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