Ketua Jurusan Tim Penguji Proses dehidrogenasi katalitik 2-butanol sec-butyl alcohol fase gas

Judul Skripsi : PRARANCANGAN PABRIK METIL ETIL KETON DARI 2-BUTANOL DENGAN PROSES DEHIDROGENASI KAPASITAS 30.000 TONTAHUN Perancangan Menara Distilasi MD-301 Nama Mahasiswa : Agus Musoddiq No.Pokok Mahasiswa : 0315041023 Jurusan : Teknik Kimia Fakultas : Teknik MENYETUJUI 1. Komisi Pembimbing Dr.Elida Purba, S.T., M.Sc. Ir. Sufriadi Burhanuddin, M.Eng. NIP. 132170387 NIP. 196609221995011001

2. Ketua Jurusan

Ir.Azhar, M.T NIP. 196604011995011001 MENGESAHKAN

1. Tim Penguji

Ketua : Dr.Elida Purba, S.T., M.Sc. .................... Sekretaris : Ir. Sufriadi Burhanuddin, M.Eng. .................... Penguji Bukan Pembimbing : Ir. Azhar, M.T. .................... M. Hanif, S. T., M. T. .....................

2. Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung

Dr. Ir. Lusmeilia Afriani, D.E.A. NIP. 196505101993032008 Tanggal Lulus Ujian Skripsi : 15 Desember 2010 ABSTRAK PRARANCANGAN PABRIK METIL ETIL KETON DARI 2-BUTANOL DENGAN PROSES DEHIDROGENASI KAPASITAS 30.000 TONTAHUN Perancangan Menara Distilasi MD-301 Oleh Agus Musoddiq Sebagian besar Metil Etil Keton MEK digunakan sebagai solvent misal pada nitrocellulose dan acrylic. Selain sebagai solvent, MEK juga digunakan sebagai adhesives perekat, magnetic tapes, tinta cetak, dan sebagai bahan kimia intermediate pada produksi antioksidan, parfum dan katalis. Kebutuhan MEK di Indonesia cenderung meningkat tiap tahunnya dan selama ini kebutuhan bahan tersebut masih diimpor dari luar negeri. MEK diproduksi dengan cara mendehirogenasikan 2-Butanol di dalam Reaktor Fixed Bed Multitubular pada suhu 250 o C dan tekanan 3 atm . Hasil keluaran reaktor berupa gas hidrogen, MEK dan unreacted 2-Butanol dipisahkan lagi dengan proses partialy condensation. Campuran MEK, 2-Butanol dan air di murnikan dalam kolom aseton dengan kemurnian 99,7 . Kapasitas produksi pabrik direncanakan 30.000 tontahun dengan 330 hari kerja dalam 1 tahun. Lokasi pabrik direncanakan didirikan di daerah Kawasan Industri Serang yang terletak di Provinsi Banten. Tenaga kerja yang dibutuhkan sebanyak 160 orang dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas PT yang dipimpin oleh seorang Direktur Utama yang dibantu oleh Direktur Produksi dan Direktur Keuangan dengan struktur organisasi line and staff. Penyediaan kebutuhan utilitas pabrik berupa sistem pengolahan dan penyediaan air, sistem penyedia steam, sistem penyedia udara tekan, unit refrigerant dan sistem pembangkit tenaga listrik. ii Dari analisis ekonomi diperoleh: Fixed Capital Investment FCI = Rp. 65.994.340.348,08 Working Capital Investment WCI = Rp . 11.646.060.061 Total Capital Investment TCI = Rp. 77.640.400.410 Break Even Point BEP = 31,29 Shut Down Point SDP = 26,2 Pay Out Time before taxes POT b = 1,23 tahun Pay Out Time after taxes POT a = 1 tahun Return on Investment before taxes ROI b = 90,88 Return on Investment after taxes ROI a = 77,25 Discounted cash flow DCF = 61,97 Mempertimbangkan rangkuman di atas, sudah selayaknya pendirian pabrik MEK ini dikaji lebih lanjut, karena merupakan pabrik yang menguntungkan dan mempunyai prospek yang baik.

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Pendirian Pabrik

Indonesia saat ini adalah negara berkembang yang sedang memperbaiki kondisi perekonomian. Industrialisasi adalah salah satu metode untuk meningkatkan perekonomian. Dibukanya pasar bebas, merupakan tantangan bagi Indonesia untuk membangun industri kompetitif. Salah satu industri kimia yang dinilai prospektif adalah industri Metil Etil Keton. Metil Etil Keton MEK dengan rumus molekul C 4 H 8 O, adalah salah satu senyawa keton yang banyak digunakan dalam industri dan diproduksi secara komersial. MEK berupa cairan jernih tidak berwarna, mudah terbakar, berbau seperti aseton dan stabil pada suhu kamar. MEK mudah larut dalam air dan beberapa pelarut organik lainnya. Ullman vol A4,1989 MEK sangat berperan pada beberapa industri kimia terutama pada industri cat, pelapisan, pernis, dan lain sebagainya. Sebagian besar MEK digunakan sebagai solvent misal pada nitrocellulose dan acrylic. Selain sebagai solvent, MEK juga digunakan sebagai adhesives perekat, magnetic tapes, tinta cetak, dan sebagai bahan kimia intermediate pada produksi antioksidan, parfum dan katalis. Proses polimerisasi polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene dan styrene-butadiene- rubber juga menggunakan MEK. www.icis_news-chemical-profileMethyl-Ethyl- ketone-mek.html . Dengan semakin meningkatnya perkembangan industri kimia di Indonesia maka diperkirakan permintaan MEK pada tahun-tahun mendatang juga akan meningkat. Oleh karena itu pabrik MEK perlu didirikan di Indonesia dengan pertimbangan sebagai berikut:  Dapat menghemat devisa Negara. Dengan adanya pabrik MEK di Indonesia maka impor MEK dapat dikurangi bahkan dihilangkan dan jika berlebih dapat di ekspor sehingga menambah devisa negara.  Membuka lapangan kerja baru bagi penduduk di sekitar wilayah industri yang didirikan.

B. Kegunaan Produk

Kegunaan MEK antara lain :  Bahan baku industri perekat adhesive, tinta cetak printing ink  Bahan baku industri pita kaset plastic record  Bahan baku pembuatan serat sintetis, zat warna dan pigmen  Bahan baku industri cat, pernis dan film topografi  Bahan pelapis coating  Bahan kimia intermediate untuk produksi metil etil ketoksin, metil etil keton peroksida, dan metil isopropil keton  Sebagai solvent pada proses pembuatan resin, nitroselulosa, proses polimerisasi, fraksionasi minyak bumi, ekstraksi minyak dan lemak Zakhari. et al, 2002

C. Ketersedian Bahan Baku

Bahan baku pembuatan MEK yang akan diproduksi adalah 2-Butanol sec-Butil Alkohol . Bahan baku ini diimpor dari Jepang yaitu dari Maruzen Petro Chemical,Ltd.

D. Analisa Pasar

Ditinjau dari segi harga bahan baku dan produk, pendirian pabrik MEK ini menguntungkan karena MEK mempunyai harga jual yang lebih tinggi dari pada harga jual bahan bakunya. Tabel 1. Daftar Harga Bahan Baku dan Produk Jenis Bahan Harga per Kg 2-Butanol 1,01 MEK 2,102 Sumber : CICwww.alibaba.com Berkembangnya industri yang membutuhkan MEK sebagai bahan baku atau bahan intermediate dan bahan penunjang menyebabkan kebutuhan MEK terus meningkat. Hal ini dibuktikan dengan perkembangan impor MEK dari tahun 2004 sampai dengan tahun 2009 di Indonesia yang cenderung mengalami peningkatan.

E. Kapasitas Pabrik

Indonesia masih mengimpor MEK dari negara lain. Impor MEK ini setiap tahunnya cenderung mengalami peningkatan. Hal ini dapat dilihat pada Tabel 2 Tabel 2. Data Impor MEK ke Indonesia Tahun Impor tontahun 2004 20900,679 2005 17405,523 2006 20114,557 2007 23275,288 2008 26068,159 2009 29029,380 Sumber:Badan Pusat Statistik tahun 2010 Data-data yang sudah ada diplotkan dalam grafik dan dilakukan pendekatan berupa garis lurus. y = 4E-68e 0,0857x R 2 = 0,7493 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Tahun K e but uha n M E K T on ta hun Gambar 1. Grafik Prediksi Kebutuhan MEK Untuk menghitung kebutuhan impor MEK tahun berikutnya maka menggunakan persamaan eksponensial : y = a.e x Keterangan : y = kebutuhan impor MEK, tontahun x = tahun ke- i a = koefisien e = konstanta eksponen yaitu 2,71828 Diperoleh persamaan eksponen : y = 4x10 -68 x e 0,0857x Dari persamaan di atas diketahui bahwa kebutuhan impor MEK di Indonesia pada tahun 2015 adalah : y = 4x10 -68 x e 0,0857x2015 y = 47.000 tontahun Seiring dengan peningkatan kebutuhan MEK di Indonesia dari tahun ke tahun, maka direncanakan pabrik MEK ini akan didirikan pada tahun 2015 dan berorientasi untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri. Untuk menetapkan kapasitas produksi pabrik MEK yang akan didirikan perlu dipertimbangkan kemungkinan penurunan kebutuhan MEK dalam negeri seperti penurunan yang terjadi pada tahun 2004. Oleh karena itu ditetapkanah kapasitas pabrik MEK yang akan didirikan adalah 30.000 tontahun.

II. DESKRIPSI PROSES A.

Jenis Proses MEK mulai dikembangkan pada tahun 1980-an sebagai pelarut cat. Dalam pembuatan MEK dikenal 3 macam metode pembuatan berdasarkan perbedaan bahan bakunya Ullman, 2007. yaitu : 1. Oksidasi n-Butana pada fase cair 2. Oksidasi langsung n-Butana Hoecsht-Wacker Process 3. Dehidrogenasi katalitik sec-Butyl Alcohol pada fase gas 1. Proses oksidasi n-butana fase cair MEK adalah produk samping dari oksidasi n-butana menjadi Asam asetat. Auto oksidasi n-butana fase cair menghasilkan MEK dan Asam asetat. Proses pada reaktor plug flow dikembangkan oleh Union Carbide. MEK dan Asam asetat dengan perbandingan 0,15-0,23 : 1 diperoleh dengan oksidasi fase cair tanpa katalis pada 180 o C dan 5,3 MPa 52 atm. Oksidasi kontinyu dengan reaktor plug flow pada 150 o C dan 6,5 MPa 64 atm dan waktu tinggal 2,7 menit dapat membentuk MEK dan Asam asetat pada rasio 3 :1. Proses batch yang terjadi pada 160 – 165 o C dan 5,7 MPa 56 atm dapat mencapai rasio MEK dan asam asetat 0,4 :1. Kelemahan proses ini adalah adanya korosi akibat adanya oksidasi sehingga memerlukan penanganan khusus terhadap peralatan proses. Ullmans, 1989 2. Proses oksidasi langsung n-butene Hoechst Wacker Process Reaksi ini analog dengan proses Hoechst Wacker untuk produksi asetaldehid via oksidasi etylene. Pada proses oksidasi langsung n-Butena berdasarkan Hoechst-Wacker Process , oksigen dialirkan ke n-butena pada fase yang sama menggunakan PdCl 2 2CuCl 2 dengan mekanisme reaksi redoks. Selanjutnya PdCl 2 dan CuCl 2 dapat terbentuk kembali melalui oksidasi. Reaksi yang terjadi: Akan tetapi proses ini secara komersial tidak baik karena terbentuk hasil samping seperti butiraldehid, butanon terklorinasi, dan karbon dioksida yang akan menurunkan yield . Selain itu juga sulit dalam pemurnian produk. Ullmans, 1989

3. Proses dehidrogenasi katalitik 2-butanol sec-butyl alcohol fase gas

Dehidrogenasi katalitik 2-Butanol Sec-Butil Alkohol merupakan reaksi endotermis yang terjadi pada fase gas. Reaksi yang terjadi: C 4 H 9 OH g C 4 H 8 O g + H 2g Reaksi ini biasanya menggunakan katalis ZnO atau brass dengan temperatur reaksi 200 - 500 o C dan tekanan 1-3 atm. Konversi MEK 98 . Mc Ketta, 1976. Sec-Butyl Alkohol SBA didehidrogenasi pada reaktor fixed bed multitube, panas reaksi disupplay lewat pemanas. Gas hasil reaksi dikondensasikan dan kondensat difraksionasi dalam menara distilasi. Ullmans, 1989

B. Pemilihan Proses

Secara keseluruhan perbandingan ketiga proses di atas dapat dilihat pada Tabel 3 berikut : Tabel 3. Perbandingan Proses Pembuatan MEK Kriteria Dehidrogenasi SBA Oksidasi Butena fase cair Hoecsht-Wacker Bahan Baku Bahan Baku Sec-Butil Alkohol n-Butena n-Butena Proses Reaksi dehidrogenasi oksidasi n Butena pada fase cair Oksidasi n-Butena pada fase gas Kondisi operasi 240 – 350 o C 180 o C 70 o C – 200 o C 1 – 3 atm 52,3 atm Konversi 90-98 86 Katalisator Tembaga,seng oksida atau perunggu Non katalis Oksigen dan katalis asam Produk Produk utama C 4 H 8 O C 4 H 8 O C 4 H 8 O Produk samping Hidrogen Asam asetat n-Butiraldehida Produk Terklorinasi Karbon Dioksida Berdasarkan perbandingan dari metode di atas maka dalam pembuatan MEK ini dipilih metode Dehidrogenasi sec-Butil Alkohol dengan alasan : 1. Konversi yang dihasilkan tinggi yaitu 98 dan tidak terjadi reaksi samping sehingga proses pemurnian produk lebih mudah dan ekonomis. 2. Tekanan operasi lebih rendah 1 – 3 atm dibanding proses oksidasi n-butana fase cair 64 atm. 3. MEK diproduksi sebagai produk utama sehingga kapasitasnya lebih besar dibanding proses oksidasi n-butana. MEK yang terbentuk merupakan produk samping dari produksi asam asetat. 4. Tidak ada permasalahan khusus mengenai korosi seperti pada proses oksidasi n- butana fase cair dan proses oksidasi Hoechst Wacker, sehingga peralatan proses dapat menggunakan bahan-bahan konstruksi dari baja. Ullmans, 1989

C. Uraian Proses

Proses pembuatan MEKdengan reaksi dehidrogenasi 2-Butanol dapat dibagi menjadi 4 tahap, yaitu :

1. Pencampuran Bahan Baku