PRARANCANGAN PABRIK NOVOLAC RESIN DARI PHENOL DAN FORMALDEHYDE DENGAN KAPASITAS 20.000 TON/TAHUN (Perancangan Reaktor (RE-201))
ABSTRAK
PRARANCANGAN PABRIK NOVOLAC RESIN
DARI PHENOL DAN FORMALDEHYDE
DENGAN KAPASITAS 20.000 TON/TAHUN
(Perancangan Reaktor (RE-201))
Oleh
HARRY UTOMO P
Pabrik novolac resin, akan didirikan di Gresik. Pabrik ini berdiri dengan
mempertimbangkan ketersediaan bahan baku, sarana transportasi yang memadai,
tenaga kerja yang mudah didapatkan dan kondisi lingkungan.
Pabrik direncanakan memproduksi novolac resin sebanyak 20.000
ton/tahun, dengan waktu operasi 24 jam/hari, 330 hari/tahun. Bahan baku yang
digunakan adalah phenol sebanyak 2.720,7986 kg/jam dan formaldehyde
sebanyak 734,8760 kg/jam.
Penyediaan kebutuhan utilitas pabrik novolac resin berupa: pengadaan air,
pengadaan steam, pengadaan listrik, kebutuhan bahan bakar, dan pengadaan udara
kering.
Bentuk perusahaan adalah Perseroan Terbatas (PT) menggunakan struktur
organisasi line dan staff dengan jumlah karyawan sebanyak 134 orang.
Dari analisis ekonomi diperoleh:
Fixed Capital Investment
(FCI)
= Rp 156.133.242.109
Working Capital Investment
(WCI)
= Rp 27.552.925.078
Total Capital Investment
(TCI)
= Rp 717.952.913.277
Break Even Point
(BEP)
= 55,61 %
Shut Down Point
(SDP)
= 28.83 %
Pay Out Time
(POT)
= 1,36 years
Return on Investment
(ROI)
= 53,78 %
Discounted cash flow
(DCF)
= 61.01 %
Mempertimbangkan paparan di atas, sudah selayaknya pendirian pabrik
novolac resin ini layak dikaji lebih lanjut, karena merupakan pabrik yang
menguntungkan dan mempunyai masa depan yang baik.
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK
DAFTAR ISI ... ................................................................................................................ . i
DAFTAR TABEL ... ............................................................................................. . iii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. vii
DAFTAR GRAFIK .................................................................................................... vii
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Pendirian Pabrik ... ................................................................. 1
B. Kegunaan Produk ... ......................................................................................... 2
C. Analisa Pasar ... .............................................................................................. 3
1. Harga Bahan Baku & Produk .......................................................................... 3
2. Kebutuhan Pasar ... ............................................................................................ 3
D. Lokasi Pabrik ... .......................................................................................... 5
II. PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES
A. Proses Pembuatan Metil Salisilat ... ..................................................................... 8
B. Pemilihan Proses ................................................................................................... 12
1. Kelayakan Ekonomi ... ........................................................................................ 13
2. Kelayakan Teknis ... .............................................................................................. 15
C. Deskripsi Proses ................................................................................................ 22
III. SPESIFIKASI BAHAN BAKU DAN PRODUK
A. Bahan Baku ...................................................................................................... 27
B. Produk .............................................................................................................. 28
1. Produk Utama ... .............................................................................................. 28
2. Produk Samping ... ............................................................................................... 29
IV. NERACA MASSA DAN NERACA ENERGI
A. Neraca Massa ................................................................................................... 30
B. Neraca Energi ... .................................................................................................... 48
i
V. SPESIFIKASI PERALATAN
A. Peralatan Proses .................................................................................................... 65
B. Peralatan Utilitas ... ........................................................................................... 89
VI. UTILITAS DAN PENGOLAHAN LIMBAH
A. Unit Pendukug Proses (Utilitas) ... ......................................................................... .. 117
B. Pengolahan Limbah ... ............................................................................................... 140
C. Laboratorium ............................................................................................................ 143
D. Instrumentasi dan Pengendalian Proses ................................................................ . 147
VII. LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK
A. Lokasi Pabrik ... .......................................................................................................... . 150
B. Tata Letak Pabrik .............................................................................................. . 153
C. Tata Letak Alat Proses ..................................................................................... ... 158
VIII. SISTEM MANAJEMEN DAN OPERASI PERUSAHAAN
A. Bentuk Perusahaan ... ............................................................................................... 160
B. Struktur Organisasi Perusahaan ................................................................................ 163
C. Tugas dan Wewenang... .................................................................................... ... 165
D. Status Karyawan dan Sistem Penggajian ... ...................................................... ... 173
E. Pembagian Jam Kerja Karyawan ... ......................................................................... 174
F. Penggolongan Jabatan dan Jumlah Karyawan ... ..................................................... 176
G. Kesejahteraan Karyawan ... ...................................................................................... . 180
IX. INVESTASI DAN EVALUASI EKONOMI
A. Investasi ... ....................................................................................................................... 184
B. Evaluasi Ekonomi ... .................................................................................................. 188
C. Angsuran Pinjaman ... ....................................................................................... ... 190
D. Discounted Cash Flow ... ......................................................................................... . 191
X. KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................................ . 192
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
ii
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Pada saat ini Indonesia sedang mengalami perkembangan di berbagai bidang
industri. Salah satu industri yang banyak berkembang adalah industri bahan
kimia. Salah satu kebutuhan bahan kimia yang belum terpenuhi adalah resin
Novolac. Resin Novolac adalah resin sintetik yang dibuat dengan
mereaksikan Phenol dan Formaldehyde dengan menggunakan katalis asam.
Resin Novolac memiliki beberapa keunggulan yaitu keras dan tahan terhadap
abrasi, memiliki daya tahan panas yang baik, tahan terhadap korosi dan tahan
terhadap hidrolisis air. Karena itu resin ini banyak digunakan dalam aplikasi
molding compound, seperti untuk gagang gelas, gagang pisau, gagang
setrikaan, pegangan panci dan aplikasi lainnya yang tahan panas dan abrasi.
Proyeksi kebutuhan resin Novolac dalam dan luar negeri semakin meningkat
seiring dengan meningkatnya jumlah industri yang menggunakan resin
Novolac, seperti industri plastik, industri bahan perekat, industri otomotif dan
industri lainnya.
Perencanaan pabrik resin Novolac ini memiliki tujuan utama yaitu untuk
memenuhi kebutuhan dalam negeri yang cenderung meningkat setiap
1
tahunnya dan mengurangi ketergantungan impor Novolac dari negara
tetangga. Saat ini hanya terdapat satu pabrik yang memproduksi resin
Novolac di Indonesia yaitu PT. Indopherin Jaya dengan kapasitas produksi
12.000 ton/tahun, sehingga pendirian pabrik resin Novolac ini diharapkan
mampu mengantisipasi permintaan dalam dan luar negeri. Sehubungan
dengan hal-hal tersebut, maka sangat tepat apabila di Indonesia didirikan
pabrik resin Novolac dengan tujuan untuk memenuhi kebutuhan resin
Novolac dalam negeri, mengurangi ketergantungan impor dan membuka
lapangan kerja baru untuk mengurangi jumlah pengangguran di Indonesia.
B. Kapasitas Perancangan
Kebutuhan resin Novolac di Indonesia terus meningkat dalam beberapa tahun
ini
dan
diperkirakan
akan
terus
meningkat
dikarenakan
semakin
berkembangnya industri plastik dan otomotif. Berikut merupakan data impor
resin Novolac ke Indonesia menurut Kementrian Perindustrian Republik
Indonesia tahun 2007-2011.
Tabel 1.1 Data impor resin Novolac Indonesia
Tahun
Tahun ke
2007
2008
2009
2010
2011
1
2
3
4
5
Impor Novolac
(US$)
31.238.928
36.978.176
50.951.074
61.201.686
65.149.602
Harga Novolac
(US$/kg)
4,06
4,17
3,78
4,02
4,35
Impor Novolac
(ton)
10.208,80
11.665,04
13.479,12
15.224,30
14.976,92
Sumber : www.kemenprin.go.id
2
Berdasarkan data pada Tabel 1.1 maka dapat dibuat regresi linier yang
menyatakan hubungan antara tahun dengan jumlah impor resin Novolac.
Gambar 1.1 Jumlah impor resin Novolac di Indonesia setiap tahun
Persamaan garis hasil regresi linier yang diperoleh adalah sebagai berikut:
……..(1)
y = 1309x + 9182
Pada tahun 2016 saat pembuatan pabrik resin Novolac, diperkirakan impor
sebanyak (ton/tahun)
= 1309(10) + 9182
= 22.272
Sehingga untuk mencukupi kebutuhan resin Novolac di Indonesia pada tahun
ke-10 yaitu tahun 2016 maka kapasitas rancangan pabrik yang akan didirikan
sebesar 20.000 ton/tahun.
Penentuan kapasitas pabrik resin Novolac juga didasarkan pada kapasitas
pabrik resin Novolac yang telah berdiri di berbagai negara seperti Cina,
Jepang, Spanyol dan Amerika Serikat. Kapasitas pabrik resin Novolac yang
pernah berdiri adalah 8.000-50.000 ton/tahun, seperti terlihat pada Tabel 1.2.
3
Tabel 1.2 Produsen resin Novolac di beberapa negara
No.
Produsen
Negara
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Chang Chun Plastics.Co
Georgia Pacific Corporation
Japan’s Sumitomo Chemical
Leuna-Harze Chemical GmbH
Dynea Chemicals
Shandong Shenquan Chemical.Co.Ltd
Nanjing Chemical Industry Park
Haiyan Huaqiang Resin.Co.Ltd
Cina
Amerika
Jepang
Jerman
Rusia
Cina
Cina
Cina
Kapasitas
(ton/tahun)
30.000
43.000
35.000
40.000
50.000
45.000
30.000
8.000
Sumber: www.freedoniagroup.com
Di Indonesia, industri yang memproduksi resin Novolac adalah:
Nama Pabrik
: Indopherin Jaya
Lokasi
: Jl. Brantas Km1 Probolinggo, Jawa Timur
Kapasitas
: 12.000 ton/tahun
Berdiri sejak
: tahun 1996
Berdasarkan pada pertimbangan-pertimbangan di atas, maka dirancang
pendirian pabrik resin Novolac pada tahun 2016 dengan kapasitas produksi
20.000 ton/tahun. Dengan kapasitas produksi tersebut diharapkan dapat
mencukupi kebutuhan resin Novolac dalam negeri yang terus meningkat dan
mengurangi ketergantungan impor resin Novolac dari negara-negara lain.
C. Lokasi Pabrik
Untuk menentukan lokasi pendirian suatu pabrik, perlu diperhatikan beberapa
pertimbangan yang menentukan keberhasilan dan kelangsungan kegiatan
industri pabrik tersebut, baik produksi maupun distribusinya. Oleh karena itu
pemilihan lokasi pabrik harus memiliki pertimbangan tentang biaya distribusi
4
dan biaya produksi yang minimum agar pabrik dapat terus beroperasi dengan
keuntungan yang maksimal. Faktor-faktor lain selain biaya yang perlu
dipertimbangkan dalam menentukan lokasi pabrik adalah diantaranya adalah
ketersediaan bahan baku, transportasi, utilitas, lahan dan tersedianya tenaga
kerja. Berdasarkan pertimbangan di atas, maka lokasi pabrik resin Novolac
dipilih di daerah Gresik (Jawa Timur) dengan pertimbangan sebagai berikut:
1. Penyediaan bahan baku
Bahan baku merupakan faktor yang sangat penting yang harus
dipertimbangkan
dalam
pemilihan
lokasi.
Pabrik
resin
Novolac
menggunakan bahan baku Phenol, Formaldehyde, dan Oxalic acid.
Kebutuhan Phenol diperoleh dari PT. Kumenindo Kridanusa yang berada
di Balongan (Indramayu) dengan kapasitas produksi 120.000 ton/tahun.
Formaldehyde diperoleh dari PT. Arjuna Kimia Utama yang berada di
Surabaya dengan kapasitas 24.540 ton/tahun. Oxalic acid diperoleh dari
PT. Delphia Prima Jaya yang berada di Jawa Timur (Surabaya). Dilihat
dari segi bahan baku, maka pemilihan lokasi di daerah Gresik (Jawa
Timur) adalah tepat karena dekat dengan sumber bahan baku yang
sebagian besar berada di daerah Jawa Timur.
5
Gambar 1.2 Peta Letak Pabrik
2.
Fasilitas transportasi
Transportasi sangat dibutuhkan sebagai penunjang utama untuk
penyediaan bahan baku dan pemasaran produk. Gresik memiliki sarana
transportasi darat yang cukup baik juga pelabuhan yang cukup besar
yaitu pelabuhan Tanjung Perak, sebagai transportasi udara Jawa Timur
juga memiliki bandara Juanda. Tersedia sarana transportasi darat, laut
dan udara dapat menghubungkan Jawa Timur dengan kota-kota lain
sehingga dapat memperlancar distribusi hasil produksi dan diharapkan
hubungan antar daerah tidak mengalami hambatan.
3.
Unit Pendukung (Utilitas)
Fasilitas yang terdiri dari penyediaan air, bahan bakar dan listrik
mengharuskan lokasi pabrik dekat dengan sumber tersebut. Kebutuhan
pabrik akan air sangat banyak, untuk itu diperlukan lokasi yang dapat
memenuhinya. Jawa Timur juga memiliki beberapa sumber air yang
dapat digunakan untuk keperluan air pabrik, seperti Sungai Brantas,
6
waduk Gunung Rowo, dan Kalimas. Untuk kebutuhan bahan bakar dapat
diperoleh dari PT. Pertamina RU-VI Balongan dan PT Indogas Kriya
Dwiguna, untuk kebutuhan akan listrik didapat dari PT. PLN (Perusahaan
Listrik Negara).
4.
Lahan
Meskipun harga tanah di Gresik lebih mahal, namun nilai investasinya
cukup tinggi karena Gresik merupakan daerah kawasan industri yang
akan terus berkembang.
5.
Tenaga Kerja
Daerah Gresik merupakan daerah yang memiliki banyak industri,
sehingga kepadatan penduduknya pasti tinggi. Disana juga terdapat
universitas-universitas ternama sehingga tenaga kerja terdidik dan tidak
terdidik dapat tercukupi.
6.
Karakterisasi lokasi
Karakterisasi lokasi menyangkut iklim di daerah tersebut, yang tidak
rawan terjadinya banjir. Dalam hal ini daerah Gresik, Jawa Timur bisa
digunakan sebagai lokasi pendirian pabrik resin Novolac.
7.
Perijinan
Lokasi pabrik dipilih pada daerah khusus untuk kawasan Industri,
sehingga memudahkan dalam perijinan pendirian pabrik.
7
BAB X
SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Berdasarkan hasil analisis ekonomi
yang telah dilakukan terhadap
Prarancangan Pabrik Novolac dengan kapasitas 20.000 ton per tahun dapat
diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Percent Return on Investment (ROI) sesudah pajak sebesar 53,7971%.
2. Pay Out Time (POT) sesudah pajak 1,3644 tahun.
3. Break Even Point (BEP) sebesar 55,6157% dan Shut Down Point (SDP)
sebesar
28,8346%, yakni batasan kapasitas produksi sehingga pabrik
harus berhenti berproduksi karena merugi.
4. Discounted Cash Flow Rate of Return (DCF) sebesar 41,7986%, lebih
besar dari suku bunga bank saat ini, sehingga investor akan lebih memilih
untuk menanamkan modalnya ke pabrik ini daripada ke bank.
B. Saran
Berdasarkan pertimbangan hasil analisis ekonomi di atas, maka dapat diambil
kesimpulan bahwa Pabrik Novolac dengan kapasitas 20.000 ton per tahun
layak untuk dikaji lebih lanjut dari segi proses maupun ekonominya.
DAFTAR PUSTAKA
Banchero, B. 1955. Chemical Engineering Series. Mc Graw Hill in Chemical
Engineering. New York.
Biegler, T. 1997. Systematic Methods of Chemical Process Design. Prentice Hall
International. London.
Brown, G. 1950. Unit Operations.John Wiley and Sons. New York.
Brownell, L.E., Edwin, H.,Y. 1959. Process Equipment Design. Wiley Eastern
Limited. India.
Chandavasu, C. 1997. Pervaporation-Assisted Esterification of Salicylic Acid,
New Jersey’s Science & Technology University. New Jersey.
Coulson, J.M., Ricardson, J.,F. 1983. Chemical Engineering, Vol 6. Pergamon
Press Inc. New York.
Coulson, J.M., Ricardson, J.,F. 2005. Chemical Engineering, Vol 6. Elsevier. New
York.
D’Souza, J., N Nagaraju. 2007. Esterification of Salicylic Acid with
Methanol/Dimethyl Carbonate over Anion-Modified Metal Oxides. “Indian
Journal of Chemical Technology, Vol. 14, pp. 292-300”. Department of
Chemistry, St. Joseph’s College Research Centre. India.
Fieser, L.F., K.L. Williamson. 1992. Organic Experiments, Seventh Edition. D.C.
Heath and Company. USA.
Fogler, H.S. 1999. Elements of Chemical Reaction Engineering. Prentice Hall
International Inc. New Jersey.
Himmelblau, D.M. 1989. Basic Principles and Calculations in Chemical
Engineering, Fifth Edition. Prentice Hall International. London.
Hoffman, R.V. 2004. Organic Chemistry an Intermediate Text, Second Edition.
John Wiley & Sons, Inc. USA.
Kern, D.Q. 1983. Process Heat Transfer. McGraw-Hill Book Company. New
York.
Kirk, R.E., D. F. Othmer. 1998. Encyclopedia of Chemical Technology. John
Wiley & Sons, Inc. USA.
Lapczynski, A.L., Jones, D. McGinty, S.P. Bhatia, C.S. Letizia, A.M. Api. 2007.
Fragrance Material Review on Methyl Salicylate. Elsevier. USA.
Levenspiel, O. 1972. Chemical Reaction Engineering 2nd edition. John Wiley
and Sons Inc. New York.
Lide, D.R. 2001. Handbook of Chemistry and Physic. CRC Press LLC. Boca
Raton.
McCabe, W.L., Smith, J.C. 1985. Operasi Teknik Kimia. Erlangga. Jakarta.
Megyesy, E.F. 1983. Pressure Vessel Handbook. Pressure Vessel Handbook
Publishing Inc. USA.
Perry, R.H., Don W. Green. 1999. Chemical Engineers’ Handbook, Sevent
Edition. The McGraw-Hill Companies, Inc. USA.
Praunitz, Reid . 1999. The properties of Gases & Liquid’ Handbook, fourth
Edition. The McGraw-Hill Companies, Inc. USA.
Peter, M.S., Timmerhause, K.D. 1991. Plant Design an Economic for Chemical
Engineering 3ed. McGraww-Hill Book Company. New York.
Smith, M.B., J. March. 2007. March’s Advanced Organic Chemistry Reaction,
Mechanisms, and Structure. John Wiley $ Sons, Inc. USA.
Southern Ionics Incorporated. 2003. Material Safety Data Sheet. Southern Ionics
Incorporated. Treyball, R.E. 1983. Mass Transfer Operation 3ed. McGraw-Hill Book Company.
New York.
Ulmann, 2007. Ulmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. VCH
Verlagsgesell Scahft, Wanheim, Germany.
Ulrich, G.D. 1984. A Guide to Chemical Engineering Process Design and
Economics. John Wiley & Sons Inc. New York.
Wallas. S.M. 1988. Chemical Process Equipment. Butterworth Publishers.
Stoneham USA.
Yaws, C.L. 1997. Handbook of Chemical Compound Data for Process Safety.
Gulf Publishing Company. Houston. Texas.
Yaws, C.L. 2003. Yaws' Handbook of Thermodynamic and Physical Properties of
Chemical Compounds. Knovel, Norwich. New York.
Yaws, C.L. 2008. Thermophysical Properties of Chemicals and Hydrocarbons.
William Andrew. Texas. USA.
www.alibaba.com (diakses pada tanggal 13 Maret 2013)
http://www.bi.go.id/biweb/Templates/Moneter/Default_Kalkulator_ID.aspx?NR
MODE=Published&NRNODEGUID={D9969323-A57D-43C7-95B2E3E412B8C22B}&NRORIGINALURL=%2fweb%2fid%2fMoneter%2fK
alkulator%2bKurs%2f&NRCACHEHINT=Guest (diakses pada tanggal 17
Februari 2013)
http://www.bi.go.id/web/id/Moneter/Kurs+Bank+Indonesia/Kurs+Uang+Kertas+
Asing/ (diakses pada tanggal 8 November 2013)
http://www.ceicdata.com/search_campaign.html?ui_lang=EN&how_hear=110&s
page=11309&gclid=CMiM35rY6LsCFWgF4godymEAdA#page=page-1
(diakses pada tanggal 17 Februari 2013)
http://www.kemenperin.go.id/informasi/import/resin-formaldehyde/ (diakses pada
tanggal 15 Desember 2012)
LAMPIRAN F
TUGAS KHUSUS REAKTOR RE-201
Fungsi
: Tempat mereaksikan phenol dan formaldehyde
menjadi novolak resin
: Plugh flow reactor, Reaktor alir pipa
: Steel pipe SA-283 Grade A
: Tahan terhadap korosi
o
Temperatur fluida
30 C
Tekanan
1 Atm
Tipe
Bahan
Pertimbangan
Kondisi Operasi
RE-201
Gambar. Reaktor Novolac Resin
Reaksi yang terjadi
C6H5OH(aq)
+
:
CH2O(aq) ------->
A. Sifat-sifat fisis :
1. Densitas
Fluida masuk :
Massa Masuk
Komponen
(Kg/Jam )
C6H5OH
CH2O
C2H2O4
H2 O
C7H6O
Total
Fluida keluar :
2720.80
694.67
31.94
1218.15
1.23
4666.78
C7H6O(l)
+
wi
Densitas
(Kg/m3)
1065.58
726.04
1684.17
1000.00
1174.06
1002.18
0.58
0.15
0.01
0.26
0.00
1.00
H2O(l)
Massa Keluar
wi
Densitas
(Kg/jam)
(Kg/m3)
C6H5OH
544.16
0.12
1000.83
CH2O
0.00
532.49
0.00
C2H2O4
0.01
1584.31
31.94
H2O
0.35
998.18
1634.95
C7H6O
0.53
1899.52
2455.73
Total
1.00
1476.80
4666.78
Sehingga densitas rata-rata fluida dalam reaktor :
3
Densitas rata-rata = (1022.46 + 1476.80 ) Kg/m
2
3
= 1239.49 Kg/m
Komponen
2. Viskositas
Fluida masuk :
Massa Masuk
Komponen
(Kg/Jam)
2720.80
C6H5OH
694.67
CH2O
31.94
C2H2O4
H2 O
1218.15
C7H6O
1.23
Total
4666.78
Fluida keluar :
Massa Keluar
Komponen
(Kg/Jam)
2720.80
C6H5OH
694.67
CH2O
31.94
C2H2O4
H2 O
1218.15
C7H6O
1.23
Total
4666.78
wi
0.58
0.15
0.01
0.26
0.00
1.00
wi
0.58
0.15
0.01
0.26
0.00
1.00
Viskositas
(cp)
5.29
0.07
41.24
0.40
1174.06
3.79
Viskositas
(cp)
1.13
0.05
3.16
0.40
1899.52
1.29
sehingga viskositas rata-rata fluida dalam reaktor :
Viskositas rata-rata = ( 4.06 + 1.29 ) cp
2
= 2.54136 cp
3. Tekanan Uap
Fluida masuk :
T=
Komponen
C6H5OH
CH2O
C2H2O4
H2O
C7H6O
Total
303.2 K
30
C
Psat
x
Pin
1E-03
0.2409 0.00024
6.127
0.1927 1.18096
5E-05
0.0030 1.6E-07
1E-04
0.0001 1.4E-08
0.042
0.5633 0.02373
1.20492
Fluida keluar
T=
380.8 K
107.634
sat
x
Pin
Komponen P
CH2O
0.074
0.0482 0.00359
C2H2O4
39.78
0.0000
0
H2O
0.054
0.0030 0.00016
C7H6O
0.011
0.1928 0.00203
Total
1.316
0.7560 0.9952
Total
1.00098
sehingga tekanan uap rata-rata fluida dalam reaktor :
P = ( 1.2049 + 1.001 ) atm
2
= 1.103 atm
sehingga Pipa didesain tekanan 10% lebih besar dari tekanan operasi :
= 1,1 x 1,1025 atm = 1.21324 atm
B. Perhitungan Produksi Tiap Jam
Pabrik beroperasi secara kontinyu yaitu selama 24 jam x 330 hari
dalam setahun. Kapasitas produksi Novolak Resin adalah
20.000 ton/th :
= 20000
ton
tahun
= 2525,2525
1tahun
330 hari
1 hari
24 jam
1000 kg
ton
kg
jam
Bahan baku yang tersedia mempunyai komposisi sebagai berikut :
1. Umpan segar Phenol, (dalam % berat) :
Phenol
=
99%
Formaldehyde
=
1%
2. Umpan segar Formaldeyde, (dalam % berat) :
Formaldehyde
=
37%
Air
=
63%
3. Umpan Katalis Oksalic Acid
Oxalic Acid
=
99%
Air
=
1%
Pada umpan segar, perbandingan berat phenol dan formaldeyhe
dan katalis oksalik acid adalah :
Phenol : Formaldehyde : Oksalic Acid = 1 : 1.25 : 0.01
C.
Neraca di Elemen Volume Reaktor
Reaktor alir pipa selalu bekerja secara steady state kecuali pada
saat mulai (start up) dan akhir suatu operasi (shut down), sehingga
akumulasi tidak ada.
1.
Neraca massa pada elemen volume reaktor :
Skema aliran bahan :
Umpan
reaktor
FZ
F Z Z
Hasil
reaksi
Z Z Z
Rate of mass input – rate of mass output – rate of mass reaction
= rate of mass accumulation
Fa|Z
Fa|Z+
-
(- r ) . /4 . Di2 . Z = 0
Fa | Z - Fa | Z Z
Z
-
( r) . /4 . Di2 = 0
-
Z 0 :
dFa
(r ) . /4 . Di2 = 0
dZ
diketahui :
Fa = Fao . (1 – X)
( r)
= k . Ca
= k . Cao . (1 - Xa)
maka :
Fao.
dX
dZ
dX
dZ
= /4. Di2. k . Cao . (1 – Xa)
=
/4 .
Di 2
. k . Cao . (1 – X)
Fao
1)
………………
dengan :
Fa = kecepatan aliran massa komponen , kmol/j.
Di = diameter dalam pipa-pipa reaktor, m.
k = konstanta kecepatan reaksi
Xa = konversi terhadap Formaldehyde.
Cao = konsentrasi mula-mula Formaldehyde, kmol/m3
Z = panjang reaktor, m.
2.
Neraca panas pada elemen volume reaktor :
Untuk konversi akhir Xa, maka :
Phenol + Formaldehyde
Novolak + Air
X = 0 : FPo
Fao
0
0
X = Xa : Fao(1-Xa)
Fa (1- Xa)
Fao.Xa
Fao(1-Xa)
Umpan
reaktor
Hasil
reaksi
Z Z
Z
Basis : Entalpi semua unsur stabil pada suhu standar (TR) nilainya = 0
Rate of heat input – rate of heat output + rate of heat reaction = rate of
heat accumulation
sistem operasi kontinu sehingga rate of heat accumulation = 0
F .H
F .H
i
Z
-
i
i
Z
-
F .H
F .H
i
i
Z Z
i
i
Z Z
Fi.Hi Fi.Hi
Z
Z Z
Z
+ H (r )A.Z = 0
= H (r) / 4.D^2.Z
=
R
R
H (r ) / 4.D^2
R
Z → 0, maka :
jika :
i
d
dZ
d
dZ
Fi.Hi
Fi.Hi
=
=
H (r ) / 4.D^2
R
H (K.Cao(1 X ) / 4.D^2
R
diketahui :
dHi = cpi . dT
Oksalic Acid dianggap sebagai inert, sehingga
dT
=
dZ
(dFi)inert = 0
H . K .Cao(1 X ) .D^2
4. Fi.cpi
R ,T
Fi.cpi = Fao (CPi + ∆CP)
H R,T . K .Cao(1 X ). .D^2 ………………………
dT
2)
=
dZ
4. Fao (CPi + CP)
C. Menghitung Panjang Reaktor
data untuk persamaan 1 dan 2
Volume umpan masuk :
Mr
94
30
18
106
106
Komponen
C6H5OH
CH2O
C2H2O4
H2O
C7H6O
Total
kmol/jam
28.9448
23.1558
0.35485
67.675
0.01156
120.142
m3
1161.0658
296.44235
13.628318
519.82788
0.522922
1991.4873
1. Konsentrasi
3
Vo = 1991 m
Fao = 23.16 Kmol
sehingga Cao = Fao/Vo =
3
0.01163 Kmol/m
2. Kinetika
dari jurnal diketahui :
(-E/RT)
Ln k = A e
dengan :
E = 85.53 kj/mol =
85530 kj/kmol
-1
A=
8
h-1 =
0.0023 s
R = 8.314
L atm/ mol K
= 8314 Kj/Kmol K
sehingga :
(-E/RT)
k = exp ( A e
((-85530)/8314 T))
= exp ( 0.0023) e
3. Data Entalpi
Kapasitas panas masing-masing komponen adalah sebagai fungsi
suhu : Cp phenol, Cp Formaldehyde, Cp Oksalic Acid, Cp Novolak,
Cp Air = f (T), maka :
H R , T =
TR
fi . cpiReaktan dT
+ Ho R ,TR +
fi . cpi
Phenol + Formaldehyde
Novolak Resin + Air
Untuk panas pembentukan standar :
Ho R , TR = ( H o R,TR. produk - H o R,TR.reak tan )
dT
Pr oduk
TR
T
Reaksi :
T
Ho R , TR = ( H o f ,TR, Novolak + H o f ,TR, Air ) - ( H o f ,TR, Phenol + H o f ,TR, Formaldehyde )
Dengan :
H o f ,TR, NovolakRe sin
= -69.680 kj/kmol.
H o f ,TR, Air
= -242.000 kj/kmol.
H o f ,TR, Phenol
= -96.420 kj/kmol.
H o f ,TR, Formaldehyde
= -116.000 kj/kmol.
Sehingga :
H o R ,TR
= -99.260 kj/kmol.
Cpi
= A + BT + CT2 + DT3 Kj/ Kmol K
TR
= 25 0C
T in
0
= 30 C
Komponen
C6H5OH
CH2O
C2H2O4
C7H6O
H2O
= 298.15 K
= 303.15 K
Konstanta kapasitas panas
Konstanta
A
B
C
3.86E+01
1.1E+00 -2.49E-03
4.42E+01
4.0E-01 -1.54E-03
-4.27E+01
1.0E+00 -1.97E-03
-2.79E+02
5.4E+00 -4.81E-03
1.9E-03 1.06E-05
3.22E+01
D
2.28E-06
3.03E-06
1.50E-06
1.74E-06
-3.60E-09
dengan :
HRo,T = Panas reaksi standar pada suhu standar T, Kj/ Kmol.
Fao =
D=
X=
T=
Z=
Fi =
cpi =
f =
Laju alir umpan Formldehyde, kmol/jam.
Diameter dalam pipa, m.
Konversi reaksi terhadap Formaldehyde
Suhu reaksi pada reaktor, K.
Panjang reaktor, m.
Laju alir komponen i, kmol/jam.
Panas jenis komponen i, J/mol K
koefisien stoikiometri
4. Diameter pipa reaktor
Diameter reaktor dioptimasi menggunakan persamaan :
dengan :
m (Laju alir massa)
=
=
=
=
=
=
=
=
=
1.2963314 kg/s
2.857918 lb/s
1014.2128 Kg/m^3
� ( Densitas )
63.315275 lb/ft^3
µ ( Viskositas)
2.675209 Kg/m jam
0.0004994 lb/ft s
n ( Efisiensi pompa)
0.85
85%
Ci ( Biaya tahunan)
5.7
$/tahun
=
840 Rp/kWh
Co ( Biaya listrik)
=
7358400 ($/tahun)/(lb Ft^2/s^3)
sehingga diameter optimum pipa reaktor :
0 0.391 ft
=
=
dari pipa standar dipilih :
ID = 4.026
in =
sch= 40
OD = 4.5
in
t= 0.474
in
w= 10.8
lb/ft
0.1191372 m
4.6904421 in
0.1022604 m
sehingga diperoleh 2 buah persamaan dari neraca massa dan neraca
–
panas sebagai
berikut :
dX
dZ
/4 .
=
–
Di 2
. k . Cao . (1 – X) ……..1)
………………
Fao
dan
H . K .Cao(1 X ). .D^2
4. Fao (CPi + CP)
dT
=
dZ
R ,T
…….2)
5. Panjang reaktor
Panjang pipa reaktor diperoleh dengan melanyelesaikan persamaan 1)
dan 2) secara simultan dengan bantuan Pemograman Komputer
Matlab berupa Simulink Simultan Deffrential Equation
diperoleh panjang pipa (untuk konversi 0.9999 = 1)
adalah :
229 meter
Volume reaktor
=
1.88079 m3
6. Tebal pipa
tebal pipa dihitung menggunakan persamaan :
t
dengan :
Pd
20 d P
P = Tekanan desain (lb/in2)
d = diameter luar pipa (in)
d= Design stress (lb/in2)
16.17
4.5
1875
Tekanan operasi pipa adalah 1 atm dan diambil faktor keamanan untuk
desain 10%, sehingga tekanan desain = 1.1
atm
= 16.165545 lb/in2
t
24.24832lb/in2 4.5in
(20 x 18750)lb/in2 24.24832lb/in2
= 0.00194 in
Berdasarkan Tabel.11 Brownell & Young untuk bahan steel pipe
diperoleh tebal pipa = 0.474 in sehingga untuk tebal = in memenuhi.
7. Susunan Panjang Pipa
Pipa reaktor sepanjang 229 m tersebut disusun menyerupai huruf s
yang berulang dan bertingkat.
Pipa /
sambungan
Panjang /
Panjang ekuivalen
(ft)
(m)
Pipa Lurus
21
Union
0.06234
Pipa U
7.66953
Panjang keseluruhan
tambahan
16.403
Total
Jumlah
(meter)
6.4008
0.20452
2.33767
16
32
15
5.000
5
8. Susunan rangka pipa reaktor
Menghitung tinggi rak :
TAMPAK SAMPING
Clearance
Clearance
Clearance
Clearance
jarak antar lantai adalah = clearance + OD pipa
OD =
4.5 in
= 0.1143 m
D t
Total
R1
102.41280
6.54467
115.04295
224.00042
4.99958
229
sedangkan clearance = diameter lingkaran dalam pipa U
Panjang equivalen untuk Pipa U =
1/2 keliling lingkaran dengan jari-jari
dari ID pipa U dari sumbu lingkaran.
2.338
=
2 (Pi) R
dengan :
R=
1/2 OD + R1
R=
0.05715
+
R1
sehingga :
2.338 =
2.338 =
R1
=
2 (3.14) ( 0.05715 + R1 )
0.359
+
6.28 R1
0.315 m
sehingga clearance =
jadi jarak antar lantai =
=
0.63 m
clearance + OD
0.7443 m
karena ada 4 lantai, jadi tinggi rak =
2.9772 m
9. Dimensi rak penyangga pipa :
PENYANGGA PIPA REAKTOR
1 Rak disusun menjadi 4 lantai bertingkat
2 Pipa lurus disusun sebanyak 4 buah untuk tiap rak
3 Rak penyangga disambung dengan sistem baut
Panjang rak = Panjang pipa lurus + 2 OD
=
6.6294 m
Lebar rak = 4 (OD + clearance )
=
2.9772 m
Tinggi rak =
2.9772 m
8 Rak Penyangga pipa reaktor
PRARANCANGAN PABRIK NOVOLAC RESIN
DARI PHENOL DAN FORMALDEHYDE
DENGAN KAPASITAS 20.000 TON/TAHUN
(Perancangan Reaktor (RE-201))
Oleh
HARRY UTOMO P
Pabrik novolac resin, akan didirikan di Gresik. Pabrik ini berdiri dengan
mempertimbangkan ketersediaan bahan baku, sarana transportasi yang memadai,
tenaga kerja yang mudah didapatkan dan kondisi lingkungan.
Pabrik direncanakan memproduksi novolac resin sebanyak 20.000
ton/tahun, dengan waktu operasi 24 jam/hari, 330 hari/tahun. Bahan baku yang
digunakan adalah phenol sebanyak 2.720,7986 kg/jam dan formaldehyde
sebanyak 734,8760 kg/jam.
Penyediaan kebutuhan utilitas pabrik novolac resin berupa: pengadaan air,
pengadaan steam, pengadaan listrik, kebutuhan bahan bakar, dan pengadaan udara
kering.
Bentuk perusahaan adalah Perseroan Terbatas (PT) menggunakan struktur
organisasi line dan staff dengan jumlah karyawan sebanyak 134 orang.
Dari analisis ekonomi diperoleh:
Fixed Capital Investment
(FCI)
= Rp 156.133.242.109
Working Capital Investment
(WCI)
= Rp 27.552.925.078
Total Capital Investment
(TCI)
= Rp 717.952.913.277
Break Even Point
(BEP)
= 55,61 %
Shut Down Point
(SDP)
= 28.83 %
Pay Out Time
(POT)
= 1,36 years
Return on Investment
(ROI)
= 53,78 %
Discounted cash flow
(DCF)
= 61.01 %
Mempertimbangkan paparan di atas, sudah selayaknya pendirian pabrik
novolac resin ini layak dikaji lebih lanjut, karena merupakan pabrik yang
menguntungkan dan mempunyai masa depan yang baik.
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK
DAFTAR ISI ... ................................................................................................................ . i
DAFTAR TABEL ... ............................................................................................. . iii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. vii
DAFTAR GRAFIK .................................................................................................... vii
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Pendirian Pabrik ... ................................................................. 1
B. Kegunaan Produk ... ......................................................................................... 2
C. Analisa Pasar ... .............................................................................................. 3
1. Harga Bahan Baku & Produk .......................................................................... 3
2. Kebutuhan Pasar ... ............................................................................................ 3
D. Lokasi Pabrik ... .......................................................................................... 5
II. PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES
A. Proses Pembuatan Metil Salisilat ... ..................................................................... 8
B. Pemilihan Proses ................................................................................................... 12
1. Kelayakan Ekonomi ... ........................................................................................ 13
2. Kelayakan Teknis ... .............................................................................................. 15
C. Deskripsi Proses ................................................................................................ 22
III. SPESIFIKASI BAHAN BAKU DAN PRODUK
A. Bahan Baku ...................................................................................................... 27
B. Produk .............................................................................................................. 28
1. Produk Utama ... .............................................................................................. 28
2. Produk Samping ... ............................................................................................... 29
IV. NERACA MASSA DAN NERACA ENERGI
A. Neraca Massa ................................................................................................... 30
B. Neraca Energi ... .................................................................................................... 48
i
V. SPESIFIKASI PERALATAN
A. Peralatan Proses .................................................................................................... 65
B. Peralatan Utilitas ... ........................................................................................... 89
VI. UTILITAS DAN PENGOLAHAN LIMBAH
A. Unit Pendukug Proses (Utilitas) ... ......................................................................... .. 117
B. Pengolahan Limbah ... ............................................................................................... 140
C. Laboratorium ............................................................................................................ 143
D. Instrumentasi dan Pengendalian Proses ................................................................ . 147
VII. LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK
A. Lokasi Pabrik ... .......................................................................................................... . 150
B. Tata Letak Pabrik .............................................................................................. . 153
C. Tata Letak Alat Proses ..................................................................................... ... 158
VIII. SISTEM MANAJEMEN DAN OPERASI PERUSAHAAN
A. Bentuk Perusahaan ... ............................................................................................... 160
B. Struktur Organisasi Perusahaan ................................................................................ 163
C. Tugas dan Wewenang... .................................................................................... ... 165
D. Status Karyawan dan Sistem Penggajian ... ...................................................... ... 173
E. Pembagian Jam Kerja Karyawan ... ......................................................................... 174
F. Penggolongan Jabatan dan Jumlah Karyawan ... ..................................................... 176
G. Kesejahteraan Karyawan ... ...................................................................................... . 180
IX. INVESTASI DAN EVALUASI EKONOMI
A. Investasi ... ....................................................................................................................... 184
B. Evaluasi Ekonomi ... .................................................................................................. 188
C. Angsuran Pinjaman ... ....................................................................................... ... 190
D. Discounted Cash Flow ... ......................................................................................... . 191
X. KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................................ . 192
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
ii
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Pada saat ini Indonesia sedang mengalami perkembangan di berbagai bidang
industri. Salah satu industri yang banyak berkembang adalah industri bahan
kimia. Salah satu kebutuhan bahan kimia yang belum terpenuhi adalah resin
Novolac. Resin Novolac adalah resin sintetik yang dibuat dengan
mereaksikan Phenol dan Formaldehyde dengan menggunakan katalis asam.
Resin Novolac memiliki beberapa keunggulan yaitu keras dan tahan terhadap
abrasi, memiliki daya tahan panas yang baik, tahan terhadap korosi dan tahan
terhadap hidrolisis air. Karena itu resin ini banyak digunakan dalam aplikasi
molding compound, seperti untuk gagang gelas, gagang pisau, gagang
setrikaan, pegangan panci dan aplikasi lainnya yang tahan panas dan abrasi.
Proyeksi kebutuhan resin Novolac dalam dan luar negeri semakin meningkat
seiring dengan meningkatnya jumlah industri yang menggunakan resin
Novolac, seperti industri plastik, industri bahan perekat, industri otomotif dan
industri lainnya.
Perencanaan pabrik resin Novolac ini memiliki tujuan utama yaitu untuk
memenuhi kebutuhan dalam negeri yang cenderung meningkat setiap
1
tahunnya dan mengurangi ketergantungan impor Novolac dari negara
tetangga. Saat ini hanya terdapat satu pabrik yang memproduksi resin
Novolac di Indonesia yaitu PT. Indopherin Jaya dengan kapasitas produksi
12.000 ton/tahun, sehingga pendirian pabrik resin Novolac ini diharapkan
mampu mengantisipasi permintaan dalam dan luar negeri. Sehubungan
dengan hal-hal tersebut, maka sangat tepat apabila di Indonesia didirikan
pabrik resin Novolac dengan tujuan untuk memenuhi kebutuhan resin
Novolac dalam negeri, mengurangi ketergantungan impor dan membuka
lapangan kerja baru untuk mengurangi jumlah pengangguran di Indonesia.
B. Kapasitas Perancangan
Kebutuhan resin Novolac di Indonesia terus meningkat dalam beberapa tahun
ini
dan
diperkirakan
akan
terus
meningkat
dikarenakan
semakin
berkembangnya industri plastik dan otomotif. Berikut merupakan data impor
resin Novolac ke Indonesia menurut Kementrian Perindustrian Republik
Indonesia tahun 2007-2011.
Tabel 1.1 Data impor resin Novolac Indonesia
Tahun
Tahun ke
2007
2008
2009
2010
2011
1
2
3
4
5
Impor Novolac
(US$)
31.238.928
36.978.176
50.951.074
61.201.686
65.149.602
Harga Novolac
(US$/kg)
4,06
4,17
3,78
4,02
4,35
Impor Novolac
(ton)
10.208,80
11.665,04
13.479,12
15.224,30
14.976,92
Sumber : www.kemenprin.go.id
2
Berdasarkan data pada Tabel 1.1 maka dapat dibuat regresi linier yang
menyatakan hubungan antara tahun dengan jumlah impor resin Novolac.
Gambar 1.1 Jumlah impor resin Novolac di Indonesia setiap tahun
Persamaan garis hasil regresi linier yang diperoleh adalah sebagai berikut:
……..(1)
y = 1309x + 9182
Pada tahun 2016 saat pembuatan pabrik resin Novolac, diperkirakan impor
sebanyak (ton/tahun)
= 1309(10) + 9182
= 22.272
Sehingga untuk mencukupi kebutuhan resin Novolac di Indonesia pada tahun
ke-10 yaitu tahun 2016 maka kapasitas rancangan pabrik yang akan didirikan
sebesar 20.000 ton/tahun.
Penentuan kapasitas pabrik resin Novolac juga didasarkan pada kapasitas
pabrik resin Novolac yang telah berdiri di berbagai negara seperti Cina,
Jepang, Spanyol dan Amerika Serikat. Kapasitas pabrik resin Novolac yang
pernah berdiri adalah 8.000-50.000 ton/tahun, seperti terlihat pada Tabel 1.2.
3
Tabel 1.2 Produsen resin Novolac di beberapa negara
No.
Produsen
Negara
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Chang Chun Plastics.Co
Georgia Pacific Corporation
Japan’s Sumitomo Chemical
Leuna-Harze Chemical GmbH
Dynea Chemicals
Shandong Shenquan Chemical.Co.Ltd
Nanjing Chemical Industry Park
Haiyan Huaqiang Resin.Co.Ltd
Cina
Amerika
Jepang
Jerman
Rusia
Cina
Cina
Cina
Kapasitas
(ton/tahun)
30.000
43.000
35.000
40.000
50.000
45.000
30.000
8.000
Sumber: www.freedoniagroup.com
Di Indonesia, industri yang memproduksi resin Novolac adalah:
Nama Pabrik
: Indopherin Jaya
Lokasi
: Jl. Brantas Km1 Probolinggo, Jawa Timur
Kapasitas
: 12.000 ton/tahun
Berdiri sejak
: tahun 1996
Berdasarkan pada pertimbangan-pertimbangan di atas, maka dirancang
pendirian pabrik resin Novolac pada tahun 2016 dengan kapasitas produksi
20.000 ton/tahun. Dengan kapasitas produksi tersebut diharapkan dapat
mencukupi kebutuhan resin Novolac dalam negeri yang terus meningkat dan
mengurangi ketergantungan impor resin Novolac dari negara-negara lain.
C. Lokasi Pabrik
Untuk menentukan lokasi pendirian suatu pabrik, perlu diperhatikan beberapa
pertimbangan yang menentukan keberhasilan dan kelangsungan kegiatan
industri pabrik tersebut, baik produksi maupun distribusinya. Oleh karena itu
pemilihan lokasi pabrik harus memiliki pertimbangan tentang biaya distribusi
4
dan biaya produksi yang minimum agar pabrik dapat terus beroperasi dengan
keuntungan yang maksimal. Faktor-faktor lain selain biaya yang perlu
dipertimbangkan dalam menentukan lokasi pabrik adalah diantaranya adalah
ketersediaan bahan baku, transportasi, utilitas, lahan dan tersedianya tenaga
kerja. Berdasarkan pertimbangan di atas, maka lokasi pabrik resin Novolac
dipilih di daerah Gresik (Jawa Timur) dengan pertimbangan sebagai berikut:
1. Penyediaan bahan baku
Bahan baku merupakan faktor yang sangat penting yang harus
dipertimbangkan
dalam
pemilihan
lokasi.
Pabrik
resin
Novolac
menggunakan bahan baku Phenol, Formaldehyde, dan Oxalic acid.
Kebutuhan Phenol diperoleh dari PT. Kumenindo Kridanusa yang berada
di Balongan (Indramayu) dengan kapasitas produksi 120.000 ton/tahun.
Formaldehyde diperoleh dari PT. Arjuna Kimia Utama yang berada di
Surabaya dengan kapasitas 24.540 ton/tahun. Oxalic acid diperoleh dari
PT. Delphia Prima Jaya yang berada di Jawa Timur (Surabaya). Dilihat
dari segi bahan baku, maka pemilihan lokasi di daerah Gresik (Jawa
Timur) adalah tepat karena dekat dengan sumber bahan baku yang
sebagian besar berada di daerah Jawa Timur.
5
Gambar 1.2 Peta Letak Pabrik
2.
Fasilitas transportasi
Transportasi sangat dibutuhkan sebagai penunjang utama untuk
penyediaan bahan baku dan pemasaran produk. Gresik memiliki sarana
transportasi darat yang cukup baik juga pelabuhan yang cukup besar
yaitu pelabuhan Tanjung Perak, sebagai transportasi udara Jawa Timur
juga memiliki bandara Juanda. Tersedia sarana transportasi darat, laut
dan udara dapat menghubungkan Jawa Timur dengan kota-kota lain
sehingga dapat memperlancar distribusi hasil produksi dan diharapkan
hubungan antar daerah tidak mengalami hambatan.
3.
Unit Pendukung (Utilitas)
Fasilitas yang terdiri dari penyediaan air, bahan bakar dan listrik
mengharuskan lokasi pabrik dekat dengan sumber tersebut. Kebutuhan
pabrik akan air sangat banyak, untuk itu diperlukan lokasi yang dapat
memenuhinya. Jawa Timur juga memiliki beberapa sumber air yang
dapat digunakan untuk keperluan air pabrik, seperti Sungai Brantas,
6
waduk Gunung Rowo, dan Kalimas. Untuk kebutuhan bahan bakar dapat
diperoleh dari PT. Pertamina RU-VI Balongan dan PT Indogas Kriya
Dwiguna, untuk kebutuhan akan listrik didapat dari PT. PLN (Perusahaan
Listrik Negara).
4.
Lahan
Meskipun harga tanah di Gresik lebih mahal, namun nilai investasinya
cukup tinggi karena Gresik merupakan daerah kawasan industri yang
akan terus berkembang.
5.
Tenaga Kerja
Daerah Gresik merupakan daerah yang memiliki banyak industri,
sehingga kepadatan penduduknya pasti tinggi. Disana juga terdapat
universitas-universitas ternama sehingga tenaga kerja terdidik dan tidak
terdidik dapat tercukupi.
6.
Karakterisasi lokasi
Karakterisasi lokasi menyangkut iklim di daerah tersebut, yang tidak
rawan terjadinya banjir. Dalam hal ini daerah Gresik, Jawa Timur bisa
digunakan sebagai lokasi pendirian pabrik resin Novolac.
7.
Perijinan
Lokasi pabrik dipilih pada daerah khusus untuk kawasan Industri,
sehingga memudahkan dalam perijinan pendirian pabrik.
7
BAB X
SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Berdasarkan hasil analisis ekonomi
yang telah dilakukan terhadap
Prarancangan Pabrik Novolac dengan kapasitas 20.000 ton per tahun dapat
diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Percent Return on Investment (ROI) sesudah pajak sebesar 53,7971%.
2. Pay Out Time (POT) sesudah pajak 1,3644 tahun.
3. Break Even Point (BEP) sebesar 55,6157% dan Shut Down Point (SDP)
sebesar
28,8346%, yakni batasan kapasitas produksi sehingga pabrik
harus berhenti berproduksi karena merugi.
4. Discounted Cash Flow Rate of Return (DCF) sebesar 41,7986%, lebih
besar dari suku bunga bank saat ini, sehingga investor akan lebih memilih
untuk menanamkan modalnya ke pabrik ini daripada ke bank.
B. Saran
Berdasarkan pertimbangan hasil analisis ekonomi di atas, maka dapat diambil
kesimpulan bahwa Pabrik Novolac dengan kapasitas 20.000 ton per tahun
layak untuk dikaji lebih lanjut dari segi proses maupun ekonominya.
DAFTAR PUSTAKA
Banchero, B. 1955. Chemical Engineering Series. Mc Graw Hill in Chemical
Engineering. New York.
Biegler, T. 1997. Systematic Methods of Chemical Process Design. Prentice Hall
International. London.
Brown, G. 1950. Unit Operations.John Wiley and Sons. New York.
Brownell, L.E., Edwin, H.,Y. 1959. Process Equipment Design. Wiley Eastern
Limited. India.
Chandavasu, C. 1997. Pervaporation-Assisted Esterification of Salicylic Acid,
New Jersey’s Science & Technology University. New Jersey.
Coulson, J.M., Ricardson, J.,F. 1983. Chemical Engineering, Vol 6. Pergamon
Press Inc. New York.
Coulson, J.M., Ricardson, J.,F. 2005. Chemical Engineering, Vol 6. Elsevier. New
York.
D’Souza, J., N Nagaraju. 2007. Esterification of Salicylic Acid with
Methanol/Dimethyl Carbonate over Anion-Modified Metal Oxides. “Indian
Journal of Chemical Technology, Vol. 14, pp. 292-300”. Department of
Chemistry, St. Joseph’s College Research Centre. India.
Fieser, L.F., K.L. Williamson. 1992. Organic Experiments, Seventh Edition. D.C.
Heath and Company. USA.
Fogler, H.S. 1999. Elements of Chemical Reaction Engineering. Prentice Hall
International Inc. New Jersey.
Himmelblau, D.M. 1989. Basic Principles and Calculations in Chemical
Engineering, Fifth Edition. Prentice Hall International. London.
Hoffman, R.V. 2004. Organic Chemistry an Intermediate Text, Second Edition.
John Wiley & Sons, Inc. USA.
Kern, D.Q. 1983. Process Heat Transfer. McGraw-Hill Book Company. New
York.
Kirk, R.E., D. F. Othmer. 1998. Encyclopedia of Chemical Technology. John
Wiley & Sons, Inc. USA.
Lapczynski, A.L., Jones, D. McGinty, S.P. Bhatia, C.S. Letizia, A.M. Api. 2007.
Fragrance Material Review on Methyl Salicylate. Elsevier. USA.
Levenspiel, O. 1972. Chemical Reaction Engineering 2nd edition. John Wiley
and Sons Inc. New York.
Lide, D.R. 2001. Handbook of Chemistry and Physic. CRC Press LLC. Boca
Raton.
McCabe, W.L., Smith, J.C. 1985. Operasi Teknik Kimia. Erlangga. Jakarta.
Megyesy, E.F. 1983. Pressure Vessel Handbook. Pressure Vessel Handbook
Publishing Inc. USA.
Perry, R.H., Don W. Green. 1999. Chemical Engineers’ Handbook, Sevent
Edition. The McGraw-Hill Companies, Inc. USA.
Praunitz, Reid . 1999. The properties of Gases & Liquid’ Handbook, fourth
Edition. The McGraw-Hill Companies, Inc. USA.
Peter, M.S., Timmerhause, K.D. 1991. Plant Design an Economic for Chemical
Engineering 3ed. McGraww-Hill Book Company. New York.
Smith, M.B., J. March. 2007. March’s Advanced Organic Chemistry Reaction,
Mechanisms, and Structure. John Wiley $ Sons, Inc. USA.
Southern Ionics Incorporated. 2003. Material Safety Data Sheet. Southern Ionics
Incorporated. Treyball, R.E. 1983. Mass Transfer Operation 3ed. McGraw-Hill Book Company.
New York.
Ulmann, 2007. Ulmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. VCH
Verlagsgesell Scahft, Wanheim, Germany.
Ulrich, G.D. 1984. A Guide to Chemical Engineering Process Design and
Economics. John Wiley & Sons Inc. New York.
Wallas. S.M. 1988. Chemical Process Equipment. Butterworth Publishers.
Stoneham USA.
Yaws, C.L. 1997. Handbook of Chemical Compound Data for Process Safety.
Gulf Publishing Company. Houston. Texas.
Yaws, C.L. 2003. Yaws' Handbook of Thermodynamic and Physical Properties of
Chemical Compounds. Knovel, Norwich. New York.
Yaws, C.L. 2008. Thermophysical Properties of Chemicals and Hydrocarbons.
William Andrew. Texas. USA.
www.alibaba.com (diakses pada tanggal 13 Maret 2013)
http://www.bi.go.id/biweb/Templates/Moneter/Default_Kalkulator_ID.aspx?NR
MODE=Published&NRNODEGUID={D9969323-A57D-43C7-95B2E3E412B8C22B}&NRORIGINALURL=%2fweb%2fid%2fMoneter%2fK
alkulator%2bKurs%2f&NRCACHEHINT=Guest (diakses pada tanggal 17
Februari 2013)
http://www.bi.go.id/web/id/Moneter/Kurs+Bank+Indonesia/Kurs+Uang+Kertas+
Asing/ (diakses pada tanggal 8 November 2013)
http://www.ceicdata.com/search_campaign.html?ui_lang=EN&how_hear=110&s
page=11309&gclid=CMiM35rY6LsCFWgF4godymEAdA#page=page-1
(diakses pada tanggal 17 Februari 2013)
http://www.kemenperin.go.id/informasi/import/resin-formaldehyde/ (diakses pada
tanggal 15 Desember 2012)
LAMPIRAN F
TUGAS KHUSUS REAKTOR RE-201
Fungsi
: Tempat mereaksikan phenol dan formaldehyde
menjadi novolak resin
: Plugh flow reactor, Reaktor alir pipa
: Steel pipe SA-283 Grade A
: Tahan terhadap korosi
o
Temperatur fluida
30 C
Tekanan
1 Atm
Tipe
Bahan
Pertimbangan
Kondisi Operasi
RE-201
Gambar. Reaktor Novolac Resin
Reaksi yang terjadi
C6H5OH(aq)
+
:
CH2O(aq) ------->
A. Sifat-sifat fisis :
1. Densitas
Fluida masuk :
Massa Masuk
Komponen
(Kg/Jam )
C6H5OH
CH2O
C2H2O4
H2 O
C7H6O
Total
Fluida keluar :
2720.80
694.67
31.94
1218.15
1.23
4666.78
C7H6O(l)
+
wi
Densitas
(Kg/m3)
1065.58
726.04
1684.17
1000.00
1174.06
1002.18
0.58
0.15
0.01
0.26
0.00
1.00
H2O(l)
Massa Keluar
wi
Densitas
(Kg/jam)
(Kg/m3)
C6H5OH
544.16
0.12
1000.83
CH2O
0.00
532.49
0.00
C2H2O4
0.01
1584.31
31.94
H2O
0.35
998.18
1634.95
C7H6O
0.53
1899.52
2455.73
Total
1.00
1476.80
4666.78
Sehingga densitas rata-rata fluida dalam reaktor :
3
Densitas rata-rata = (1022.46 + 1476.80 ) Kg/m
2
3
= 1239.49 Kg/m
Komponen
2. Viskositas
Fluida masuk :
Massa Masuk
Komponen
(Kg/Jam)
2720.80
C6H5OH
694.67
CH2O
31.94
C2H2O4
H2 O
1218.15
C7H6O
1.23
Total
4666.78
Fluida keluar :
Massa Keluar
Komponen
(Kg/Jam)
2720.80
C6H5OH
694.67
CH2O
31.94
C2H2O4
H2 O
1218.15
C7H6O
1.23
Total
4666.78
wi
0.58
0.15
0.01
0.26
0.00
1.00
wi
0.58
0.15
0.01
0.26
0.00
1.00
Viskositas
(cp)
5.29
0.07
41.24
0.40
1174.06
3.79
Viskositas
(cp)
1.13
0.05
3.16
0.40
1899.52
1.29
sehingga viskositas rata-rata fluida dalam reaktor :
Viskositas rata-rata = ( 4.06 + 1.29 ) cp
2
= 2.54136 cp
3. Tekanan Uap
Fluida masuk :
T=
Komponen
C6H5OH
CH2O
C2H2O4
H2O
C7H6O
Total
303.2 K
30
C
Psat
x
Pin
1E-03
0.2409 0.00024
6.127
0.1927 1.18096
5E-05
0.0030 1.6E-07
1E-04
0.0001 1.4E-08
0.042
0.5633 0.02373
1.20492
Fluida keluar
T=
380.8 K
107.634
sat
x
Pin
Komponen P
CH2O
0.074
0.0482 0.00359
C2H2O4
39.78
0.0000
0
H2O
0.054
0.0030 0.00016
C7H6O
0.011
0.1928 0.00203
Total
1.316
0.7560 0.9952
Total
1.00098
sehingga tekanan uap rata-rata fluida dalam reaktor :
P = ( 1.2049 + 1.001 ) atm
2
= 1.103 atm
sehingga Pipa didesain tekanan 10% lebih besar dari tekanan operasi :
= 1,1 x 1,1025 atm = 1.21324 atm
B. Perhitungan Produksi Tiap Jam
Pabrik beroperasi secara kontinyu yaitu selama 24 jam x 330 hari
dalam setahun. Kapasitas produksi Novolak Resin adalah
20.000 ton/th :
= 20000
ton
tahun
= 2525,2525
1tahun
330 hari
1 hari
24 jam
1000 kg
ton
kg
jam
Bahan baku yang tersedia mempunyai komposisi sebagai berikut :
1. Umpan segar Phenol, (dalam % berat) :
Phenol
=
99%
Formaldehyde
=
1%
2. Umpan segar Formaldeyde, (dalam % berat) :
Formaldehyde
=
37%
Air
=
63%
3. Umpan Katalis Oksalic Acid
Oxalic Acid
=
99%
Air
=
1%
Pada umpan segar, perbandingan berat phenol dan formaldeyhe
dan katalis oksalik acid adalah :
Phenol : Formaldehyde : Oksalic Acid = 1 : 1.25 : 0.01
C.
Neraca di Elemen Volume Reaktor
Reaktor alir pipa selalu bekerja secara steady state kecuali pada
saat mulai (start up) dan akhir suatu operasi (shut down), sehingga
akumulasi tidak ada.
1.
Neraca massa pada elemen volume reaktor :
Skema aliran bahan :
Umpan
reaktor
FZ
F Z Z
Hasil
reaksi
Z Z Z
Rate of mass input – rate of mass output – rate of mass reaction
= rate of mass accumulation
Fa|Z
Fa|Z+
-
(- r ) . /4 . Di2 . Z = 0
Fa | Z - Fa | Z Z
Z
-
( r) . /4 . Di2 = 0
-
Z 0 :
dFa
(r ) . /4 . Di2 = 0
dZ
diketahui :
Fa = Fao . (1 – X)
( r)
= k . Ca
= k . Cao . (1 - Xa)
maka :
Fao.
dX
dZ
dX
dZ
= /4. Di2. k . Cao . (1 – Xa)
=
/4 .
Di 2
. k . Cao . (1 – X)
Fao
1)
………………
dengan :
Fa = kecepatan aliran massa komponen , kmol/j.
Di = diameter dalam pipa-pipa reaktor, m.
k = konstanta kecepatan reaksi
Xa = konversi terhadap Formaldehyde.
Cao = konsentrasi mula-mula Formaldehyde, kmol/m3
Z = panjang reaktor, m.
2.
Neraca panas pada elemen volume reaktor :
Untuk konversi akhir Xa, maka :
Phenol + Formaldehyde
Novolak + Air
X = 0 : FPo
Fao
0
0
X = Xa : Fao(1-Xa)
Fa (1- Xa)
Fao.Xa
Fao(1-Xa)
Umpan
reaktor
Hasil
reaksi
Z Z
Z
Basis : Entalpi semua unsur stabil pada suhu standar (TR) nilainya = 0
Rate of heat input – rate of heat output + rate of heat reaction = rate of
heat accumulation
sistem operasi kontinu sehingga rate of heat accumulation = 0
F .H
F .H
i
Z
-
i
i
Z
-
F .H
F .H
i
i
Z Z
i
i
Z Z
Fi.Hi Fi.Hi
Z
Z Z
Z
+ H (r )A.Z = 0
= H (r) / 4.D^2.Z
=
R
R
H (r ) / 4.D^2
R
Z → 0, maka :
jika :
i
d
dZ
d
dZ
Fi.Hi
Fi.Hi
=
=
H (r ) / 4.D^2
R
H (K.Cao(1 X ) / 4.D^2
R
diketahui :
dHi = cpi . dT
Oksalic Acid dianggap sebagai inert, sehingga
dT
=
dZ
(dFi)inert = 0
H . K .Cao(1 X ) .D^2
4. Fi.cpi
R ,T
Fi.cpi = Fao (CPi + ∆CP)
H R,T . K .Cao(1 X ). .D^2 ………………………
dT
2)
=
dZ
4. Fao (CPi + CP)
C. Menghitung Panjang Reaktor
data untuk persamaan 1 dan 2
Volume umpan masuk :
Mr
94
30
18
106
106
Komponen
C6H5OH
CH2O
C2H2O4
H2O
C7H6O
Total
kmol/jam
28.9448
23.1558
0.35485
67.675
0.01156
120.142
m3
1161.0658
296.44235
13.628318
519.82788
0.522922
1991.4873
1. Konsentrasi
3
Vo = 1991 m
Fao = 23.16 Kmol
sehingga Cao = Fao/Vo =
3
0.01163 Kmol/m
2. Kinetika
dari jurnal diketahui :
(-E/RT)
Ln k = A e
dengan :
E = 85.53 kj/mol =
85530 kj/kmol
-1
A=
8
h-1 =
0.0023 s
R = 8.314
L atm/ mol K
= 8314 Kj/Kmol K
sehingga :
(-E/RT)
k = exp ( A e
((-85530)/8314 T))
= exp ( 0.0023) e
3. Data Entalpi
Kapasitas panas masing-masing komponen adalah sebagai fungsi
suhu : Cp phenol, Cp Formaldehyde, Cp Oksalic Acid, Cp Novolak,
Cp Air = f (T), maka :
H R , T =
TR
fi . cpiReaktan dT
+ Ho R ,TR +
fi . cpi
Phenol + Formaldehyde
Novolak Resin + Air
Untuk panas pembentukan standar :
Ho R , TR = ( H o R,TR. produk - H o R,TR.reak tan )
dT
Pr oduk
TR
T
Reaksi :
T
Ho R , TR = ( H o f ,TR, Novolak + H o f ,TR, Air ) - ( H o f ,TR, Phenol + H o f ,TR, Formaldehyde )
Dengan :
H o f ,TR, NovolakRe sin
= -69.680 kj/kmol.
H o f ,TR, Air
= -242.000 kj/kmol.
H o f ,TR, Phenol
= -96.420 kj/kmol.
H o f ,TR, Formaldehyde
= -116.000 kj/kmol.
Sehingga :
H o R ,TR
= -99.260 kj/kmol.
Cpi
= A + BT + CT2 + DT3 Kj/ Kmol K
TR
= 25 0C
T in
0
= 30 C
Komponen
C6H5OH
CH2O
C2H2O4
C7H6O
H2O
= 298.15 K
= 303.15 K
Konstanta kapasitas panas
Konstanta
A
B
C
3.86E+01
1.1E+00 -2.49E-03
4.42E+01
4.0E-01 -1.54E-03
-4.27E+01
1.0E+00 -1.97E-03
-2.79E+02
5.4E+00 -4.81E-03
1.9E-03 1.06E-05
3.22E+01
D
2.28E-06
3.03E-06
1.50E-06
1.74E-06
-3.60E-09
dengan :
HRo,T = Panas reaksi standar pada suhu standar T, Kj/ Kmol.
Fao =
D=
X=
T=
Z=
Fi =
cpi =
f =
Laju alir umpan Formldehyde, kmol/jam.
Diameter dalam pipa, m.
Konversi reaksi terhadap Formaldehyde
Suhu reaksi pada reaktor, K.
Panjang reaktor, m.
Laju alir komponen i, kmol/jam.
Panas jenis komponen i, J/mol K
koefisien stoikiometri
4. Diameter pipa reaktor
Diameter reaktor dioptimasi menggunakan persamaan :
dengan :
m (Laju alir massa)
=
=
=
=
=
=
=
=
=
1.2963314 kg/s
2.857918 lb/s
1014.2128 Kg/m^3
� ( Densitas )
63.315275 lb/ft^3
µ ( Viskositas)
2.675209 Kg/m jam
0.0004994 lb/ft s
n ( Efisiensi pompa)
0.85
85%
Ci ( Biaya tahunan)
5.7
$/tahun
=
840 Rp/kWh
Co ( Biaya listrik)
=
7358400 ($/tahun)/(lb Ft^2/s^3)
sehingga diameter optimum pipa reaktor :
0 0.391 ft
=
=
dari pipa standar dipilih :
ID = 4.026
in =
sch= 40
OD = 4.5
in
t= 0.474
in
w= 10.8
lb/ft
0.1191372 m
4.6904421 in
0.1022604 m
sehingga diperoleh 2 buah persamaan dari neraca massa dan neraca
–
panas sebagai
berikut :
dX
dZ
/4 .
=
–
Di 2
. k . Cao . (1 – X) ……..1)
………………
Fao
dan
H . K .Cao(1 X ). .D^2
4. Fao (CPi + CP)
dT
=
dZ
R ,T
…….2)
5. Panjang reaktor
Panjang pipa reaktor diperoleh dengan melanyelesaikan persamaan 1)
dan 2) secara simultan dengan bantuan Pemograman Komputer
Matlab berupa Simulink Simultan Deffrential Equation
diperoleh panjang pipa (untuk konversi 0.9999 = 1)
adalah :
229 meter
Volume reaktor
=
1.88079 m3
6. Tebal pipa
tebal pipa dihitung menggunakan persamaan :
t
dengan :
Pd
20 d P
P = Tekanan desain (lb/in2)
d = diameter luar pipa (in)
d= Design stress (lb/in2)
16.17
4.5
1875
Tekanan operasi pipa adalah 1 atm dan diambil faktor keamanan untuk
desain 10%, sehingga tekanan desain = 1.1
atm
= 16.165545 lb/in2
t
24.24832lb/in2 4.5in
(20 x 18750)lb/in2 24.24832lb/in2
= 0.00194 in
Berdasarkan Tabel.11 Brownell & Young untuk bahan steel pipe
diperoleh tebal pipa = 0.474 in sehingga untuk tebal = in memenuhi.
7. Susunan Panjang Pipa
Pipa reaktor sepanjang 229 m tersebut disusun menyerupai huruf s
yang berulang dan bertingkat.
Pipa /
sambungan
Panjang /
Panjang ekuivalen
(ft)
(m)
Pipa Lurus
21
Union
0.06234
Pipa U
7.66953
Panjang keseluruhan
tambahan
16.403
Total
Jumlah
(meter)
6.4008
0.20452
2.33767
16
32
15
5.000
5
8. Susunan rangka pipa reaktor
Menghitung tinggi rak :
TAMPAK SAMPING
Clearance
Clearance
Clearance
Clearance
jarak antar lantai adalah = clearance + OD pipa
OD =
4.5 in
= 0.1143 m
D t
Total
R1
102.41280
6.54467
115.04295
224.00042
4.99958
229
sedangkan clearance = diameter lingkaran dalam pipa U
Panjang equivalen untuk Pipa U =
1/2 keliling lingkaran dengan jari-jari
dari ID pipa U dari sumbu lingkaran.
2.338
=
2 (Pi) R
dengan :
R=
1/2 OD + R1
R=
0.05715
+
R1
sehingga :
2.338 =
2.338 =
R1
=
2 (3.14) ( 0.05715 + R1 )
0.359
+
6.28 R1
0.315 m
sehingga clearance =
jadi jarak antar lantai =
=
0.63 m
clearance + OD
0.7443 m
karena ada 4 lantai, jadi tinggi rak =
2.9772 m
9. Dimensi rak penyangga pipa :
PENYANGGA PIPA REAKTOR
1 Rak disusun menjadi 4 lantai bertingkat
2 Pipa lurus disusun sebanyak 4 buah untuk tiap rak
3 Rak penyangga disambung dengan sistem baut
Panjang rak = Panjang pipa lurus + 2 OD
=
6.6294 m
Lebar rak = 4 (OD + clearance )
=
2.9772 m
Tinggi rak =
2.9772 m
8 Rak Penyangga pipa reaktor