.000R.T kmolkg cat s kPa 2 k3= 1,27x10 -3 exp-72.100R.T kmolkg cat s kPa 3 k1 k2 k3 Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 128 www.che.cemr.wvu.edu

2.2.4 Tinjauan Termodinamika

Reaksi utama : C3H6 + Cl2 C3H5Cl + HCl 1 propylene chorine allyl chloride asam klorida Reaksi samping : C3H6 + Cl2 C3H5Cl + HCl 2 propylene chlorine 2-chloropropene asam klorida C3H6 + 2 Cl2 C3H4Cl2 + 2 HCl 3 propylene chlorine dichloropropene asam klorida Melalui tinjauan termodinamika dapat diketahui apakah reaksi dapat berlangsung atau tidak. Reaksi dapat berlangsung jika ΔG o f ≤ 0. Harga ΔG o f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat pada tabel 2.1 di bawah ini. Tabel 2.1. Harga ΔG o f masing-masing komponen Komponen Harga ΔG o f kJkmol Propylene 62,5019 Chlorine Allyl chloride 43,6307 2-Chloropropene 24,5472 Dichloropropene 1,2785 HCl -95,3 Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 129 Yaws, 1999 ΔG o f = ΔG o fproduk – ΔG o freaktan

A. Pada reaksi 1

ΔG o f = ΔG o f allyl chloride + ΔG o f HCl– ΔG o f chlorine + ΔG o f propylene = 43,6307+-95,3 – 0+62,5019 = -114,1712 kJmol Ln Ko ú û ù ê ë é - = RT f ΔG o ú û ù ê ë é = K 298,15 x K . kJkmol 8,314 kJkmol 2 , 114171 = 46,0587 Ko = 1,007.10 20 kJkmol Ko K ln úû ù êë é - - = To 1 T 1 R ΔH o Smith VanNess, 1987 Dengan K = konsanta kesetimbangan pada suhu tertentu T = suhu tertentu ΔHf = panas reaksi standar pada 298,15 K Sedangkan harga ΔH o f untuk reaksi 1 pada suhu 298,15 K adalah -112 kJmol propylene Pada suhu 500 o C 773,15 K besarnya konstanta kesetimbangan dapat dihitung sebagai berikut : Ko K ln úû ù êë é - - = To 1 T 1 R ΔH o 20 1,007.10 K ln ú û ù ê ë é - = K 298,15 1 K 15 , 773 1 K . kJkmol 8,314 kJkmol 112000 K = 9,6731.10 7 kJkmol Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 130 Karena harga K= k1k2 besar, berarti harga k2 jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan harga k1, sehingga k2 diabaikan terhadap k1 dan reaksi dianggap berjalan satu arah irreversible.

B. Pada reaksi 2

ΔG o f = ΔG o f 2- chloropropene + ΔG o f HCl– ΔG o f chlorine + ΔG o f propylene = 24,5472+-95,3 – 0+62,5019 = -133,2547 kJmol Ln Ko ú û ù ê ë é - = RT f ΔG o ú û ù ê ë é = K 298,15 x K . kJkmol 8,314 kJkmol 7 , 133254 = 53,7573 Ko = 2,2208.10 23 kJkmol Ko K ln úû ù êë é - - = To 1 T 1 R ΔH o Smith VanNess, 1987 Dengan K = konsanta kesetimbangan pada suhu tertentu T = suhu tertentu ΔHf = panas reaksi standar pada 298,15 K Sedangkan harga ΔH o f untuk reaksi 1 pada suhu 298,15 K adalah -121 kJmol propylene. Pada suhu 500 o C 773,15 K besarnya konstanta kesetimbangan dapat dihitung sebagai berikut : Ko K ln úû ù êë é - - = To 1 T 1 R ΔH o 23 2,2208.10 K ln ú û ù ê ë é - = K 298,15 1 K 15 , 773 1 K . kJkmol 8,314 kJkmol 121000 K = 2,0999.10 10 kJkmol Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 131 Karena harga K= k1k2 besar, berarti harga k2 jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan harga k1 sehingga k2 diabaikan terhadap k1 dan reaksi dianggap berjalan satu arah irreversible.

C. Pada reaksi 3

ΔG o f = ΔG o f dichloropropene + ΔG o f HCl– ΔG o f chlorine + ΔG o f propylene = 1,2785+-95,3 – 0+62,5019 = -156,5234 kJmol Ln Ko ú û ù ê ë é - = RT f ΔG o ú û ù ê ë é = K 298,15 x K . kJkmol 8,314 kJkmol 4 , 156523 = 63,1443 Ko = 2,6499.10 27 kJkmol Ko K ln úû ù êë é - - = To 1 T 1 R ΔH o Smith VanNess, 1987 Dengan K = konsanta kesetimbangan pada suhu tertentu T = suhu tertentu ΔHf = panas reaksi standar pada 298,15 K Sedangkan harga ΔH o f untuk reaksi 1 pada suhu 298,15 K adalah -222 kJmol propylene Pada suhu 500 o C 773,15 K besarnya konstanta kesetimbangan dapat dihitung sebagai berikut : Ko K ln úû ù êë é - - = To 1 T 1 R ΔH o 27 2,6499.10 K ln ú û ù ê ë é - = K 298,15 1 K 15 , 773 1 K . kJkmol 8,314 kJkmol 222000 K = 3368,1351 kJkmol Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 132 Karena harga K= k1k2 besar, berarti harga k2 jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan harga k1 sehingga k2 diabaikan terhadap k1 dan reaksi dianggap berjalan satu arah irreversible.

2.3. Diagram Alir Proses

2.3.1 Diagram alir proses

Diagram alir proses dapat dilihat pada gambar 2.3

2.3.2 Langkah Proses

Proses pembuatan allyl chloride dengan menggunakan bahan baku propylene secara garis besar dibagi menjadi 3 tahap, yaitu :

1. Tahap penyiapan bahan baku

Bahan baku dalam pembuatan allyl chloride ini terdiri dari propylene dan chlorine . Propylene disimpan dalam bentuk cair pada temperatur 30 o C dan tekanan 13 atm dalam tangki silinder horizontal dengan elliptical head T-01, komposisi propylene adalah 99,5 wt dengan impuritas propana 0,5 wt. Sedangkan chlorine disimpan dalam bentuk cair pada temperatur 30 o C dan tekanan 10 atm dalam tangki silinder horizontal dengan eliptical head T-02, komposisi chlorine 99,7 wt dengan impuritas asam klorida 0,3 wt. Cairan propylene dipompa dari tangki T-01 dengan pompa P-01 masuk ke dalam vaporizer V-01 untuk diuapkan dalam kondisi 13 atm dan suhu 303,2242 K, sehingga didapatkan uap jenuh propylene pada suhu 303,5207 K. Sebagai media pemanas digunakan steam . Kemudian uap jenuh propylene tersebut diturunkan tekanannya oleh expander E-01 hingga 10 atm dan suhu 293,7183 K dan dicampur dengan recycle pada mixer tee M-01. Cairan chlorine dipompa dari tangki T-02 dengan pompa P-02 masuk ke dalam vaporizer V-02 untuk diuapkan dalam kondisi 10 atm dan suhu 304,0854 K, sehingga didapatkan uap jenuh chlorine pada suhu 307,0213 K. Sebagai media pemanas digunakan steam . Kemudian uap jenuh chlorine dicampur dengan hasil mixer tee M-03 pada mixer tee M-04. Hasil campuran mixer tee M-04 dengan tekanan 10 atm dan suhu 306,267 K dipanaskan Prarancangan Pabrik Allyl Chloride dari Propylene dan Chlorine Kapasitas produksi 10.000 ton tahun BAB VI Analisa Ekonomi 133 dengan penukar panas HE-01 hingga suhu 616,6175 K dan dilanjutkan dengan HE-02 hingga suhu 773,15 K pada tekanan tetap, 10 atm. 2. Tahap pembentukan allyl chloride Bahan baku propylene dan chlorine yang telah dipanaskan kemudian diumpankan ke dalam reaktor R-01 yang berisi katalis padat ferri chloride FeCl 3 . Di dalam reaktor terjadi proses klorinasi propylene menjadi allyl chloride , 2- chloropropene , dichloropropene , dan asam klorida. Reaktor yang digunakan adalah reaktor jenis Fixed Bed multi tube dengan kondisi isotermal non adiabatik. Reaksi yang berlangsung bersifat eksotermis sehingga diperlukan pendingin. Panas yang dihasilkan selama reaksi diserap oleh media pendingin Dowtherm A ™ . Reaktor dioperasikan pada suhu 500 ˚C dengan tekanan 10 atm Hasil reaksi keluar reaktor pada suhu 773,15 K masuk ekspander E-02 untuk menurunkan tekanan dari 10 atm menjadi 8 atm. Campuran keluar E-02 dengan suhu 757,2332 K dan tekanan 8 atm masuk ke dalam waste heat boiler WHB-01 untuk menurunkan suhu dan menghasilkan steam .

3. Tahap pemurnian