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