PRARANCANGAN PABRIK ASAM BENZOAT DENGAN PROSES OKSIDASI TOLUENA Prarancangan Pabrik Asam Benzoat Dengan Proses Oksidasi Toluena Dan Katalis Kobalt Asetat Kapasitas 45.000 Ton/Tahun.
PRARANCANGAN PABRIK ASAM BENZOAT
DENGAN PROSES OKSIDASI TOLUENA
DAN KATALIS KOBALT ASETAT
KAPASITAS 45.000 TON/TAHUN
Oleh:
Dyah Sulistyani Safitri
D 500 120 055
Dosen Pembimbing:
Ir. Herry Purnama, M.T., Ph.D.
Ir. H. Haryanto AR, M.S.
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2017
i
ii
iii
INTISARI
Prarancangan pabrik asam benzoat dengan proses oksidasi toluena dengan
kapasitas 45.000 ton/tahun ini dilakukan untuk memenuhi kebutuhan asam
benzoat di dalam negeri. Reaksi pembentukan asam benzoat dari toluena melalui
proses oksidasi dengan oksigen yang berasal dari udara bebas dan menghasilkan
asam benzoat, oksigen sisa, nitrogen, air dan benzaldehida. Pada proses ini
digunakan katalis cobalt acetate. Reaksi ini berlangsung pada fase cair-gas di
dalam reaktor gelembung (bubble column reactor) yang bekerja secara kontinyu
pada kondisi operasi suhu 150⁰C, tekanan 3 atm, konversi reaksi 50%, yield 90%,
eksotermis, irreversible, isothermal dan non adiabatic.
Pabrik asam benzoat direncanakan didirikan di Tuban, Jawa Timur. Bahan
baku toluena yang dibutuhkan sebanyak 8.573,88 kg/jam dengan udara sebesar
19.488,29 kg/jam dan katalis cobalt acetate sebanyak 10,83 kg/jam akan
menghasilkan produk asam benzoat sebanyak 5.681,82 kg/jam. Alat-alat utama
yang digunakan dalam proses pembentukan asam benzoat adalah reaktor
gelembung, centrifugal decanter, menara distilasi, kristalizer, filter, evaporator,
rotary dryer dan heat exchanger. Sedangkan unit pendukung proses antara lain
unit penyediaan steam, pengadaan dan pengolahan air, pembangkit tenaga listrik,
pengadaan bahan bakar, penyedia udara tekan dan pengolahan limbah. Unit
penyediaan air diperoleh dari air sungai Bengawan Solo dan unit pembangkit
tenaga listrik diperoleh dari PLN dan generator set.
Perusahaan ini berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dengan sistem kerja
karyawan berdasarkan pembagian kerja yang terdiri dari karyawan shift dan nonshift. Modal tetap atau fixed capital investment (FCI) yang digunakan untuk
mendirikan pabrik adalah Rp 247.259.937.057 dengan modal kerja atau working
capital (WC) sebesar Rp 22.617.794.048. Analisa ekonomi memperlihatkan
bahwa keuntungan sesudah pajak Rp 72.887.402.310 per tahun setelah dipotong
pajak 25% keuntungan mencapai Rp 54.665.551.733 per tahun. return on
investment (ROI) sebelum pajak 29,48% dan setelah pajak 22,11%. Pay out time
(POT) sebelum pajak 2,53 tahun dan setelah pajak 3,11 tahun. Kondisi break
event point (BEP) pada nilai 49,9% kapasitas produksi, sedangkan shut down
point (SDP) sebesar 24,5%. Discounted cash flow (DCF) dalam perancangan
sebesar 32,73%. Dari data analisis kelayakan di atas disimpulkan bahwa pabrik ini
menguntungkan dan layak untuk didirikan.
iv
ABSTRACT
Pre-design factory of benzoic acid by the process of oxidation of toluene
with a capacity of 45,000 tons / year is done to meet the needs of benzoic acid in
the country. Reaction formation of benzoic acid from toluene by oxidation with
oxygen from the air and produces benzoic acid, residual oxygen, nitrogen, water
and benzaldehyde. This process uses a cobalt acetate catalyst. This reaction takes
place in the liquid-gas phase in the reactor bubbles (bubble column reactor) which
works continuously on the operating conditions 150⁰C temperature, pressure 3
atm, the reaction conversion of 50%, yield 90%, exothermic, irreversible,
isothermal and non-adiabatic.
Benzoic acid plant planned founded in Tuban, East Java. The raw
material toluene is needed as much as 8573.88 kg / h with an air of 19488.29 kg /
h and a cobalt acetate catalyst as much as 10.83 kg / hour of benzoic acid would
produce as much as 5681.82 kg / hour. The main tools used in the process of
formation of benzoic acid is a bubble reactor, centrifugal decanter, distillation
towers, kristalizer, filters, evaporator, rotary dryers and heat exchangers. While
the process support unit including a steam supply unit, supply and water
treatment, power generation, fuel procurement, providers of compressed air and
waste treatment. Unit water supply is obtained from Bengawan Solo river water
and power generation units derived from PLN and generator sets.
The Limited Liability Company (PT) with a system for employees based
on the division of labor that consists of employee shift and non-shift. Fixed capital
or fixed capital investment (FCI) which is used to establish a factory is Rp 247
259 937 057 with working capital, or working capital (WC) amounting to Rp
22,617,794,048. Economic analysis shows that profit after tax of Rp
72,887,402,310 per year after taxes 25% profit reached Rp 54,665,551,733 per
year. return on investment (ROI) before tax after tax 29.48% and 22.11%. Pay out
time (POT) before tax and after tax of 2.53 years 3.11 years. Condition break
event point (BEP) in value of 49.9% of production capacity, while the shut-down
point (SDP) of 24.5%. Discounted cash flow (DCF) in the design of 32.73%.
From the data above feasibility analysis concluded that the plant is profitable and
feasible to set.
v
MOTTO
“Sesungguhnya Allah tidak akan merubah nasib suatu kaum sehingga
mereka merubah nasib mereka sendiri”
(QS : 13. 11)
“Karena sesungguhnya sesudah kesulitan ada dua kemudahan”
(QS. Al Insyirah : 5-6)
“Allah meninggikan orang-orang yang beriman diantara kamu dan
orang-orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa derajat”
(Q.S. Al-Mujadalah: 11)
“Bukanlah sabar jika masih ada batasnya, dan bukanlah ikhlas jika
masih merasakan sakit”
vi
KATA PENGANTAR
Bissmillahirrahmaanirrohim
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan
segala rahmat hidayah dan petunjuknya-Nya sehingga penyusun dapat
menyelesaikan tugas akhir prarancangan pabrik kimia ini dengan baik. Tak lupa
sholawat serta salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Nabi Muhammad
SAW, keluarga, sahabat dan seluruh pengikutnya.
Tugas Prarancangan Pabrik Kimia merupakan tugas akhir yang harus
diselesaikan oleh setiap mahasiswa Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik,
Universitas Muhammadiyah Surakarta sebagai prasyarat untuk menyelesaikan
jenjang studi sarjana. Dengan tugas ini diharapkan kemampuan penalaran dan
penerapan teori-teori yang telah diperoleh selama kuliah dapat berkembang dan
dapat dipahami dengan baik.
Judul Tugas Akhir ini adalah Prarancangan Pabrik Asam Benzoat
dengan Proses Oksidasi Toluena dan Katalis Kobalt Asetat Kapasitas 45.000
Ton/Tahun. Adanya prarancangan pabrik ini diharapkan dapat memperkaya
alternatif industri masa depan bagi Indonesia.
Penyelesaian penyusunan laporan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan
dan bimbingan serta dorongan dari berbagai pihak. Melalui laporan ini penyusun
ingin mengucapkan terima kasih yang tiada terhingga, terutama kepada :
1. Bapak Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia
Universitas Muhammadiyah Surakarta
2. Bapak Ir.Herry Purnama, M.T., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing I
3. Bapak Ir. H. Haryanto. AR, M.S. selaku Dosen Pembimbing II
4. Bapak dan Ibu Dosen Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta
atas segala bimbingan dan arahannya
5. Keluarga yang selalu mendoakan dan memberi semangat serta dukungan.
6. Untuk teman seperjuanganku Aimatul Huda terimakasih untuk perhatian dan
pengertiannya selama ini.
vii
7. Untuk sahabatku Fadhilla Artiwi Putri, Dimas Singgih, Irfani Dawamia
Karda, Tiara Nurazizah, Rizka Mahagnyana, Siti Nur Amanah, Ristiana
Fauziati, Danang Setyo Kuncoro, dan Aditya Bukhorinudin terimakasih untuk
suka dukanya dan tetap semangat buat kalian semoga persahabatan kita
langgeng sampai kapanpun dan sukses buat kita semua.
8. Untuk Dimas Thaffif Rio Mahendra terima kasih telah memberikan warna di
akhir semester, terima kasih juga untuk kesabaran, support dan ngeselinnya
selama ini semoga tetep seperti ini sampai kapanpun walaupun kelak kita
dipisahkan oleh jarak.
9. Terimakasih juga kepada teman-teman teknik kimia UMS angkatan 2012
semoga kita tetap satu keluarga sampai kapanpun.
10. Untuk semua pihak yang telah berjasa dalam penyusunan tugas akhir ini.
Penyusun menyadari bahwa dalam penyusunan laporan tugas akhir ini
masih
banyak
terdapat
kekurangan
dan
kesalahan,
untuk
itu
penulis
mengharapkan saran dan kritik membangun demi kesempurnaan laporan ini. Dan
semoga laporan ini bermanfaat bagi semua pihak. Akhir kata penulis mohon maaf
apabila ada salah kata, dan terima kasih.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Surakarta, Februari 2017
Penyusun
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ....................................................................................... i
HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... ii
INTISARI......................................................................................................... iv
MOTTO ........................................................................................................... v
KATA PENGANTAR ..................................................................................... vi
DAFTAR ISI .................................................................................................... viii
DAFTAR TABEL ............................................................................................ xi
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiv
BAB I. PENDAHULUAN ............................................................................... 1
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik................................................... 1
1.2. Kapasitas Pabrik ........................................................................... 2
1.2.1. Kebutuhan Asam Benzoat di Indonesia ............................ 2
1.2.2. Kapasitas Pabrik Asam Benzoat di Luar Negeri .............. 3
1.2.3. Ketersediaan Bahan Baku ................................................ 4
1.3. Lokasi Pabrik ................................................................................ 4
1.4. Tinjauan Pustaka ........................................................................... 6
1.4.1. Macam-macam Proses ....................................................... 6
1.4.2. Kegunaan Produk .............................................................. 8
1.4.3. Sifat Bahan Baku dan Produk ........................................... 9
1.5. Tinjauan Proses Secara Umum ..................................................... 12
BAB II. DESKRIPSI PROSES ........................................................................ 14
2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ............................................. 14
2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku ..................................................... 14
2.1.2. Spesifikasi Bahan Pembantu ............................................. 14
2.1.3. Spesifikasi Produk ............................................................. 14
2.2. Konsep Proses ............................................................................... 15
2.2.1. Dasar Reaksi ...................................................................... 15
2.2.2. Kondisi Operasi ................................................................. 15
2.2.3. Tinjuan Termodinamika .................................................... 15
ix
2.2.4. Tinjauan Kinetika .............................................................. 17
2.3. Diagram Alir Proses ...................................................................... 18
2.3.1. Penyiapan Bahan Baku ...................................................... 18
2.3.1.1. Tahap Persiapan Bahan Baku .............................. 19
2.3.1.2. Tahap Reaksi Pembuatan Produk ....................... 19
2.3.1.3. Tahap Pemurnian Produk ................................... 20
2.3.2. Diagram Alir Proses .......................................................... 21
2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas ................................................... 24
2.4.1. Neraca Massa .................................................................... 24
2.4.2. Neraca Panas ..................................................................... 32
2.5. Tata Letak Pabrik dan Peralatan Proses ........................................ 39
2.5.1. Tata Letak Pabrik .............................................................. 39
2.5.2. Tata Letak Peralatan .......................................................... 43
BAB III. SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ........................................... 46
3.1. Reaktor ........................................................................................ 46
3.2. Dekanter ...................................................................................... 47
3.3. Menara Distilasi .......................................................................... 47
3.4. Kristalizer.................................................................................... 49
3.5. Filter ........................................................................................... 49
3.6. Rotary Dryer ............................................................................... 50
3.7. Evaporator ................................................................................... 51
3.8. Tangki ......................................................................................... 51
3.9. Silo ........................................................................................... 52
3.10. Mixer ........................................................................................... 52
3.11. Kompresor ................................................................................. 54
3.12. Heat Exchanger ........................................................................... 54
3.13. Kondensor ................................................................................... 58
3.14. Reboiler ....................................................................................... 60
3.15. Accumulator................................................................................ 62
3.16. Belt Conveyor ............................................................................. 63
3.17. Bucket Elevator........................................................................... 64
x
3.18. Filter Udara ................................................................................. 64
3.19. Blower ......................................................................................... 65
3.20. Pompa ......................................................................................... 66
BAB IV. UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ............ 72
4.1. Unit Pendukung Proses ................................................................. 72
4.2. Kriteria Kebutuhan Utilitas ........................................................... 76
4.3. Jumlah Kebutuhan Utilitas ............................................................ 78
4.4. Spesifikasi Alat Utilitas................................................................. 82
4.5. Laboratorium ................................................................................ 91
4.6. Limbah ......................................................................................... 92
4.7. Kesehatan dan Keselataman Kerja (K3) ....................................... 94
BAB V. MANAJEMEN PERUSAHAAN....................................................... 96
5.1. Bentuk Perusahaan ........................................................................ 96
5.2. Struktur Organisasi ........................................................................ 97
5.3. Tugas dan Wewenang ................................................................... 100
5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan .................................................. 105
5.5. Status Karyawan dan Sistem Upah ............................................... 107
5.6. Penggolongan Jabatan dan Jumlah Karyawan .............................. 107
5.7. Kesejahteraan Sosial Karyawan .................................................... 112
5.8. Manajemen Produksi ..................................................................... 113
BAB VI. ANALISIS EKONOMI .................................................................... 116
KESIMPULAN
........................................................................................... 130
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1. Data impor asam benzoat ............................................................... 2
Tabel 1.2. Kapasitas produksi asam benzoat di luar negeri ............................. 3
Tabel 1.3. Sifat fisis udara................................................................................ 11
Tabel 2.1. Arus neraca massa ........................................................................... 26
Tabel 2.2. Neraca massa total ......................................................................... 27
Tabel 2.3. Neraca massa mixer-01 (Mx-01) .................................................... 27
Tabel 2.4. Neraca massa reaktor ( R-01 )......................................................... 28
Tabel 2.5. Neraca massa centrifugal decanter (H-01) .................................... 28
Tabel 2.6. Neraca massa menara distilasi-01 (MD-01)................................... 29
Tabel 2.7. Neraca massa menara distilasi-02 (MD-02).................................... 29
Tabel 2.8. Neraca massa mixer-02 (Mx-02) .................................................... 29
Tabel 2.9. Neraca massa kristalizer (S-01) ..................................................... 30
Tabel 2.10. Neraca massa filter (H-02) ............................................................ 30
Tabel 2.11. Neraca massa evaporator (V-01) .................................................. 31
Tabel 2.12. Neraca massa rotary dryer (RD-01) ............................................ 31
Tabel 2.13. Neraca panas mixer-01 (Mx-01) ................................................... 32
Tabel 2.14. Neraca panas heater-01 (E-01) .................................................... 32
Tabel 2.15. Neraca panas kompresor (G-01) .................................................. 33
Tabel 2.16. Neraca panas heater-02 (E-02) .................................................... 33
Tabel 2.17. Neraca panas reaktor (R-01) ........................................................ 34
Tabel 2.18. Neraca panas centrifugal decanter (H-01) .................................... 34
Tabel 2.19. Neraca panas heater-03 (E-03) ..................................................... 35
Tabel 2.20. Neraca panas menara distilasi-01 (MD-01) .................................. 35
Tabel 2.21. Neraca panas menara distilasi-02 (MD-02) .................................. 36
Tabel 2.22. Neraca panas cooler-01 (E-04) .................................................... 36
Tabel 2.23. Neraca panas mixer-02 (Mx-02) ................................................... 37
Tabel 2.24. Neraca panas kristalizer (S-01) .................................................... 37
Tabel 2.25. Neraca panas filter (H-02)............................................................. 38
Tabel 2.26. Neraca panas evaporator (V-01) ................................................... 38
xii
Tabel 2.27. Neraca panas di heater-04............................................................. 39
Tabel 2.28. Neraca panas rotary dryer (RD-01) ............................................. 39
Tabel 2.29. Luas tanah bangunan pabrik ........................................................ 41
Tabel 3.1. Spesifikasi alat pompa ................................................................... 66
Tabel 3.2. Spesiikasi alat pompa (lanjutan) .................................................... 67
Tabel 3.3. Spesifikasi alat pompa (lanjutan) ................................................... 68
Tabel 3.4. Spesifikasi alat pompa (lanjutan) ................................................... 69
Tabel 3.5. Spesifikasi alat pompa (lanjutan) ................................................... 70
Tabel 3.6. Spesiffikasi alat pompa (lanjutan) .................................................. 71
Tabel 4.1. Daftar kebutuhan air domestik dan sanitasi ................................... 78
Tabel 4.2. Daftar kebutuhan air untuk steam .................................................. 79
Tabel 4.3. Daftar kebutuhan air pendingin ...................................................... 79
Tabel 4.4. Daftar kebutuhan air proses ........................................................... 80
Tabel 4.5. Kebutuhan air ................................................................................. 80
Tabel 4.6. Kebutuhan air pendingin kristalizer ............................................... 81
Tabel 4.7. Kebutuhan listrik alat proses dan utilitas ....................................... 81
Tabel 4.8. Kebutuhan listrik total .................................................................... 81
Tabel 4.9. Kebutuhan bahan bakar .................................................................. 82
Tabel 4.10. Spesifikasi pompa utilitas ............................................................ 88
Tabel 4.11. Spesifikasi pompa utilitas (lanjutan) ............................................ 89
Tabel 4.12. Spesifikasi pompa utilitas (lanjutan) ............................................ 90
Tabel 4.13. Spesifikasi pompa utilitas (lanjutan) ............................................ 91
Tabel 5.1. Jadwal kerja setiap regu .................................................................. 106
Tabel 5.2. Penggolongan jabatan, jumlah karyawan dan gaji ......................... 108
Tabel 5.3. Jumlah karyawan proses ................................................................ 111
Tabel 5.4. Jumlah karyawan utilitas ................................................................ 112
Tabel. 6.1. Cost Index Chemical Plant ............................................................ 117
Tabel 6.2. Total Fixed Capital Investment ...................................................... 121
Tabel 6.3. Working Capital ............................................................................. 121
Tabel 6.4. Total Capital Investment ............................................................... 122
Tabel 6.5. Direct Manufacturing Cost ............................................................ 122
xiii
Tabel 6.6. Indirect Manufacturing Cost ......................................................... 123
Tabel 6.7. Fixed Manufacturing Cost ............................................................ 123
Tabel 6.8. Total Manufacturing Cost ............................................................. 123
Tabel 6.9. General Expenses ........................................................................... 124
Tabel 6.10. Total Production Cost ................................................................. 124
Tabel 6.11. Fixed Cost ................................................................................... 126
Tabel 6.12. Variabel Cost .............................................................................. 126
Tabel 6.13. Regulated Cost ............................................................................ 127
Tabel 6.14. Analisis kelayakan ....................................................................... 128
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Data impor asam benzoat di Indonesia ......................................... 3
Gambar 2.1. Diagram alir kualitatif ................................................................... 22
Gambar 2.2. Diagram alir kuantitatif ................................................................. 23
Gambar 2.3. Diagram alir neraca massa ........................................................... 25
Gambar 2.4. Tata letak pabrik asam benzoat .................................................... 42
Gambar 2.5. Tata letak alat proses .................................................................... 45
Gambar 4.1. Proses pengolahan air ................................................................... 96
Gambar 5.1. Struktur organisasi pabrik asam benzoat ...................................... 100
Gambar 6.1. Hubungan tahun dengan Cost Index ............................................ 117
Gambar 6.2. Analisa ekonomi ........................................................................... 129
Gambar 6.3. Rincian modal .............................................................................. 129
xv
DENGAN PROSES OKSIDASI TOLUENA
DAN KATALIS KOBALT ASETAT
KAPASITAS 45.000 TON/TAHUN
Oleh:
Dyah Sulistyani Safitri
D 500 120 055
Dosen Pembimbing:
Ir. Herry Purnama, M.T., Ph.D.
Ir. H. Haryanto AR, M.S.
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2017
i
ii
iii
INTISARI
Prarancangan pabrik asam benzoat dengan proses oksidasi toluena dengan
kapasitas 45.000 ton/tahun ini dilakukan untuk memenuhi kebutuhan asam
benzoat di dalam negeri. Reaksi pembentukan asam benzoat dari toluena melalui
proses oksidasi dengan oksigen yang berasal dari udara bebas dan menghasilkan
asam benzoat, oksigen sisa, nitrogen, air dan benzaldehida. Pada proses ini
digunakan katalis cobalt acetate. Reaksi ini berlangsung pada fase cair-gas di
dalam reaktor gelembung (bubble column reactor) yang bekerja secara kontinyu
pada kondisi operasi suhu 150⁰C, tekanan 3 atm, konversi reaksi 50%, yield 90%,
eksotermis, irreversible, isothermal dan non adiabatic.
Pabrik asam benzoat direncanakan didirikan di Tuban, Jawa Timur. Bahan
baku toluena yang dibutuhkan sebanyak 8.573,88 kg/jam dengan udara sebesar
19.488,29 kg/jam dan katalis cobalt acetate sebanyak 10,83 kg/jam akan
menghasilkan produk asam benzoat sebanyak 5.681,82 kg/jam. Alat-alat utama
yang digunakan dalam proses pembentukan asam benzoat adalah reaktor
gelembung, centrifugal decanter, menara distilasi, kristalizer, filter, evaporator,
rotary dryer dan heat exchanger. Sedangkan unit pendukung proses antara lain
unit penyediaan steam, pengadaan dan pengolahan air, pembangkit tenaga listrik,
pengadaan bahan bakar, penyedia udara tekan dan pengolahan limbah. Unit
penyediaan air diperoleh dari air sungai Bengawan Solo dan unit pembangkit
tenaga listrik diperoleh dari PLN dan generator set.
Perusahaan ini berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dengan sistem kerja
karyawan berdasarkan pembagian kerja yang terdiri dari karyawan shift dan nonshift. Modal tetap atau fixed capital investment (FCI) yang digunakan untuk
mendirikan pabrik adalah Rp 247.259.937.057 dengan modal kerja atau working
capital (WC) sebesar Rp 22.617.794.048. Analisa ekonomi memperlihatkan
bahwa keuntungan sesudah pajak Rp 72.887.402.310 per tahun setelah dipotong
pajak 25% keuntungan mencapai Rp 54.665.551.733 per tahun. return on
investment (ROI) sebelum pajak 29,48% dan setelah pajak 22,11%. Pay out time
(POT) sebelum pajak 2,53 tahun dan setelah pajak 3,11 tahun. Kondisi break
event point (BEP) pada nilai 49,9% kapasitas produksi, sedangkan shut down
point (SDP) sebesar 24,5%. Discounted cash flow (DCF) dalam perancangan
sebesar 32,73%. Dari data analisis kelayakan di atas disimpulkan bahwa pabrik ini
menguntungkan dan layak untuk didirikan.
iv
ABSTRACT
Pre-design factory of benzoic acid by the process of oxidation of toluene
with a capacity of 45,000 tons / year is done to meet the needs of benzoic acid in
the country. Reaction formation of benzoic acid from toluene by oxidation with
oxygen from the air and produces benzoic acid, residual oxygen, nitrogen, water
and benzaldehyde. This process uses a cobalt acetate catalyst. This reaction takes
place in the liquid-gas phase in the reactor bubbles (bubble column reactor) which
works continuously on the operating conditions 150⁰C temperature, pressure 3
atm, the reaction conversion of 50%, yield 90%, exothermic, irreversible,
isothermal and non-adiabatic.
Benzoic acid plant planned founded in Tuban, East Java. The raw
material toluene is needed as much as 8573.88 kg / h with an air of 19488.29 kg /
h and a cobalt acetate catalyst as much as 10.83 kg / hour of benzoic acid would
produce as much as 5681.82 kg / hour. The main tools used in the process of
formation of benzoic acid is a bubble reactor, centrifugal decanter, distillation
towers, kristalizer, filters, evaporator, rotary dryers and heat exchangers. While
the process support unit including a steam supply unit, supply and water
treatment, power generation, fuel procurement, providers of compressed air and
waste treatment. Unit water supply is obtained from Bengawan Solo river water
and power generation units derived from PLN and generator sets.
The Limited Liability Company (PT) with a system for employees based
on the division of labor that consists of employee shift and non-shift. Fixed capital
or fixed capital investment (FCI) which is used to establish a factory is Rp 247
259 937 057 with working capital, or working capital (WC) amounting to Rp
22,617,794,048. Economic analysis shows that profit after tax of Rp
72,887,402,310 per year after taxes 25% profit reached Rp 54,665,551,733 per
year. return on investment (ROI) before tax after tax 29.48% and 22.11%. Pay out
time (POT) before tax and after tax of 2.53 years 3.11 years. Condition break
event point (BEP) in value of 49.9% of production capacity, while the shut-down
point (SDP) of 24.5%. Discounted cash flow (DCF) in the design of 32.73%.
From the data above feasibility analysis concluded that the plant is profitable and
feasible to set.
v
MOTTO
“Sesungguhnya Allah tidak akan merubah nasib suatu kaum sehingga
mereka merubah nasib mereka sendiri”
(QS : 13. 11)
“Karena sesungguhnya sesudah kesulitan ada dua kemudahan”
(QS. Al Insyirah : 5-6)
“Allah meninggikan orang-orang yang beriman diantara kamu dan
orang-orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa derajat”
(Q.S. Al-Mujadalah: 11)
“Bukanlah sabar jika masih ada batasnya, dan bukanlah ikhlas jika
masih merasakan sakit”
vi
KATA PENGANTAR
Bissmillahirrahmaanirrohim
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan
segala rahmat hidayah dan petunjuknya-Nya sehingga penyusun dapat
menyelesaikan tugas akhir prarancangan pabrik kimia ini dengan baik. Tak lupa
sholawat serta salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Nabi Muhammad
SAW, keluarga, sahabat dan seluruh pengikutnya.
Tugas Prarancangan Pabrik Kimia merupakan tugas akhir yang harus
diselesaikan oleh setiap mahasiswa Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik,
Universitas Muhammadiyah Surakarta sebagai prasyarat untuk menyelesaikan
jenjang studi sarjana. Dengan tugas ini diharapkan kemampuan penalaran dan
penerapan teori-teori yang telah diperoleh selama kuliah dapat berkembang dan
dapat dipahami dengan baik.
Judul Tugas Akhir ini adalah Prarancangan Pabrik Asam Benzoat
dengan Proses Oksidasi Toluena dan Katalis Kobalt Asetat Kapasitas 45.000
Ton/Tahun. Adanya prarancangan pabrik ini diharapkan dapat memperkaya
alternatif industri masa depan bagi Indonesia.
Penyelesaian penyusunan laporan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan
dan bimbingan serta dorongan dari berbagai pihak. Melalui laporan ini penyusun
ingin mengucapkan terima kasih yang tiada terhingga, terutama kepada :
1. Bapak Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia
Universitas Muhammadiyah Surakarta
2. Bapak Ir.Herry Purnama, M.T., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing I
3. Bapak Ir. H. Haryanto. AR, M.S. selaku Dosen Pembimbing II
4. Bapak dan Ibu Dosen Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta
atas segala bimbingan dan arahannya
5. Keluarga yang selalu mendoakan dan memberi semangat serta dukungan.
6. Untuk teman seperjuanganku Aimatul Huda terimakasih untuk perhatian dan
pengertiannya selama ini.
vii
7. Untuk sahabatku Fadhilla Artiwi Putri, Dimas Singgih, Irfani Dawamia
Karda, Tiara Nurazizah, Rizka Mahagnyana, Siti Nur Amanah, Ristiana
Fauziati, Danang Setyo Kuncoro, dan Aditya Bukhorinudin terimakasih untuk
suka dukanya dan tetap semangat buat kalian semoga persahabatan kita
langgeng sampai kapanpun dan sukses buat kita semua.
8. Untuk Dimas Thaffif Rio Mahendra terima kasih telah memberikan warna di
akhir semester, terima kasih juga untuk kesabaran, support dan ngeselinnya
selama ini semoga tetep seperti ini sampai kapanpun walaupun kelak kita
dipisahkan oleh jarak.
9. Terimakasih juga kepada teman-teman teknik kimia UMS angkatan 2012
semoga kita tetap satu keluarga sampai kapanpun.
10. Untuk semua pihak yang telah berjasa dalam penyusunan tugas akhir ini.
Penyusun menyadari bahwa dalam penyusunan laporan tugas akhir ini
masih
banyak
terdapat
kekurangan
dan
kesalahan,
untuk
itu
penulis
mengharapkan saran dan kritik membangun demi kesempurnaan laporan ini. Dan
semoga laporan ini bermanfaat bagi semua pihak. Akhir kata penulis mohon maaf
apabila ada salah kata, dan terima kasih.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Surakarta, Februari 2017
Penyusun
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ....................................................................................... i
HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... ii
INTISARI......................................................................................................... iv
MOTTO ........................................................................................................... v
KATA PENGANTAR ..................................................................................... vi
DAFTAR ISI .................................................................................................... viii
DAFTAR TABEL ............................................................................................ xi
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiv
BAB I. PENDAHULUAN ............................................................................... 1
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik................................................... 1
1.2. Kapasitas Pabrik ........................................................................... 2
1.2.1. Kebutuhan Asam Benzoat di Indonesia ............................ 2
1.2.2. Kapasitas Pabrik Asam Benzoat di Luar Negeri .............. 3
1.2.3. Ketersediaan Bahan Baku ................................................ 4
1.3. Lokasi Pabrik ................................................................................ 4
1.4. Tinjauan Pustaka ........................................................................... 6
1.4.1. Macam-macam Proses ....................................................... 6
1.4.2. Kegunaan Produk .............................................................. 8
1.4.3. Sifat Bahan Baku dan Produk ........................................... 9
1.5. Tinjauan Proses Secara Umum ..................................................... 12
BAB II. DESKRIPSI PROSES ........................................................................ 14
2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ............................................. 14
2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku ..................................................... 14
2.1.2. Spesifikasi Bahan Pembantu ............................................. 14
2.1.3. Spesifikasi Produk ............................................................. 14
2.2. Konsep Proses ............................................................................... 15
2.2.1. Dasar Reaksi ...................................................................... 15
2.2.2. Kondisi Operasi ................................................................. 15
2.2.3. Tinjuan Termodinamika .................................................... 15
ix
2.2.4. Tinjauan Kinetika .............................................................. 17
2.3. Diagram Alir Proses ...................................................................... 18
2.3.1. Penyiapan Bahan Baku ...................................................... 18
2.3.1.1. Tahap Persiapan Bahan Baku .............................. 19
2.3.1.2. Tahap Reaksi Pembuatan Produk ....................... 19
2.3.1.3. Tahap Pemurnian Produk ................................... 20
2.3.2. Diagram Alir Proses .......................................................... 21
2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas ................................................... 24
2.4.1. Neraca Massa .................................................................... 24
2.4.2. Neraca Panas ..................................................................... 32
2.5. Tata Letak Pabrik dan Peralatan Proses ........................................ 39
2.5.1. Tata Letak Pabrik .............................................................. 39
2.5.2. Tata Letak Peralatan .......................................................... 43
BAB III. SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ........................................... 46
3.1. Reaktor ........................................................................................ 46
3.2. Dekanter ...................................................................................... 47
3.3. Menara Distilasi .......................................................................... 47
3.4. Kristalizer.................................................................................... 49
3.5. Filter ........................................................................................... 49
3.6. Rotary Dryer ............................................................................... 50
3.7. Evaporator ................................................................................... 51
3.8. Tangki ......................................................................................... 51
3.9. Silo ........................................................................................... 52
3.10. Mixer ........................................................................................... 52
3.11. Kompresor ................................................................................. 54
3.12. Heat Exchanger ........................................................................... 54
3.13. Kondensor ................................................................................... 58
3.14. Reboiler ....................................................................................... 60
3.15. Accumulator................................................................................ 62
3.16. Belt Conveyor ............................................................................. 63
3.17. Bucket Elevator........................................................................... 64
x
3.18. Filter Udara ................................................................................. 64
3.19. Blower ......................................................................................... 65
3.20. Pompa ......................................................................................... 66
BAB IV. UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ............ 72
4.1. Unit Pendukung Proses ................................................................. 72
4.2. Kriteria Kebutuhan Utilitas ........................................................... 76
4.3. Jumlah Kebutuhan Utilitas ............................................................ 78
4.4. Spesifikasi Alat Utilitas................................................................. 82
4.5. Laboratorium ................................................................................ 91
4.6. Limbah ......................................................................................... 92
4.7. Kesehatan dan Keselataman Kerja (K3) ....................................... 94
BAB V. MANAJEMEN PERUSAHAAN....................................................... 96
5.1. Bentuk Perusahaan ........................................................................ 96
5.2. Struktur Organisasi ........................................................................ 97
5.3. Tugas dan Wewenang ................................................................... 100
5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan .................................................. 105
5.5. Status Karyawan dan Sistem Upah ............................................... 107
5.6. Penggolongan Jabatan dan Jumlah Karyawan .............................. 107
5.7. Kesejahteraan Sosial Karyawan .................................................... 112
5.8. Manajemen Produksi ..................................................................... 113
BAB VI. ANALISIS EKONOMI .................................................................... 116
KESIMPULAN
........................................................................................... 130
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1. Data impor asam benzoat ............................................................... 2
Tabel 1.2. Kapasitas produksi asam benzoat di luar negeri ............................. 3
Tabel 1.3. Sifat fisis udara................................................................................ 11
Tabel 2.1. Arus neraca massa ........................................................................... 26
Tabel 2.2. Neraca massa total ......................................................................... 27
Tabel 2.3. Neraca massa mixer-01 (Mx-01) .................................................... 27
Tabel 2.4. Neraca massa reaktor ( R-01 )......................................................... 28
Tabel 2.5. Neraca massa centrifugal decanter (H-01) .................................... 28
Tabel 2.6. Neraca massa menara distilasi-01 (MD-01)................................... 29
Tabel 2.7. Neraca massa menara distilasi-02 (MD-02).................................... 29
Tabel 2.8. Neraca massa mixer-02 (Mx-02) .................................................... 29
Tabel 2.9. Neraca massa kristalizer (S-01) ..................................................... 30
Tabel 2.10. Neraca massa filter (H-02) ............................................................ 30
Tabel 2.11. Neraca massa evaporator (V-01) .................................................. 31
Tabel 2.12. Neraca massa rotary dryer (RD-01) ............................................ 31
Tabel 2.13. Neraca panas mixer-01 (Mx-01) ................................................... 32
Tabel 2.14. Neraca panas heater-01 (E-01) .................................................... 32
Tabel 2.15. Neraca panas kompresor (G-01) .................................................. 33
Tabel 2.16. Neraca panas heater-02 (E-02) .................................................... 33
Tabel 2.17. Neraca panas reaktor (R-01) ........................................................ 34
Tabel 2.18. Neraca panas centrifugal decanter (H-01) .................................... 34
Tabel 2.19. Neraca panas heater-03 (E-03) ..................................................... 35
Tabel 2.20. Neraca panas menara distilasi-01 (MD-01) .................................. 35
Tabel 2.21. Neraca panas menara distilasi-02 (MD-02) .................................. 36
Tabel 2.22. Neraca panas cooler-01 (E-04) .................................................... 36
Tabel 2.23. Neraca panas mixer-02 (Mx-02) ................................................... 37
Tabel 2.24. Neraca panas kristalizer (S-01) .................................................... 37
Tabel 2.25. Neraca panas filter (H-02)............................................................. 38
Tabel 2.26. Neraca panas evaporator (V-01) ................................................... 38
xii
Tabel 2.27. Neraca panas di heater-04............................................................. 39
Tabel 2.28. Neraca panas rotary dryer (RD-01) ............................................. 39
Tabel 2.29. Luas tanah bangunan pabrik ........................................................ 41
Tabel 3.1. Spesifikasi alat pompa ................................................................... 66
Tabel 3.2. Spesiikasi alat pompa (lanjutan) .................................................... 67
Tabel 3.3. Spesifikasi alat pompa (lanjutan) ................................................... 68
Tabel 3.4. Spesifikasi alat pompa (lanjutan) ................................................... 69
Tabel 3.5. Spesifikasi alat pompa (lanjutan) ................................................... 70
Tabel 3.6. Spesiffikasi alat pompa (lanjutan) .................................................. 71
Tabel 4.1. Daftar kebutuhan air domestik dan sanitasi ................................... 78
Tabel 4.2. Daftar kebutuhan air untuk steam .................................................. 79
Tabel 4.3. Daftar kebutuhan air pendingin ...................................................... 79
Tabel 4.4. Daftar kebutuhan air proses ........................................................... 80
Tabel 4.5. Kebutuhan air ................................................................................. 80
Tabel 4.6. Kebutuhan air pendingin kristalizer ............................................... 81
Tabel 4.7. Kebutuhan listrik alat proses dan utilitas ....................................... 81
Tabel 4.8. Kebutuhan listrik total .................................................................... 81
Tabel 4.9. Kebutuhan bahan bakar .................................................................. 82
Tabel 4.10. Spesifikasi pompa utilitas ............................................................ 88
Tabel 4.11. Spesifikasi pompa utilitas (lanjutan) ............................................ 89
Tabel 4.12. Spesifikasi pompa utilitas (lanjutan) ............................................ 90
Tabel 4.13. Spesifikasi pompa utilitas (lanjutan) ............................................ 91
Tabel 5.1. Jadwal kerja setiap regu .................................................................. 106
Tabel 5.2. Penggolongan jabatan, jumlah karyawan dan gaji ......................... 108
Tabel 5.3. Jumlah karyawan proses ................................................................ 111
Tabel 5.4. Jumlah karyawan utilitas ................................................................ 112
Tabel. 6.1. Cost Index Chemical Plant ............................................................ 117
Tabel 6.2. Total Fixed Capital Investment ...................................................... 121
Tabel 6.3. Working Capital ............................................................................. 121
Tabel 6.4. Total Capital Investment ............................................................... 122
Tabel 6.5. Direct Manufacturing Cost ............................................................ 122
xiii
Tabel 6.6. Indirect Manufacturing Cost ......................................................... 123
Tabel 6.7. Fixed Manufacturing Cost ............................................................ 123
Tabel 6.8. Total Manufacturing Cost ............................................................. 123
Tabel 6.9. General Expenses ........................................................................... 124
Tabel 6.10. Total Production Cost ................................................................. 124
Tabel 6.11. Fixed Cost ................................................................................... 126
Tabel 6.12. Variabel Cost .............................................................................. 126
Tabel 6.13. Regulated Cost ............................................................................ 127
Tabel 6.14. Analisis kelayakan ....................................................................... 128
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Data impor asam benzoat di Indonesia ......................................... 3
Gambar 2.1. Diagram alir kualitatif ................................................................... 22
Gambar 2.2. Diagram alir kuantitatif ................................................................. 23
Gambar 2.3. Diagram alir neraca massa ........................................................... 25
Gambar 2.4. Tata letak pabrik asam benzoat .................................................... 42
Gambar 2.5. Tata letak alat proses .................................................................... 45
Gambar 4.1. Proses pengolahan air ................................................................... 96
Gambar 5.1. Struktur organisasi pabrik asam benzoat ...................................... 100
Gambar 6.1. Hubungan tahun dengan Cost Index ............................................ 117
Gambar 6.2. Analisa ekonomi ........................................................................... 129
Gambar 6.3. Rincian modal .............................................................................. 129
xv