Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Phthalic Acid Anhydride Dengan Metoda Oksidasi Ortho Xylene Dengan Kapasitas 120.000 Ton/Tahun.

(1)

PRA RANCANGAN PABRIK

PEMBUATAN PHTHALIC ACID ANHYDRIDE DENGAN METODE

OKSIDASI ORTHO XYLENE DENGAN KAPASITAS

120.000 TON/ TAHUN

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan

Ujian Sarjana Teknik Kimia

Oleh :

NIM. 050425012

FREDDY RHAPAEL J. SINAGA

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA EKSTENSI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

LEMBAR PENGESAHAN

PRA RANCANGAN PABRIK

PEMBUATAN PHATHALIC ACID ANHYDRIDE DENGAN METODE OKSIDASI OTRHO XYLENE

DENGAN KAPASITAS 120.000 TON / TAHUN

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Kimia

Oleh :

NIM : 050425012 FREDDY R. J. SINAGA

Telah diperiksa/disetujui :

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

Dr. Ir. Fatimah, MT

NIP : 132 095 301 NIP : 132 126 839

Ir. Hamidah Harahap, MSc

Diketahui, Koordinator Tugas Akhir

NIP : 132 126 842 Dr.Eng. Ir. Irvan, MSi

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA EKSTENSI FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(3)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur Penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah

memberikan kesehatan, kemampuan dan kesabaran kepada Penulis sehingga dapat

menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Pra Rancangan

Pabrik Pembuatan

Phthalic Acid Anhydride Dengan Metoda Oksidasi Ortho Xylene Dengan Kapasitas 120.000 Ton/Tahun

”.

Tugas Akhir ini ditulis untuk melengkapi salah satu syarat mengikuti ujian

Sarjana Teknik di Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas

Sumatera Utara.

Penulis berterima kasih kepada Orang Tua Penulis atas doa, bimbingan dan

materi yang diberikan hingga saat ini, Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini

Penulis juga mengucapkan banyak terimah kasih kepada berbagai pihak atas

banyaknya menerima bantuan, bimbingan dan fasilitas yaitu:

1. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT, selaku Dosen Pembimbing I yang telah banyak

memberikan waktu dan tenaga dalam memberikan masukan, arahan dan

bimbingan selama menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Ibu Hamidah Harahap, ST., MSc, selaku Dosen Pembimbing II yang telah

banyak memberikan waktu dan tenaga memberikan masukan, arahan dan

bimbingan selama menyelesaikan Tugas Akhir ini.

3. Ibu Ir. Renita manurung, MT, selaku Ketua Departemen Teknik Kimia,

Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, MSi, selaku Koordinator Tugas Akhir yang telah

memberikan bimbingan dan masukan kepada Penulis dalam penyelesaian

Tugas Akhir ini.

5. Staf Pengajar Departemen Teknik Kimia atas ilmu yang diberikan kepada

Penulis sehingga Penulis dapat mengerjakan Tugas Akhir ini.

6. Para Pegawai Departemen Teknik Kimia atas bantuan dan kemudahan

administratif yang diberikan.

7. Teman-teman Teknik Kimia Extension Stambuk 2004, 2005, dan 2006

yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang juga telah memberikan

semangat kepada penulis.

(4)

Penulis menyadari Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan dikarenakan

keterbatasan pengetahuan dan pengalaman Penulis, untuk itu Penulis

mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Semoga Tugas Akhir ini bisa

bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, Juli 2009

Penulis,

(5)

INTI SARI

Pabrik pembuatan phthalic acid anhydride yang diperoleh dengan mengoksidasi ortho xylene ini direncanakan berproduksi dengan kapasitas 120.000 ton/tahun dengan 330 hari kerja dalam 1 (satu) tahun. Di mana ortho xylene dari unit vapourizer fase uap dialirkan bersama dengan udara ke unit furnance untuk dipanaskan hingga temperatur 350o

Pada unit reaktor reaksi ortho xylene dengan udara akan membentuk phthalic acid dan air. Kemudian phthalic acid dan air didinginkan sampai 150

C dengan tekanan 2,2 bar agar kondisi kedua bahan homogen, sehingga tercapai konversi reaksi yang semaksimal mungkin pada saat reaksi oksidasi berlangsung di reaktor.

Lokasi pabrik direncanakan berada di daerah Labuhan, Provinsi Sumatera Utara, yang merupakan hilir sungai Deli dengan luas tanah yang dibutuhkan adalah 17.545 m

C pada kondensor parsial, sehingga akan lebih mudah dipisahkan pada unit knock out drum. Phthalic acid selanjutnya dialirkan ke spray dryer untuk menurunkan temperaturnya dan membentuk kristal. Kemurnian produk keluaran dari spray dryer dan masuk ke silo adalah 99,8 %.

Jumlah tenaga kerja yang di butuhkan untuk mengoperasikan pabrik sebanyak 114 orang dan bentuk badan usaha yang direncanakan adalah perseroan terbatas (PT) dan bentuk organisasinya adalah organisasi garis.

Hasil analisa terhadap aspek ekonomi Phthalic Acid Anhydride, adalah :

• Total modal investasi : Rp.909.708.681.209,-

• Biaya Produksi : Rp. 179.368.186.100,-

• Hasil penjualan/ tahun : Rp. 1.182.000.004.000,-

• Laba Bersih : Rp. 701.859.772.600,-

• Profit Margin : 84,83 %

• Break Even Point (BEP) : 11,05 %

• Return of Investment (ROI) : 77,19 %

• Pay Out Time (POT) : 1,29 tahun

• Internal Rate of Return (IRR) : 87,59 %

Dari hasil analisa aspek ekonomi, maka dapat disimpulkan bahwa pra rancangan pabrik pembuatan phthalic acid anhydride dengan metode okidasi ortho xylene ini layak didirikan.

(6)

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN

KATA PENGANTAR ...i

INTI SARI ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ...vii

DAFTAR TABEL ... viii

BAB I PENDAHULUAN ... I-1

1.1. Latar Belakang ... I-1

1.2. Rumusan Masalah ... I-2

1.3. Tujuan Perancangan ... I-2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... II-1

2.1. Phthalic Acid Anhydride (1,2-benzenedicarboxylic anhydride) ... II-1

2.2. Ortho Xylene (1,2-Dimethylbenzene) ... II-2

2.3. Sifat Kimia dan Fisika ... II-3

2.4. Proses Pembuatan Phthalic Acid AnhydrideII-6 ... II-4

2.5. Pemilihan Proses ... II-5

2.6. Deskripsi Proses ... II-6

2.6.1 Proses Persiapan Bahan Baku... II-6

2.6.2 Proses Reaksi Pembentukan Phthalic Acid ... II-7

2.6.3 Proses pemisahan Phthalic Acid ... II-7

2.6.4 Proses Pengeringan Phthalic Acid ... II-8

BAB III NERACA MASSA ... III-1

BAB IV NERACA ENERGI ... IV-1

BAB V SPESIFIKASI PERALATAN ... V-1

BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ... VI-1

6.1. Instrumentasi ... VI-1

6.2. Keselamatan Kerja Pabrik ... VI-13

BAB VII UTILITAS... VII-1

(7)

7.2. Unit Pengolahan Air ... VII-3

7.3. Kebutuhan Bahan Kimia ... VII-9

7.4. Kebutuhan Listrik ... VII-9

7.5. Kebutuhan Bahan Bakar ... VII-11

7.6. Unit Pengolahan Limbah... VII-11

7.7. Spesifikasi Peralatan Utilitas ... VII-15

BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ... VIII-1

8.1. Lokasi Pabrik ... VIII-1

8.2. Tata Letak Pabrik ... VIII-4

8.3. Perincian Luas Tanah ... VIII-6

BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN ... IX-1

9.1. Organisasi Perusahaan ... IX-1

9.2. Manajemen Perusahaan... IX-3

9.3. Bentuk Hukum Badan Usaha ... IX-5

9.4. Uraian Tugas, Wewenang, dan Tanggung Jawab... IX-6

9.5. Tenaga Kerja dan Jam Kerja ... IX-9

9.6. Sistem Penggajian ... IX-12

9.7. Kesejahteraan Karyawan ... IX-13

BAB X

EKONOMI DAN PEMBIAYAAN ... X-1

10.1. Modal Investasi ... X-1

10.2. Biaya Produksi Total ... X-4

10.3. Total Penjualan ... X-6

10.4. Perkiraan Rugi/Laba Usaha ... X-6

10.5. Analisa Aspek Ekonomi ... X-6

BAB XI KESIMPULAN ... XI-1

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI

LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS

LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI

(8)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Stuktur atom Pthalic Acid Anhydride ... II-1

Gambar 2.2 Stuktur Atom Xylene ... VI-2

Gambar 6.1 Instrumentasi Pada Tangki ... VI-10

Gambar 6.2 Instrumentasi Pada Pompa ... VI-10

Gambar 6.3 Instrumentasi Pada Vapourizer... VI-11

Gambar 6.4 Instrumentasi Pada Reaktor ... VI-11

Gambar 6.5 Instrumentasi Pada Kondensor ... VI-12

Gambar 6.6 Instrumentasi Pada Screw Conveyor... VI-12

Gambar 6.7 Tingkat Kerusakan di Suatu Pabrik ... VI-13

Gambar 8.1 Tata Letak Lokasi Pabrik ... VIII-8

Gambar 9.1 Struktur Organisasi Perusahaan ... IX-15

Gambar LE.1 Harga Peralatan Untuk Tangki Penyimpanan ... LE-6

Gambar LE.2 Grafik BEP ... LE-28

(9)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perbandingan proses pembuatan phthalic acid anhydride... II-6

Tabel 3.1 Neraca Massa Pada Reaktor ...III-1

Tabel 3.2 Neraca Massa Pada Knock Out Drum ...III-2

Tabel 4.1 Neraca Panas Pada Vapourizer ... IV-1

Tabel 4.2 Neraca Panas Pada Furnace ... IV-1

Tabel 4.3 Neraca Panas Pada Reaktor ... IV-2

Tabel 4.4 Neraca Panas Pada Kondensor Parsial ... IV-2

Tabel 4.5 Neraca Panas Pada Spray Dryer ... IV-3

Tabel 6.1 Daftar Penggunaan Instrumentasi... VI-9

Tabel 7.1 Kebutuhan Air Pendingin Pada Alat ... VII-1

Tabel 7.2 Kualitas Air Sungai Deli ... VII-3

Tabel 7.3 Perincian Kebutuhan Listrik Pada Unit Proses ... VII-9

Tabel 7.4 Perincian Kebutuhan Listrik Pada Unit Utilitas ... VII-10

Tabel 7.5 Perincian Kebutuhan Listrik Untuk Pabrik ... VII-10

Tabel 8.1 Perincian Luas Bangunan ... VIII-7

Tabel 8.2 Keterangan Gambar ... VIII-8

Tabel 9.1 Jumlah Tenaga Kerja Beserta Tingkat Pendidikan ... IX-10

Tabel 9.2 Pembagian Kerja Shift Tiap Regu ... IX-12

Tabel 9.3 Gaji Karyawan ... IX-12

Tabel 10.1 Modal Investasi Tetap ... X-3

Tabel 10.2 Modal Kerja ... X-4

Tabel 10.3 Biaya Tetap ... X-5

Tabel 10.4 Biaya Variabel ... X-5

Tabel LA.1 Neraca massa pada reaktor ... LA-4

Tabel LA.2 Neraca massa pada knock out drum ... LA-7

Tabel LB.1 Perhitungan panas masuk, Q

Tabel LB.2 Perhitungan panas keluar, Q

pada Vapourizer ... LB-6

Tabel LB.3 Neraca panas pada Vapourizer ... LB-8

dari Vapourizer ... LB-7

(10)

Tabel LB.5 Perhitungan panas keluar, Q

Tabel LB.6 Perhitungan panas keluar, Q

dari furnace ...LB-10

Tabel LB.7 Neraca panas pada furnace ...LB-11

dari furnace ...LB-10

Tabel LB.8 Perhitungan panas keluar, Q

Tabel LB.9 Neraca panas pada reaktor...LB-15

dari reaktor...LB-14

Tabel LB.10 Perhitungan panas keluar, Q

Tabel LB.11 Neraca panas pada kondensor parsial ...LB-18

dari kondensor parsial ...LB-17

Tabel LB.12 Perhitungan panas masuk, Q

Tabel LB.13 Perhitungan panas keluar, Q

pada spray dryer ...LB-19

Tabel LB.14 Neraca panas pada spray dryer...LB-20

dari spray dryer ...LB-20

Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan ... LE-2

Tabel LE.2 Indeks Marshall dan Swift ... LE-4

Tabel LE.3 Tipe Harga Eksponensial Peralatan ... LE-6

Tabel LE.4 Perincian Harga Peralatan Proses ... LE-8

Tabel LE.5 Perincian Harga Peralatan Utilitas ... LE-9

Tabel LE.6 Sarana Transportasi... LE-11

Tabel LE.7 Gaji Pegawai... LE-15

Tabel LE.8 Perincian Pajak Bumi dan Bangunan ... LE-16

Tabel LE.9 Perincian Biaya Kas ... LE-17

Tabel LE.10 Perincian Modal Kerja ... LE-18

Tabel LE.11 Aturan Depresiasi Sesuai UU R.I No. 17 Thn. 2000 ... LE-19

Tabel LE.12 Perkiraan Biaya Depresiasi ... LE-20

Tabel LE.13 UU No. 17 Thn. 2000 ... LE-24

Tabel LE.14 Data Perhitungan IRR ... LE-27

(11)

INTI SARI

Pada unit reaktor reaksi ortho xylene dengan udara akan membentuk phthalic acid dan air. Kemudian phthalic acid dan air didinginkan sampai 150

C dengan tekanan 2,2 bar agar kondisi kedua bahan homogen, sehingga tercapai konversi reaksi yang semaksimal mungkin pada saat reaksi oksidasi berlangsung di reaktor.

Lokasi pabrik direncanakan berada di daerah Labuhan, Provinsi Sumatera Utara, yang merupakan hilir sungai Deli dengan luas tanah yang dibutuhkan adalah 17.545 m

Hasil analisa terhadap aspek ekonomi Phthalic Acid Anhydride, adalah :

• Total modal investasi : Rp.909.708.681.209,-

• Biaya Produksi : Rp. 179.368.186.100,-

• Hasil penjualan/ tahun : Rp. 1.182.000.004.000,-

• Laba Bersih : Rp. 701.859.772.600,-

• Profit Margin : 84,83 %

• Break Even Point (BEP) : 11,05 %

• Return of Investment (ROI) : 77,19 %

• Pay Out Time (POT) : 1,29 tahun

• Internal Rate of Return (IRR) : 87,59 %

Dari hasil analisa aspek ekonomi, maka dapat disimpulkan bahwa pra rancangan pabrik pembuatan phthalic acid anhydride dengan metode okidasi ortho xylene ini layak didirikan.

(12)

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Industri kimia merupakan salah satu sektor yang masih banyak mengimpor bahan baku guna memenuhi kebutuhan dalam negeri. Salah satu bahan kimia yang saat ini masih banyak diimpor adalah phthalic acid anhydride (C8H4O3

Perkembangan kebutuhan phthalic acid anhydride di Indonesia dari tahun ke tahun dapat dilihat pada tabel 1-1 berikut ini.

). Kebutuhan akan bahan ini cenderung meningkat seiring meningkatnya perkembangan industri yang menggunakan bahan baku phthalic acid anhydride, antara lain industri pembuatan plastik (65%), sebagai polyester resin (17%), alkyd resin (17%), sebagai polyster polyols, isotonic anhydride, intermedit pada industri zat warna, dan industri farmasi (10%). (UNEP, 2007).

Tabel 1-1 Kebutuhan Phthalic Acid Anhydride di Indonesia

Tahun Kebutuhan (Ton/tahun)

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

43.920 54.600 65.500 77.700 89.500 98.800 102.100 115.000 Sumber : Badan Pusat Statistik. (1999-2006).

Indonesia pada saat ini masih mengimpor phthalic acid anhydride dari negara-negara lain, seperti Jepang, Meksiko, Taiwan, Thailand, Amerika Serikat, Inggris, Perancis, dan Jerman.

Berdasarkan data di atas dapat disimpulkan bahwa industri-industri dalam negeri yang menggunakan phthalic acid anhydride sebagai bahan bakunya sangat bergantung pada pasokan dari luar negeri.

1.2. Rumusan Masalah

Perlunya pemikiran dan pertimbangan akan pentingnya keberadaan suatu industri yang mampu memenuhi kebutuhan phthalic acid anhydride dalam negeri maka dibuatlah pra rancangan pabrik pembuatan phthalic acid anhydride yang nantinya diharapkan dapat menekan ongkos produksi bagi industri-industri pengguna (industri hilir).

(13)

Tujuan dari pra perancangan pabrik ini adalah untuk mengaplikasikan disiplin ilmu teknik kimia yang telah diperoleh selama perkuliahan, antara lain Alat Proses, Azas Teknik Kimia, Operasi Teknik Kimia, Utilitas dan bagian ilmu teknik kimia lainnya. Sehingga akan diperoleh gambaran kelayakan pra rancangan pabrik pembuatan phthalic acid anhydride.

(14)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Phthalic Acid Anhydride (1,2-benzenedicarboxylic anhydride)

Phthalic acid anhydride pertama kali ditemukan oleh Laurent pada tahun 1836 dengan reaksi oksidasi katalitis ortho xylene atau naphthalene (proses Gibbs).

C8H10 + 4.5 O2→ C6H4(CO)2O + 2 H2O + 2CO

2 6H4(CH3)2 + 3 O2→ C6H4(CO)2O + 3 H2O

Gambar 2.1. Struktur atom phthalic acid anhydride

Phthalic acid anhydride adalah padatan tidak berwarna (kristal) yang terdiri dari campuran organik dengan rumus kimia C8H4O3, terutama digunakan sebagai bahan baku pada industri

pembuatan plastik. Phthalic acid anhydride bersifat stabil, mudah terbakar, juga bersifat hydrolysis dan alcoholysis, di mana jika dihidrolisis dengan air panas akan menghasilkan ortho phthalic. Reaksi ini merupakan reaksi reversible, di mana phthalic acid anhydride akan terbentuk kembali dengan pemanasan hingga 1800C. Reaksi alcoholysis adalah dasar pembentukan phthalate esters yang secara luas telah digunakan pada proses plasticizers. Pada tahun 1980-an kira-kira 6.5×109

kg jenis ester telah diproduksi di dunia dan semakin meningkat setiap tahunnya. Proses dimulai dengan mereaksikan phthalic acid anhydride dengan alkohol.

6H4(CO)2O + ROH → C6H4(CO2H)CO2

Reaksi berikutnya adalah reaksi esterifikasi dengan air sebagai produk samping. R

C6H4(CO2H)CO2R + ROH C6H4(CO2R)2 + H2

Produk utama dari reaksi ini adalah bis (2-ethylhexyl) phthalate (DEHP), yang merupakan bahan baku pada pembuatan polyvinyl chloride. Pada proses pembuatan plastik, ester ini ditambahkan untuk meningkatkan fleksibilitasnya tanpa mengurangi kekuatan plastik tersebut. (www.wikipedia.com, 2008).

Industri lain yang menggunakan phthalic acid anhydride sebagai bahan baku adalah industri cat dan pernis. Di mana alkyd resin dihasilkan dengan mereaksikan phthalic acid anhydride dengan minyak dammar (CARB, 2000).

(15)

Ortho xylene adalah salah satu isomer xylene selain meta xylene dan para xylene yang merupakan kelompok derivat persenyawaan benzene, dimethylbenzene.

Gambar 2.2. Struktur atom xylene

Ortho xylene, sama seperti isomernya yang lain, berwujud cairan tidak berwarna dengan aroma manis dengan rumus kimia C8H10. Banyak digunakan sebagai pelarut dalam industri resin,

cat dan pernis, lem, karet, sebagai osilator kristal, parfum, farmasi, kulit dan insektisida. Ortho xylene sangat mudah menguap, bersifat racun, mudah terbakar, dan banyak berikatan dengan bensin. Selain itu, pada konsentrasi tertentu ortho xylene merupakan pelarut bagi beberapa jenis plastik, karet dan berbagai polimer lain. Ortho xylene terbentuk secara alami bersamaan dengan pembentukan minyak bumi seperti minyak tanah, ter kayu, dan aspal cair. Ortho xylene juga terbentuk dari hasil pembakaran, kebakaran hutan dan asap pabrik merupakan sumber penghasil ortho xylene dalam jumlah yang cukup besar. Ortho xylene merupakan produk antara dalam banyak industri bahan kimia. Salah satu industri yang menggunakan ortho xylene sebagai bahan bakunya adalah industri pembuatan phthalic acid anhydride, di mana ortho xylene dioksidasi dengan bantuan katalis vanadium pentoxide. Sifat toxic pada ortho xylene menyebabkan iritasi pada mata, hidung dan kerongkongan

2.3. Sifat Fisika dan Kimia

2.3.1. Phthalic Acid Anhydride - Fasa : padat - Berat molekul : 148 gr/mol - Titik didih : 295 0 - Melting point : 131

- Densitas : 1,53 gr/cm C

- Flash point : 152

3 0

- Kelarutan : larut dalam 162 bagian air, 125 bagian carbon disulfide, larut sempurna dalam benzene panas

- Kemurnian : 99,9 %

(16)

2.3.2. Ortho Xylene

- Fasa : cair

- Berat molekul : 106 gr/mol - Titik didih : 144 0 - Melting point : -25

- Densitas : 0,88 gr/mL C

- Viskositas : 812 cP pada 20 0 - Flash point : 17

- Specific gavity : 0,7894 C

- Specific heat : 2510,4 J/kg 0 - Panas pembentukan : 2005,8 kJ/mol

- Tekanan Uap : 4,4 kPa - Temperatur kritis : 235,2 0 - Tekanan kritis : 4760 kPa

- Kelarutan : larut dalam air, alkohol, ether, aseton dan benzene - Kemurnian : > 98 %

2.3.2. Oksigen

- Fasa : gas

- Berat molekul : 32 gr/mol - Titik didih : -182,95 0 - Melting point : -218,79

- Densitas : 1,429 gr/mL C

- Specific heat : 0,8 g/100 mL air - Panas pembentukan : 0,444 kJ/mol - Panas penguapan : 6,82 kJ/mol - Temperatur kritis : 154 0 - Tekanan kritis : 5,043 Mpa

2.4. Proses Pembuatan Phthalic Acid Anhydride

Proses pembuatan phthalic acid anhydride yang dikenal pada saat ini ada dua jenis, yaitu : 2.4.1. Pembuatan phthalic acid anhydride dengan proses oksidasi naphthalene

Bahan baku naphthalene dipanaskan dengan heater hingga temperatur 500 0

2 C

C dan tekanan 3,2 bar untuk diumpankan ke reaktor. Reaksi yang terjadi adalah :

(17)

V2O5

Reaksi oksidasi naphthalene berlangsung pada temperatur 500 0

2.4.2. Pembuatan phthalic acid anhydride dengan proses oksidasi ortho xylene.

C dan tekanan 3,2 bar membentuk phthalic acid, air dan karbondioksida. Crude phthalic acid yang dihasilkan dari reaktor ini didinginkan dalam cooler yang selanjutnya dialirkan menuju flash drum untuk memisahkan karbondioksida. Crude phthalic acid yang masih mengandung air selanjutnya dimurnikan di dalam kolom destilasi. Phthalic acid anhydride yang merupakan produk bawah kolom destilasi mempunyai kemurnian sebesar 97,8 % sedangkan air merupakan produk atas kolom destilasi. (Diaoye, 2007).

Bahan baku ortho xylene dengan temperatur 30 0C dan tekanan 1,013 bar dari tangki penyimpanan ortho xylene dipompakan ke vapuorizer untuk menguapkan ortho xylene pada temperatur 150 0C dan tekanan 1,4 bar untuk kemudian dipompakan ke furnace untuk dipanaskan hingga temperatur 350 0

Udara pada temperatur 30

C dan tekanan 2,2 bar.

C dan tekanan 1,013 bar dialirkan dengan kompresor ke furnace untuk dipanaskan hingga temperatur 350 0

Uap ortho xylene dan udara diumpankan ke reaktor dengan kondisi operasi temperatur 350

C dan tekanan 2,2 bar.

C, tekanan 2,2 bar dan konversi 99 % dengan reaksi sebagai berikut :

C8H10 + 3 O2 C8H4O3 + 3 H2O

Panas reaksi dari reaktor disirkulasi dengan air pendingin untuk menjaga reactor dalam kondisi isothermic. Produk dari reaktor berupa uap phthalic acid, oksigen sisa, nitrogen dan air didinginkan pada kondensor parsial dan selanjutnya dialirkan ke knock out drum. Phthalic acid selanjutnya dialirkan ke spray dryer dengan kemurnian 99,8 % (UNEP, 2007).

2.5. Pemilihan Proses

Perbandingan kedua jenis proses yang ada diperlihatkan pada tabel 2-1 berikut ini.

Tabel 2-1 Perbandingan proses pembuatan phthalic acid anhydride

Oksidasi Naphthalene* Oksidasi Ortho xylene**

Bahan baku : Naphthalene dan udara Bahan baku : Ortho xylene dan udara Konversi : 85 % Konversi : 99 %

Kemurnian : 97,8 % Kemurnian : 99,8 %

Proses menghasilkan karbondioksida Proses tidak menghasilkan karbondioksida Sumber : * UNEP ( 2007)

(18)

V2O5

Berdasarkan data pada tabel 2-1 di atas maka pada pra perancangan pabrik pembuatan phthalic acid anhydride dipilih proses oksidasi ortho xylene. Proses ini didasarkan atas beberapa pertimbangan, sebagai berikut :

a. Konversi dan kemurnian produk yang dihasilkan lebih tinggi dibandingkan proses oksidasi naphthalene.

b. Proses tidak menghasilkan karbondioksida.

c. Nilai jual produk lebih ekonomis karena kemurniannya lebih tinggi.

2.6. Deskripsi Proses

Pra rancangan pabrik pembuatan phthalic acid anhydride dengan proses oksidasi ortho xylene secara garis besar dapat dikelompokkan dalam empat tahapan proses, yaitu :

1. Proses persiapan bahan baku

2. Proses reaksi pembentukan phthalic acid 3. Proses pemisahan phthalic acid

4. Proses pengeringan phthalic acid 2.6.1. Proses Persiapan Bahan Baku

Bahan baku ortho xylene (C8H10) dengan kondisi temperatur 30 0C dan tekanan 1,013 bar

disimpan pada tangki bahan baku (T-701). Selanjutnya ortho xylene dipompakan ke vapuorizer (E-701) untuk diuapkan hingga temperatur 150 0C dan tekanan 1,4 bar yang kemudian dipompakan ke furnace (H-701) untuk dipanaskan hingga temperatur 350 0

Udara pada temperatur 30

C dan tekanan 2,2 bar. Bahan bakar yang dipergunakan pada furnace adalah liquid natural gas. Selanjutnya gas buang pembakaran pada furnace dipergunakan untuk memanaskan air untuk menghasilkan steam pada unit waste heat boiler.

C dan tekanan 1,013 bar dari blower (B-701) dialirkan dengan kompresor (CP-701) ke furnace (H-701) untuk dipanaskan hingga temperatur 350

2.6.2. Proses Reaksi Pembentukan Phthalic Acid C dan tekanan 2,2 bar.

Uap ortho xylene dan udara yang berasal dai furnace (H-701) diumpankan ke reaktor (R-701) dengan kondisi operasi temperatur 350 0C dan tekanan 2,2 bar di mana reaktor dalam kondisi isothermic. Pada proses ini dipergunakan katalis vanadium pentoxide untuk mempercepat reaksi dan menghasilkan konversi produk sebesar 99 % dengan reaksi sebagai berikut

C8H10 + 3 O2 C8H4O3 + 3 H2

Pada reaksi ini produk reaktor berupa campuran antara phthalic acid, oksigen sisa, nitrogen dan air pada temperatur 350

C dan tekanan 2,2 bar. Reaksi pada reaktor merupakan reaksi exothermic di mana reaksi pembentukan phthalic acid dari oksidasi ortho xylene menghasilkan panas yang cukup tinggi. Agar panas reaksi dapat

(19)

dikendalikan dengan sempurna sesuai dengan kondisi operasi maka diperlukan media pendingin, yaitu dowterm. Dalam proses ini dowterm yang dipakai adalah air pendingin. Panas reaksi yang dihasilkan dari reaktor diserap oleh media pendingin (dowterm). 2.6.3. Proses pemisahan Phthalic Acid

Produk dari reaktor (R-701) berupa phthalic acid, ortho xylene sisa, oksigen sisa, nitrogen dan air dialirkan ke kondersor parsial (E-703) untuk mengubah sebagian fasa produk dari uap menjadi cairan dengan menurunkan temperatur hingga 150 0

2.6.4. Proses Pengeringan Phthalic Acid

C dan tekanan 1,7 bar. Campuran uap (ortho xylene sisa, oksigen sisa, nitrogen dan air) dan cairan (phthalic acid) selanjutnya dialirkan ke tangki knock out drum (SC-701) untuk memisahkan uap dari cairan.

Cairan Phthalic Acid dari knock out drum (SC-701) diumpankan ke spray dryer (DE-701) untuk dikeringkan sekaligus membentuk butiran kristal phthalic acid anhydride. Kristal phthalic acid anhydride yang telah kering selanjutnya dialirkan menggunakan screw conveyor (CS-701) menuju silo. Produk phthalic acid anhydride yang memiliki kemurnian 99,8 % ini selanjutnya disimpan dalam silo (S-701).

(20)

L1 T-701 TC FC L1 TC FC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Steam from WHB

Kondensat to WHB

Air pendingin

Air pendingin sisa

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

Skala : Tanpa Skala Tanggal Tanda Tangan Digambar

1. Nama : Dr. Ir. Fatimah, MT NIP : 132 095 301 Diperiksa/

Disetujui

2. Nama : Ir. Hamidah Harahap, MSc NIP : 132 126 839

PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN PHTHALIC ACID ANHYDRIDE DENGAN METODE OKSIDASI ORTHO XYLENE

DENGAN KAPASITAS 120.000 TON/TAHUN

Nama : Freddy R. J. Sinaga NIM : 050425012 Keterangan gambar : T-701 : Tangki Ortho xylene E-701 : Vapourizer H-701 : Furnace B-701 : Blower CP-701 : Kompresor R-701 : Reaktor E-703 : Kondensor parsial SC-701 : Knock out drum BE-701 : Spray dryer CS-701 : Screw conveyor S-701 : Silo

P-01 _E-701 E-703 R-701 SC-701 _DE-701 CS-701 S-701 B-701 CP-701 12 H-701

Liquid natural gas

(21)

BAB III NERACA MASSA

Kapasitas produksi = 120.000 ton/tahun

Operasi pabrik = 330 hari Jam operasi = 24 jam Basis perhitungan = 1 jam operasi

Kapasitas produksi/jam =

jam

kg

x

hari

tahun

x

ton

kg

x

tahun

ton

24

1

330

1

000 .

1

000 .

120

= 15.151,5152 kg/jam

Setelah dilakukan perhitungan untuk tiap unit peralatan pada lampiran A, maka diperoleh neraca massa sebagai berikut :

3.1. Reaktor (R-701)

Tabel 3-1 Neraca massa pada reaktor

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

F4 F5

Ortho xylene (C8H10) 10.939,4519 - 109,3895

Oksigen (O2) - 9.907,4304 99,0720

Nitrogen (N2) - 37.270,8096 37.270,8096

Air (H2O) 110,4995 - 5.627,7011

Phthalic acid (C8H4O3) - - 15.121,2122

Subtotal 11.049,9514 47.178,24

58.228,1914

Total 58.228,1914

3.2. Knock Out Drum (SC-701)

Tabel 3-2 Neraca massa pada knock out drum

Komponen Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

F8 F9

Ortho xylene (C8H10) 109,3895 109,3895 -

Oksigen (O2) 99,0720 99,0720 -

(22)

Air (H2O) 5.627,7011 5.597,3981 30,3030

Phthalic acid (C8H4O3) 15.121,2122 - 15.121,2122

Subtotal

58.228,1914

43.076,6692 15.151,5152

(23)

BAB IV NERACA PANAS

Basis perhitungan = 1 jam operasi Satuan operasi = kJ/jam Temperatur referensi = 250

Setelah dilakukan perhitungan untuk tiap unit peralatan pada lampiran B, maka diperoleh neraca panas sebagai berikut :

4.1. Vapourizer (E-701)

Tabel 4-1 Neraca panas pada vapourizer

Komponen Masuk (kkal/jam) Keluar (kkal/jam)

Ortho xylene (C8H10) 23.071,2577 720.836,2036

Air (H2O) 550,2997 6.239,7896

Subtotal 23.621,5574 727.075,9932

Steam 703.454,4358 -

Total 727.075,9932 727.075,9932

4.2. Furnace (H-701)

Tabel 4-2 Neraca panas pada furnace

Komponen Masuk (kkal/jam) Keluar (kkal/jam)

Ortho xylene (C8H10) 16.528,0295 1.189.233,8160

Air (H2O) 550,2997 16.652,0985

Oksigen (O2) 10.908,793 739.646,2136

Nitrogen (N2) 46.341,4603 3.058.802,9630

Subtotal 784.326,2465 5.004.335,0910

Bahan bakar 4.220.008,8450 -

Total 5.004.335,0910 5.004.335,0910

4.3. Reaktor (R-701)

Tabel 4-3 Neraca panas pada reaktor

Komponen Masuk (kkal/jam) Keluar (kkal/jam)

Phtalic acid (C8H4O3) - 4.177,2368

Ortho xylene (C8H10) 1.189.233,8160 11.892,0616

(24)

Oksigen (O2) 739.646,2136 7.396,29013

Nitrogen (N2) 3.058.802,9630 3.058.802,9630

Subtotal 5.004.335,0910 3.930.354,1250

Panas reaksi - 26.159.663,3400

Air pendingin - -25.985.682,3700

Total 5.004.335,0910 5.004.335,0910

4.4. Kondensor Parsial (E-703)

Tabel 4-4 Neraca panas pada kondensor parsial

Komponen Masuk (kkal/jam) Keluar (kkal/jam)

Phtalic acid (C8H4O3) - 1.606,6295

Ortho xylene (C8H10) 1.189.233,8160 7.208,1944

Air (H2O) 16.652,0985 317.790,3099

Oksigen (O2) 739.646,2136 2.765,2911

Nitrogen (N2) 3.058.802,9630 1.162.917,7280

Subtotal 5.004.335,0910 1.492.288,1530

Air pendingin - 3.512.046,9380 -

Total 1.492.288,1530 1.492.288,1530

4.5. Spray Dryer (DE-701)

Tabel 4-5 Neraca panas pada spray dryer

Komponen Masuk (kkal/jam) Keluar (kkal/jam)

Phtalic acid (C8H4O3) 1.606,6295 64,2652

Air (H2O) 1.711,1786 150,9123

Subtotal 3.317,8081 215,1775

Udara -3.102,6306 -

(25)

BAB V

SPESIFIKASI PERALATAN

Dari hasil perhitungan peralatan pada lampiran C, maka dibuatlah data spesifikasi peralatan yang digunakan pada pra rancangan pabrik pembuatan phthalic acid anhydride sebagai berikut

5.1. Tangki Penyimpanan Ortho Xylene (T-701)

Fungsi : Tempat penyimpanan ortho xylene

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel (C-SA-316)

Jumlah : 1 unit

Kondisi penyimpanan : Temperatur = 30°C, Tekanan = 1 atm Kapasitas tangki : 361,6358 m

Diameter tangki : 6,5148 m

Tinggi tangki : 10,8797 m Pdesain

Tebal silinder : 0,19 in : 16,2564 psi

Tebal head standar : 0,19 in

5.2. Pompa (P-01)

Fungsi : Mengalirkan ortho xylene dari tangki penyimpanan (T-701) ke vapourizer (E-(T-701)

Jenis : Pompa sentrifugal Jumlah : 1 unit

Bahan konstruksi : Commersial steel

Spesifikasi : - Debit pompa : 0,12 ft3 - Diameter pompa : 2,82 in

- Schedule number : 40 - Kecepatan alir : 2,3415 ft/s - Total friksi : 0,5968 ft.lbf/lbm - Kerja poros : 7,4613 ft.lbf/lbm - Daya pompa : 1/2 hp

- Bahan konstruksi : Commercial steel

5.3. Vapourizer (E-701)

Fungsi : Tempat berlangsungnya penguapan ortho xylene

Jenis

: Shell & tube heat exchanger

Jumlah : 1 unit Jenis tube : 18 BWG

(26)

Diameter dalam, ID : 23 1/4

Diameter luar, OD : 1 in

Panjang tube : 16 ft in

Jumlah tube : 130

5.4. Furnace (H-701)

Fungsi : Menaikkan temperatur umpan sebelum masuk ke reaktor (R-701)

Tipe : Fire box

Kondisi operasi

- Temperatur ortho xylene masuk : 150°C - Temperatur udara masuk : 30o - Panas fuel masuk : 30

- Temperatur keluar : 350°C C

Spesifikasi

- Jenis tube : Schedule 40 - Diameter dalam, ID : 1,049 in - Diameter luar, OD : 1,32 in - Panjang tube : 7.162,7 ft - Jumlah tube : 224

5.5. Kompresor (CP-701)

Fungsi : Mengalirkan udara dari blower (B-701) ke unit furnace (H-701)

Jumlah : 1 unit Kondisi proses : T = 30o Kapasitas : 47,3829 m

C, P = 1 atm = 1,013 bar

Daya : 90,49 kW

/jam

5.6. Reaktor (R-701)

Fungsi : Tempat terjadinya reaksi oksidasi ortho xylene

Tipe : Fixed bed multiturbular dengan alas dan tutup ellipsiodal Bahan konstruksi : Carbon Stell SA-316 grade C

Jumlah : 1 unit Kondisi proses : T = 350o Jumlah : 1 unit

C, P = 2,17 atm = 2,2 bar = 31,9 Psi

Kapasitas tangki : 27,44 m Diameter tangki : 2,75 m

(27)

Pdesain

Tebal silinder : 0,21 in : 41,6988 psi

Tebal head standar : 0,21 in

5.7. Kondensor Parsial (E-702)

Fungsi : Menurunkan temperatur dan tekanan serta mengkondensasi sebagian produk yang keluar dari reaktor (R-701)

Jenis

: Shell & Tube Heat Exchanger

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi : T = 150°C, P = 1,4 bar = 1,38 atm Jenis tube : 18 BWG

Diameter dalam, ID : 27 in Diameter luar, OD : 11/4

Panjang tube : 16 ft in

Jumlah tube : 151 ft

5.8. Knock Out Drum (SC-701)

Fungsi : Memisahkan gas dan liquid

Tipe

: Vertical vessel

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi : T = 150°C, P = 1,7 bar = 1,7221 atm = 25,3079 Psi Kapasitas vessel : 23,04 m

Diameter vessel : 5,9817 m

Tinggi vessel : 11,1927 m Pdesain

Tebal silinder : 0,2799 in : 27,88 psi

Tebal head standar : 0,2799 in

5.9. Blower (B-701)

Fungsi : Mengalirkan udara bebas ke unit spray dryer (DE-701) Jumlah : 1 unit

Kondisi proses : T = 30o Kapasitas : 2,587 m

C, P = 1 atm = 1,013 bar

Daya : 0,007 Hp

/jam

5.10. Spray Dryer (DE-701)

Fungsi : Menurunkan temperatur phathalic acid anhidyride dengan udara bebas dari blower (B-702)

(28)

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-304 Jumlah : 1 unit

Kondisi proses : T = 30oC = 303,150 Kapasitas : 337,6365 m

K, P = 1 atm = 1,013 bar

Diameter : 2,9598 m

Panjang : 49,097 m

Daya : 11,25 Hp

Jumlah flight : 9 buah

5.11. Screw Conveyor (CS-701)

Fungsi : Mengangkut phthalic acid anhydride ke silo (S-701)

Jenis : Horizontal screw conveyor class II-X Bahan konstruksi : Carbon steel

Jumlah : 1 unit

Kapasitas : 18,1818 ton/jam Diameter tingkat : 12 in

Diameter pipa : 2 ½ in Pusat gantungan : 12 ft Kecepatan motor : 60 rpm Diameter bagian umpan : 10 in Panjang maksimum : 15 ft Daya motor : 1,69 hp

5.12. Silo (S-701)

Fungsi : Tempat penyimpanan phthalic acid anhydride Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C

Bentuk : Silinder vertikal dengan tutup datar dan alas berbentuk kerucut

Jumlah : 2 unit

Kondisi proses : T = 30oC = 303,150 Kapasitas silo : 449,11 m

K, P = 1 atm = 1,013 bar

Diameter silo : 7,25 m

Tinggi silo : 14,52 m Pdesain

Tebal silinder : 0,3561 in : 16,39 psi

(29)

BAB VI

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

6.1. Instrumentasi

Instrumentasi adalah suatu alat yang di pakai didalam suatu proses kontrol untuk mengatur jalannya proses agar diperoleh hasil sesuai dengan yang di harapkan. Dalam suatu pabrik kimia, pemakaian instrumen merupakan suatu hal yang sangat penting karena dengan adanya rangkaian instrumen tersebut maka operasi semua peralatan yang ada di dalam pabrik dapat dimonitor dan dikontrol dengan cermat, mudah dan efisien, sehingga kondisi operasi selalu berada dalam kondisi yang diharapkan. Namun pada dasarnya, tujuan pengendalian tesebut adalah agar kondisi proses di pabrik mencapai tingkatan yang paling minimum sehingga produk dapat dihasilkan secara optimal (Perry, 1999).

Fungsi instrumen adalah sebagai pengontrol penunjuk (indicator), pencatat (recorder), dan pemberi tanda bahaya (alarm). Instrumen bekerja dengan tenaga mekanik atau tenaga listrik dan pengontrolannya dapat dilakukan secara manual atau otomatis. Instrumen digunakan dalam industri kimia untuk mengukur variabel- variabel proses seperti temperatur, tekanan, densitas, viskositas, panas spesifik, konduktivitas, pH, kelembaban, titik embun, tinggi cairan, laju alir, komposisi dan moisture content. Instrumen-instrumen tersebut mempunyai tingkat batasan operasi sesuai dengan kebutuhan pengolahan (Timmerhaus,2004).

Variabel-variabel proses yang biasanya dikontrol/diukur oleh instrumen adalah (Considine, 1985) :

1. Variabel utama, seperti temperatur, tekanan, laju alir, dan level cairan.

2. Variabel tambahan seperti densitas, viskositas, panas spesifik, konduktivitas, pH, humiditas, titik embun, komposisi kimia, kandungan kelembaban dan variabel lainnya.

Secara umum, kerja dari alat-alat instrumentasi dapat dibagi dua bagian yaitu operasi secara manual dan operasi secara otomatis. Penggunaan instrumen pada suatu peralatan proses bergantung pada pertimbangan ekonomis dan sistem peralatan itu sendiri. Pada pemakaian alat-alat instrumentasi juga harus ditentukan apakah alat-alat-alat-alat itu dapat dipasang pada peralat-alatan proses (manual control) atau disatukan dalam suatu ruang kontrol yang dihubungkan dengan bagian peralatan (automatic control) (Perry, 1999).

Menurut sifatnya konsep dasar pengendalian proses ada dua jenis, yaitu :

 Pengendalian secara manual

Tindakan pengendalian yang dilakukan oleh manusia. Sistem pengedalian ini merupakan sistem yang ekonomis karena tidak membutuhkan begitu banyak instrumentasi dan instalasinya. Namun pengendalian ini berpotensi tidak praktis dan tidak aman karena sebagai pengendalinya adalah manusia yang tidak lepas dari kesalahan.

 Pengendalian secara otomatis

Berbeda dengan pengedalian secara manual, pengendalian secara otomatis menggunakan instrumentasi sebagai pengendali proses, namun manusia masih terlibat sebagai otak

(30)

pengendali. Banyak pekerjaan manusia dalam pengedalian secara manual diambil alih oleh instrumentasi sehingga membuat sistem pengendali ini sangat praktis dan menguntungkan.

Hal-hal yang diharapkan dalam pemakaian alat-alat instrumentasi adalah : a. Kualitas produk dapat diperoleh sesuai dengan yang diinginkan

b. Pengoperasiaan sistem peralatan yang lebih mudah c. Sistem kerja lebih efisien

d. Penyimpangan yang mungkin terjadi dapat diketahui dengan cepat

Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam instrumentasi adalah (Timmerhaus, 2004) 1. Range yang diperlukan untuk pengukuran

2. Level instrumentasi 3. Ketelitian yang dibutuhkan 4. Bahan konstruksinya

5. Pengaruh pemasangan instrumentasi pada kondisi proses

6.1.1. Tujuan Pengendali

Tujuan perancangan sistem pengendali dari pabrik pembuatan phthalic acid anhydride adalah sebagai keamanan operasi pabrik yang mencakup :

• Mempertahankan variabel-variabel proses seperti temperatur dan tekanan tetap berada dalam rentang operasi yang aman dengan harga toleransi yang kecil.

• Medeteksi situasi berbahaya kemungkinan terjadinya kebocoran alat. Pendeteksian dilakukan dan menyediakan alarm dan sistim penghentian operasi secara otomatis.

• Mengontrol setiap penyimpanan operasi agar tidak terjadi kecelakaan kerja maupun kerusakan pada alat proses.

6.1.2. Jenis-jenis Pengendalian dan Alat Pengendali

Sistim pengendalian yang digunakan pada pabrik ini menggunakan dan mengkombinasikan beberapa tipe pengendalian sesuai dan tujuan dan keperluannya 1. Feedback Control

Perubahan pada sistim diukur (setelah adanya gangguan), hasil pengukuran dibandingkan dengan set point, hasil perbandingan digunakan untuk mengendalikan variabel yang dimanipulasi.

2. Feedforward control

Besarnya gangguan diukur (sensor pada poin), hasil pengukuran digunakan untuk mengendalikan variabel yang dimanipulasi.

3. Adaptive control

Sistim pengendali yang dapat menyesuaikan parameternya secara otomatis sedemikian rupa untuk mengatasi perubahan yang terjadi dalam proses yang dikendalikannya, umumnya ditandai dengan adanya reset input pada controller.

(31)

4. Infevential control

Sering kali variabel yang ingin dikendalikan tidak dapat diukur secara langsung sebagai solusinya digunakan sistim pengendalian, di mana variabel yang terukur digunakan untuk mengestimasi variabel yang akan dikendalikan. Variabel terukur dan variabel tak terukur tersebut dihubungkan dan suatu persamaan matematika.

Pengendali yang banyak digunakan adalah jenis feedback (umpan balik) berdasarkan pertimbangan kemudahan pengendalian.

Pada dasarnya sistim pengendalian terdiri dari (Considine,1985) : a. Elemen Primer

Elemen primer berfungsi untuk menunjukkan kualitas suatu variabel proses dan menerjemahkan nilai itu dalam bentuk sinyal dan menggunakan transducer sebagai sensor. Ada banyak sensor yang digunakan bersambung variabel proses yang ada:

• Sensor untuk temperatur yaitu bimetal, thermocouple, dll.

• Sensor untuk tekanan yaitu diafragma, cincin keseimbangan, dll

• Sensor untuk level yaitu pelampung, elemen radio aktif, dll

• Sensor untuk aliran atau flow yaitu orifice, nozzle, dll b. Elemen Pengukuran

Elemen pengukuran berfungsi mengonversikan segala perubahan nilai yang dihasilkan elemen primer yang berupa sinyal kedalam sebuah harga pengukuran yang dikirimkan transmitter ke elemen pengendali.

• Tipe konvensional

Tipe ini menggunakan prisip perbedaan kapasitansi

• Tipe smart

Tipe smart menggunakan microprocessor elektronik sebagai pemroses sinyal c. Elemen Pengendali

Elemen pengendali berfungsi menerima sinyal dari elemen pengukur yang kemudian di bandingkan dengan set point di dalam pengendali. Hasilnya berupa sinyal koreksi yang akan dikirim ke elemen pengendali menggunakan processor (computer, microprocessor) sebagai pemproses sinyal pengendali. Jenis elemen pengendali yang digunakan tergantung pada variabel prosesnya.

Untuk variabel proses yang lain misalnya

• Temperatur menggunakan Temperature Controller (TC)

• Tekanan menggunakan Pressure Controller (PC)

• Aliran/flow menggunakan Flow Controller (FC)

• Level menggunakan Level Controller (LC) d. Elemen Pengendali Akhir

(32)

Elemen pengendali akhir berperan mengonversikan sinyal yang di terimanya menjadi sebuah tindakan korektif terhadap proses. Umumnya industri menggunakan control valve dan pompa sebagai elemen pengendali akhir.

1.Control Valve

Control valve mempunyai tiga elemen penyusun yaitu:

• Positioner yang berfungsi untuk mengatur posisi actuator

• Actuator valve berfungsi mengaktualisasikan sinyal pengendali (valve)

• Valve, merupakan elemen pengendali proses. Ada banyak tipe valve berdasarkan bentuknya seperti butterfly valve, valve bola, valve segmen.

2. Pompa Listrik

Elemen pompa terdiri dari dua bagian yaitu:

• Actuator Pompa

Aktuator pompa adalah motor listrik. Motor listrik mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik. Prinsip kerjanya berdasarkan induksi elektromagnetik yang menggerakkan motor.

• Pompa listrik berfungsi memindahkan/menggerakkan fluida baik itu zat cair, gas dan padat.

Secara garis besar fungsi instrumentasi adalah sebagai berikut:

• Penunjuk(indicator)

• Pencatat (recorder)

• Pengontrol (regulator)

• Pemberi tanda bahaya (alarm)

Adapun instrumentasi yang digunakan pada pra rancangan pabrik pembuatan phthalic acid anhydride ini mencakup :

1. Temperature Controller ( TC)

Adalah alat/instrumen yang digunakan sebagai alat pengatur suhu atau pengukur sinyal mekanis atau listrik. Pengaturan termperatur dilakukan dengan mengatur jumlah material proses yang harus ditambahkan/dikeluarkan dari dalam suatu proses yang sedang bekerja. 2 Pressure Controller (PC)

Adalah alat/instrumen yang dapat digunakan sebagai alat pengatur tekanan atau pengukur tekanan atau pengubah sinyal manjadi sinyal makanis.

3. Flow Controller (FC)

Adalah alat/instrumen yang bisa digunakan untuk mengatur kecepatan aliran fluida dalam pipe line atau unit proses lainnya. Pengukuran kecepatan aliran fluida dalam pipa biasanya diatur dengan mengukur output dari alat, yang mengakibatkan fluida mengalir dalam pipe line.

(33)

Adalah alat/instrumen yang dipakai untuk mengukur ketinggian (level) cairan dalam suatu alat di mana cairan tersebut bekerja. Pengukuran tinggi permukaan cairan dilakukan dengan operasi dari sebuah control valve, yaitu mengatur rate cairan masuk atau keluar proses .

Jumlah aliran fluida diatur oleh control valve. Kemudian rate fluida melalui valve ini akan memberikan sinyal kepada LC untuk mendeteksi tinggi permukaan pada set point.

Prinsip kerja

Alat sensoring yang digunakan umumnya pelampung atau transduser diafragma untuk mendeteksi dan menunjukkan tinggi permukaan cairan dalam alat di mana cairan bekerja.

Proses pengendalian pada pabrik ini menggunakan feedback control configuration karena selain biasanya relatif lebih murah, pengaturan sistem pengendaliannya menjadi lebih sederhana. Konfigurasi ini mengukur secara langsung variabel yang ingin dikendalikan untuk mengatur harga variabel yang dimanipulasi. Tujuan pengedalian ini adalah untuk mempertahankan variabel yang dikendalikan pada level yang diinginkan (set point).

Sinyal output yang dihasilkan oleh pengendali feedback ini berupa pneumatic signal yaitu dengan menggunakan udara tekan. Tipe pengendali feedback yang umumnya digunakan, yaitu : 1. Jenis P (Proportional), digunakan untuk mengendalikan tekanan gas.

2. Jenis PI (Proportional Integral), digunakan untuk mengendalikan laju alir (flow), ketinggian (level) cairan, dan tekanan zat cair.

3. Jenis PID (Proportional Integral Derivative), digunakan untuk mengendalikan temperatur. 6.1.3. Variabel-Variabel Proses dalam Sistem Pengendalian

1. Tekanan

Peralatan untuk mengatur tekanan fluida adalah kombinasi silikon oil dalam membran/plat tipis dengan mengukur kuat arus listrik. Prinsipnya adalah perubahan kuat arus listrik akibat perubahan tekanan. Instrumen ini digunakan antara lain untuk mengukur tekanan pada reaktor dan tekanan keluar blower.

2. Temperatur

Peralatan untuk mengukur temperatur adalah thermocouple. Instrumen ini digunakan antara lain dalam pengukuran temperatur dalam reaktor, heat exchanger, crystalizer.

3. Laju Alir

Peralatan yang digunakan untuk mengukur laju alir fluida adalah venturimeter. Instrumen ini digunakan antara lain dalam pegukuran laju alir zat masukan reaktor.

4. Perbandingan Laju Alir

Peralatan yang digunakan adalah sambungan mekanik yang dapat disesuaikan, pneumatic, atau elektronik. Hasil pengukuran laju alir, aliran yang satu menentukan (me-reset) set point laju alir aliran lainnya. Instrumen ini digunakan pada pengukuran laju alir umpan reaktor. 5. Permukaan Cairan

Peralatan ini mengukur level permukaan cairan adalah pelampung dan lengan gaya. Prinsipnya adalah perubahan gaya apung yang dialami pelampung akibat perubahan level cairan. Pelampung yang mengapung pada permukaan cairan selalu mengikuti tinggi

(34)

permukaan cairan sehingga gaya apung pelampung dapat diteruskan ke lengan gaya, seingga dapat diketahui tinggi cairan. Penggunaanya adalah untuk mengukur level permukaan fluida seperti pada kolom waste heat boiler, dan tangki.

6.1.4. Syarat Perancangan Pengendalian

Beberapa syarat penting yang harus diperhatikan dalam perancangan pabrik antara lain : 1. Tidak boleh terjadi konflik antara unit, di mana terdapat dua pengendali pada satu aliran. 2. Penggunaan supervisory computer control untuk mengkoordinasikan tiap unit pengendali. 3. Control valve yang digunakan sebagai elemen pengendali akhir memiliki opening position

70%.

4. Dilakukan pemasangan check valve pada mixer dan pompa dengan tujuan untuk menghindari fluida kembali ke aliran sebelumnya. Check valve yang dipasang pada pipa tidak boleh lebih dari satu dalam one dependent line. Pemasangan check valve diletakkan setelah pompa. 5. Seluruh pompa yang digunakan dalam proses diletakkan di permukaan tanah dengan

pertimbangan syarat safety dari kebocoran.

6. Pada perpipaan yang dekat dengan alat utama dipasang flange dengan tujuan untuk mempermudah pada saat maintenance.

Tabel 6-1 Daftar penggunaan instrumentasi pada pra rancangan pabrik pembuatan phthalic acid anhydride

No Nama Alat Instrumentasi Kegunaan

1 Tangki Ortho Xylene

LI Menunjukkan tinggi cairan dalam tangki TC Mengontrol temperatur dalam tangki 2 Pompa FC Mengontrol laju alir cairan dalam pipa 3 Vapourizer TC Mengontrol temperatur dalam vapourizer

4 Furnace TC Mengontrol temperatur dalam Furnace PC Mengontrol tekanan dalam Furnace

5 Reaktor

TC Mengontrol temperatur dalam reaktor PC Mengontrol tekanan dalam reaktor LC Mengontrol tinggi cairan dalam reaktor

(35)

6 Kondensor TC Mengontrol temperatur dalam kondensor

7 Blower FC Mengontrol laju dalam Blower

8 Screw Conveyor FC Mengontrol laju alir bahan dalam Screw Conveyor

1. Instrumentasi Tangki

Tangki dapat berfungsi untuk tempat penyimpanan atau penampungan zat cair. Pada tangki ini dilengkapi dengan level indicator (LI) yang berfungsi untuk mengontrol ketinggian cairan di dalam tangki. Prinsip kerja dari level indicator ini adalah dengan menggunakan pelampung (floater) sehingga isi tangki dapat terlihat dari posisi penunjuk di luar tangki yang di gerakkan oleh pelampung. Untuk instrumentasi pada tangki penyimpanan ortho xylene digunakan

E-3

2. Instrumentasi Pompa

Variabel yang dikontrol pada ponmpa adalah laju aliran (flow rate). Untuk mengetahui laju aliran pada pompa dipasang flow controller (FC) yang berfungsi untuk mengendalikan aliran agar kecepatan alirnya seperti yang diharapkan. Jika laju aliran pompa lebih besar dari yang diinginkan maka secara otomatis katup pengendali (control valve) akan menutup atau memperkecil pembukaan katup.

3. Instrumentasi Vapourizer

TC LI

Gambar 6.1. Instrumentasi pada tangki

Gambar 6.2. Instrumentasi pada pompa

(36)

E-1

Temperature controller (TC) berfungsi untuk mengatur besarnya suhu di dalam vapourizer dengan cara mengatur banyaknya steam yang dialirkan. Jika temperatur di bawah kondisi yang diharapkan (set point), maka valve akan terbuka lebih besar dan jika temperatur di atas kondisi yang diharapkan (set point) maka bukaan valve akan lebih kecil.

4. Instumentasi Reaktor

Reaktor sebagai alat tempat berlangsungnya reaksi antara bahan-bahan yang digunakan. Dalam pabrik ini, reaktor sebagai tempat terjadinya reaksi pembuatan antara ortho xylene (g) dan oksigen (g). Instrumentasi pada reaktor mencakup level controller (LC), pressure controller (PC) dan temperature controller (TC). LC berfungsi untuk mempertahankan tinggi cairan dalam reaktor, mengendalikan ketinggian cairan dalam reaktor yang digunakan level controller (LC) dengan tujuan agar tidak terjadi kelebihan muatan. PC berfungsi untuk mempertahankan tekanan dalam reaktor agar tetap 2,2 bar. TC berfungsi untuk mempertahankan temperatur operasi dalam reaktor agar tetap 350 0C.

Gambar 6.4. Instrumentasi pada reaktor

5. Instrumentasi Kondensor

Temperature control (TC) berfungsi untuk mengatur besarnya suhu di dalam kondensor sehingga produk keluaran dari reaktor dapat mengalami perubahan temperatur dari 3500C menjadi 1500C dengan disertai perubahan fasa menjadi cair, dengan cara mengatur banyaknya air pendingin yang dialirkan. Jika temperatur di bawah kondisi yang diharapkan (set point),

Umpan Masuk

Air Pendingin

Produk Keluar TC

PC LC

Air Pendingin bekas

Gambar 6.3. Instrumentasi pada vapourizer Steam

(37)

maka valve akan terbuka lebih besar dan jika tempretur di atas kondisi yang diharapkan (set point) maka bukaan valve akan lebih kecil.

Air pendingin

bekas

Gambar 6.5. Instrumentasi pada kondensor

6. Instrumentasi Screw Conveyor

Instrumentasi pada screw conveyor mancakup flow controller (FC) yang berfungsi untuk mengatur laju bahan pada screw conveyor dengan mengatur laju putaran screw conveyor.

Gambar 6.6. Instrumentasi pada screw conveyor

6.2. Keselamatan Kerja

Aktifitas masyarakat umumnya berhubungan dengan resiko yang dapat mengakibatkan kerugian pada badan atau usaha. Karena itu usaha-usaha keselamatan merupakan tugas sehari-hari yang harus dilakukan oleh seluruh karyawan.

Keselamatan kerja dan keamanan pabrik merupakan faktor yang perlu diperhatikan secara serius. Dalam hubungan ini bahaya yang dapat timbul dari mesin, bahan baku dan produk, sifat zat, serta keadaan tempat kerja harus mendapat perhatian yang serius sehingga dapat dikendalikan dengan baik untuk menjamin kesehatan karyawan.

Perusahaan yang lebih besar memiliki divisi keselamatan tersendiri. Divisi tersebut mempunyai tugas memberikan penyuluhan, pendidikan, petunjuk-petunjuk, dan pengaturan agar kegiatan kerja sehari-hari berlangsung aman dan bahaya-bahaya yang akan terjadi dapat diketahui sedini mungkin, sehingga dapat dihindarkan (Bernasconi, 1995).

(38)

Statistik menunjukkan bahwa angka kecelakaan rata-rata dalam pabrik kimia relatif tidak begitu tinggi. Tetapi situasi beresiko mimiliki bentuk khusus, misalnya reaksi kimia yang berlangsung tanpa terlihat dan hanya dapat diamati dan dikendalikan berdasarkan akibat yang akan ditimbulkannya. Kesalahan-kesalahan dalam hal ini dapat mengakibatkan kejadian yang fatal. (Bernasconi, 1995).

Kerusakan (badan atau benda) dapat terjadi secara tiba-tiba tanpa dikehendaki dan diduga sebelumnya. Keadaan atau tindakan yang bertentangan dengan aturan keselamatan kerja dapat memancing bahaya yang akut dan mengakibatkan terjadinya kerusakan.

Untuk menjamin keselamatan kerja, maka dalam perencanaan suatu pabrik perlu diperhatikan beberapa hal, yaitu :

1. Lokasi pabrik

2. Sistem pencegahan kebocoran 3. Sistem perawatan

4. Sistem penerangan

5. Sistem penyimpanan material dan perlengkapan 6. Sistem pemadam kebakaran

Di samping itu terdapat beberapa peraturan dasar keselamatan kerja yang harus diperhatikan pada saat bekerja di setiap pabrik-pabrik kimia, yaitu:

• Tidak boleh merokok atau makan

• Tidak boleh minum minuman keras (beralkohol) selama bertugas

Bahaya dan tindakan-tindakan yang tidak memperhatikan keselamatan akan mengakibatkan kerusakan. Yang menjamin keselamatan kerja sebetulnya adalah pengetahuan mengenai bahaya sedini mungkin, sehingga pencegahan dapat diupayakan sebelum bahaya tersebut terjadi.

Berikut ini upaya-upaya pencegahan terhadap bahaya-bahaya yang mungkin terjadi pada pra rancangan pabrik pembuatan phthalic acid anhydride dapat dilakukan dengan cara :

1. Pencegahan terhadap kebakaran

300

28 Gambar 6.7. Tingkat kerusakan di suatu pabrik

Cedera ringan

Cedera berat sampai cedera mematikan Hanya kerusakan

benda

(39)

• Memasang sistem alarm pada tempat yang strategis dan penting, seperti : power station, laboratorium dan ruang proses.

• Mobil pemadam kebakaran harus selalu dalam keadaan siap siaga di fire station.

• Fire hydrant ditempatkan di daerah storage, proses, dan perkantoran.

• Fire extinguiser disediakan pada bangunan pabrik untuk memadamkan api yang relatif kecil.

• Smoke detector ditempatkan pada setiap sub stasiun listrik untuk mendeteksi kebakaran melalui asapnya.

2. Memakai peralatan perlindungan diri (Bernasconi,1995) Di dalam pabrik disediakan peralatan perlindungan diri, seperti :

• Pakaian pelindung

Pakaian luar dibuat dari bahan-bahan seperti katun, wol, serat, sintesis, dan asbes. Pada musim panas sekalipun tidak diperkenankan bekerja dengan keadaan badan atas terbuka.

• Sepatu pengaman

Sepatu harus kuat dan harus dapat melindungi kaki dari bahan kimia dan panas. Sepatu pengaman bertutup baja dapat melindungi kaki dari bahaya terjepit. Sepatu setengah tertutup atau bot dapat dipakai tergantung pada jenis pekerjaan yang dilakukan.

• Topi pengaman

Topi yang lembut baik dari plastik maupun dari kulit memberikan perlindungan terhadap percikan-percikan bahan kimia, terutama apabila bekerja dengan pipa-pipa yang letaknya lebih tinggi dari kepala, maupun tangki-tangki serta peralatan lain yang dapat bocor.

• Sarung tangan

Dalam menangani beberapa bahan kimia yang bersifat korosif, maka para operator diwajibkan menggunakan sarung tangan untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan.

• Masker

Berguna untuk memberikan perlindungann terhadap debu-debu yang berbahaya ataupun uap bahan kimia agar tidak terhirup.

3. Pencegahan terhadap bahaya mekanis

• Sistem ruang gerak karyawan dibuat cukup luas dan tidak menghambat kegiatan kerja karyawan.

• Alat-alat dipasang dengan penahan yang cukup kuat.

• Peralatan yang berbahaya seperti ketel uap bertekanan tinggi, reaktor bertekanan tinggi dan tangki gas bertekanan tinggi, harus diberi pagar pengaman.

4. Pencegahan terhadap bahaya listrik

• Setiap instalasi dan alat-alat listrik harus diamankan dengan pemakaian sekering atau pemutus hubungan arus listrik secara otomatis lainnya.

(40)

• Sistem perkabelan listrik harus dipasang secara terpadu dengan tata letak pabrik, sehingga jika ada perbaikan dapat dilakukan dengan mudah

• Memasang papan tanda bahaya yang jelas pada daerah sumber tegangan tinggi

• Kabel-kabel listrik yang letaknya berdekatan dengan alat-alat yang beroperasi pada suhu tinggi harus diisolasi secara khusus

• Setiap peralatan atau bangunan yang menjulang tinggi harus dilengkapi dengan penangkal petir yang dibumikan (Bernasconi,1995 )

5. Menerapkan nilai-nilai disiplin tinggi bagi karyawan

• Setiap karyawan bertugas sesuai dengan pedoman-pedoman yang diberikan dan memeatuhi setiap peraturan dan ketentuan yang diberikan.

• Setiap kecelakaan kerja atau kejadian yang merugikan segera dilaporkan ke atasan.

• Setiap karyawan harus saling mengingatkan akan perbuatan yang dapat menimbulkan bahaya.

• Setiap ketentuan dan peraturan harus dipatuhi. 6. Penyediaan poliklinik di lokasi pabrik

Poliklinik disediakan untuk tempat pengobatan akibat terjadinya kecelakaan secara tiba-tiba, misalnya menghirup gas beracun, patah tulang, luka terbakar, pingsan/syok dan lain sebainya. Apabila terjadi kecelakaan kerja, seperti terjadinya kebakaran pada pabrik, maka hal-hal yang harus dilakukan adalah :

• Mematikan seluruh kegiatan pabrik, baik mesin maupun listrik.

• Mengaktifkan alat pemadam kebakaran, dalam hal ini alat pemadam kebakaran yang digunakan disesuaikan dengan jenis kebakaran yang tarjadi, yaitu (Bernasconi, 1995). 1. Instalasi pemadam dengan air

Untuk kebakaran yang terjadi pada bahan berpijar seperti kayu, arang, kertas, dan bahan berserat. Air ini dapat disemprotkan dalam bentuk kabut. Sebagai sumber air, biasanya digunakan air tanah yang dialirkan melalui pipa-pipa yang dipasang pada instalasi-instalasi tertentu disekitar areal pabrik. Air dipompakan dengan menggunakan pompa yang bekerja dengan instalasi listrik tersendiri, sehingga tidak tergangu apabila listrik pada pabrik dimatikan ketika kebakaran terjadi.

2. Instalasi pemadam dengan CO CO

2 yang digunakan berbentuk cair dan mengalir dari beberapa tabung gas yang bertekanan

yang disambung secara seri menuju nozel-nozel. Instalasi ini digunakan untuk kebakaran dalam ruang tertutup, seperti pada tempat tangki penyimpanan dan juga pemadam pada instalasi listrik.

(41)

BAB VII

UTILITAS DAN PENGOLAHAN LIMBAH

Utilitas dan pengolahan limbah dalam suatu pabrik adalah sarana penunjang utama di dalam kelancaran proses produksi. Dalam suatu pabrik, utilitas dan pengolahan limbah memengang peranan yang sangat penting. Agar produksi tersebut dapat terus berkesinambungan, haruslah didukung oleh sarana dan prasarana utilitas dan pengolahan limbah yang baik.

Berdasarkan kebutuhannya, utilitas dan pengolahan limbah pada pra rancangan pabrik pembuatan phthalic acid anhydride adalah sebagai berikut :

1. Kebutuhan air

2. Kebutuhan bahan kimia 3. Kebutuhan bahan bakar 4. Kebutuhan listrik

5. Sarana pengolahan limbah

7.1. Kebutuhan Air

Dalam proses produksi, air memegang peranan penting untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik. Adapun kebutuhan air pada pabrik pembuatan phthalic acid anhydride ini adalah sebagai berikut :

1. Air pendingin

Tabel 7-1 Kebutuhan air pendingin pada alat

Nama Peralatan Kebutuhan Air Pendingin (kg/jam)

Reaktor (R-701) 1.920,7961

Kondensor Parsial (E-703) 176,3033

WHB (E-702) 1.521,0220

TOTAL 3.618,1214

2. Kebutuhan air domestik (keperluan air rumah tangga, perkantoran, kantin dan lain-lain) diperkirakan 10 % dari air kebutuhan pabrik (Metcalf, 1991).

= 10 % (3.618,1214) kg/jam = 361,8121 kg/jam 3. Kebutuhan air untuk laboratorium diperkirakan 1 % dari air kebutuhan pabrik (Metcalf, 1991.)

= 1 % (3.618,1214) kg/jam = 36,1812 kg/jam + Total kebutuhan air dalam pengolahan awal pabrik adalah

= 4.016,1156 kg/jam Air pendingin bekas digunakan kembali setelah didinginkan dalam menara pendingin air. Dengan menganggap terjadi kehilangan air selama proses sirkulasi, sebesar 20 %, yaitu :

= 20 % x Kebutuhan air pendingin

= 20 % x 3.618,1214 kg/jam = 723,6243 kg/jam Jumlah air bekas yang dapat digunakan kembali :

(42)

= 3.618,1214 kg/jam - 723,6243 kg/jam = 2.894,4971 kg/jam

Jumlah air yang harus ditambahkan dari menara air untuk dijadikan tambahan air pendingin dan air domestik adalah :

= Total air + kehilangan air pendingin bekas = 4.016,1156 + 723,6243 = 4.739,7399 kg/jam

Untuk faktor keamanan pada waktu pemompaan air sungai ditambahkan sebanyak 10 % dari jumlah air yang dipompakan. Maka banyak air yang dipompakan dari sungai adalah :

= (1 + 0,1) x 4.739,7399 kg/jam = 5.213,7139 kg/jam

Sumber air untuk pra rancangan pabrik pembuatan phthalic acid anhydride ini berasal dari Sungai Deli, daerah Labuhan, Sumatera Utara. Debit air sungai 12 m3/detik (Bapedal Sumut, 22 September 2006). Kualitas air sungai Deli dapat dilihat pada tabel 7-2 di bawah ini.

Tabel 7-2 Kualitas air sungai Deli

Parameter Satuan Keterangan

Debit

Total Amonia (NH3

Besi (Fe) -N) Cadmium (Cd) Clorida (Cl) Mangan (Mn) Calcium (Ca) Magnesium (Mg) Oksigen terlarut (O2

Seng (Zn)

)

Sulfat (SO4

Tembaga (Cu) )

Timbal (Pb) Hardness (CaCO3

m ) 3 mg/L /detik mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 12 0,0005 0,42 0,023 60 0,028 45 28 5,66 >0,0004 42 0,01 0,648 95

Lokasi Sampling : Sungai Deli

Sumber : Laporan Baku Mutu Air, Bapedal SUMUT, 22 September 2006

(43)

Kebutuhan air untuk pra rancangan pabrik pembuatan phthalic acid anhydride diperoleh dari Sungai Deli, yang terletak di kawasan pabrik, untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka di lokasi pengambilan air dibangun fasilitas penampungan air (water intake) yang juga merupakan tempat pengolahan awal air sungai. Pengolahan ini meliputi penyaringan sampah dan kotoran yang terbawa bersama air, selanjutnya air dipompakan ke lokasi pabrik untuk digunakan sesuai dengan keperluannya. Pengolahan air terdiri dari beberapa tahap yaitu (Degremont, 1991) : 1. Screening

2. Klarifikasi 3. Filtrasi 7.2.1. Klarifikasi

Klarifikasi merupakan proses penghilangan kekeruhan di dalam air dengan cara mencampurkannya dengan larutan Al2(SO4)3 dan Na2CO3 (soda abu). Larutan

Al2(SO4)3 berfungsi sebagai koagulan utama dan larutan Na2CO3

Dalam hal ini, pH menjadi faktor yang penting dalam penyingkiran koloid. Kondisi pH yang optimum penting untuk terjadi koagulasi dan terbentuknya flok-flok (flokulasi). Koagulan yang biasa dipakai adalah larutan alum Al

sebagai bahan koagulan tambahan yaitu berfungsi sebagai bahan pembantu untuk mempercepat pengendapan dan penetralan pH. Pada bak Clarifier, akan terjadi proses koagulasi dan flokulasi. Tahap ini bertujuan untuk menyingkirkan suspended solid dan koloid (Degremont, 1991).

2(SO4)3. Sedangkan koagulan

tambahan dipakai larutan soda abu Na2CO3

Selanjutnya flok-flok yang akan mengendap ke dasar clarifier karena gaya gravitasi, sedangkan air jernih akan keluar melimpah (overflow) yang selanjutnya akan masuk ke penyaring pasir (sand filter) untuk penyaring.

yang berfungsi sebagai bahan pembantu untuk mempercepat pengendapan dan peenetralan pH.

Pemakaian larutan alum umumnya hingga 50 ppm terhadap jumlah air yang akan diolah, sedangkan perbandingan pemakaian alum dan abu soda = 0,54 (Crities,2004).

Total Kebutuhan air = 5.213,7139 kg/jam Perhitungan alum dan abu soda yang diperlukan

Pemakaian Larutan alum = 50 ppm

Pemakaian Larutan soda abu = 0,54 x 50 = 27 ppm

(Crities,2004) Larutan alum AL2 (SO4)3 yang dibutuhkan = 50.10-6

= 0,2607 kg/jam

x 5.213,7139 kg/jam

Larutan abu soda Na2CO3 yang dibutuhkan = 27.10-6

= 0,1408 kg/jam

x 5.213,7139 kg/jam

(44)

Filtrasi dalam pemurnian air merupakan operasi yang sangat umum dengan tujuan menyingkirkan suspended solid, termasuk partikulat yang belum mengendap pada proses klarifikasi (Metcalf, 1984).

Material yang digunakan dalam medium filtrasi dapat bermacam-macam : pasir, antrasit (crushed antra cite coal), karbon aktif granular, karbon aktif serbuk dan batu garnet. Penggunaan yang paling umum dipakai di Afrika dan Asia adalah pasir dan gravel sebagai bahan filter utama, menimbang tipe lain yang cukup mahal (Kawamura, 1991). Unit filtrasi dalam pra rancangan pabrik pembuatan phthalic acid anhydride ini menggunakan media filtrasi granular sebagai berikut :

1. Lapisan atas terdiri dari pasir hijau (green sand). Lapisan ini bertujuan memisahkan flok dan koagulan yang masih terikut bersama air. Lapisan yang digunakan setinggi 24 in (60,96 cm) 2. Selanjutnya digunakan medium berpori misalnya antrasit atau marmer pada lapisan kedua.

Pada pabrik ini digunakan antrasit setinggi 12,5 in (31,75 cm).

3. Lapisan bawah menggunakan batu krikil/gravel setinggi 7 in (17,78 cm)(M.tcalf & Eddy,1991).

Bagian bawah alat penyaring dilengkapi dengan strainer sebagai penahan. Selama pemakaian, daya saing sand filter akan menurun. Untuk itu diperlukan regenerasi secara berkala dengan cara pencucian balik (back washing). Dari sand filter, air di pompakan ke menara air sebelum didistribusikan untuk berbagai kebutuhan.

Untuk air domestik, laboratorium, kantin dan tempat ibadah, serta poliklinik, dilakukan proses klorinasi, yaitu mereaksikan air dengan klor untuk membunuh kuman-kuman di dalam air. Klor yang digunakan biasanya berupa kaporit, Ca(ClO)2.

Perhitungan kebutuhan Kaporit, Ca(ClO)

Total kebutuhan air domestik = 361,8121 kg/jam

Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70%

Kebutuhan Klorin = 2 ppm dari berat air (Gordon,1968)

Total kebutuhan kaporit =

0,7

kg/jam

361,8121

x

2.10

-6

= 0,001 kg/jam

7.2.3. Demineralisasi

Air untuk ketel dan proses harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi, di mana alat deminerlisasi dibagi atas:

a. Penukar kation

Berfungsi untuk mengikat logam-logam alkali dan mengurangi kessadahan air yang digunakan. Proses yang terjadi adalah pertukaran antara kation Ca, Mg, dan Mn yang larut dalam air dengan kation hidrogen dan resin. Resin yang digunakan bertipe Gel dengan merek IR-122 (Lorch, 1981).

Reaksi yang terjadi :

(45)

2H+R + Mg2+ Mg2+R + 2H 2H

+ +

R + Mn2+ Mn2+R + 2H Untuk regenerasi dipakai H

2SO4

dengan reaksi :

R + H2SO4 CaSO4 + 2H+

R + H2SO4 MgSO4 + 2H+

R + H2SO4 MnSO4 + 2H+R

Sungai Deli, Labuhan mengandung kation Fe Perhitungan Kesadahan Kation

, Mn2+, Zn2+, Ca2+ Mg2+, Cu2+, Pb2+, dan Cd2+

(Laporan Baku Mutu Air, Bapedal Sumut, 22 September 2006). masing-masing 0,42 mg/l, 0,028 mg/l, 0,0004 mg/l, 45 mg/l, 28 mg/l, 0,01 mg/l, 0,648 mg/l, dan 0,023 mg/l.

Total kesadahan =

(

0 ,

42 +

0 ,

028 +

0 ,

0004

+

45 +

28 +

0 ,

01 +

0 ,

648 +

0 ,

023 )

= 74,1294 mg/l x 1000 l/m3 = 74.129,4 mg/m Jumlah air yang diolah = 1.521,0220 kg/jam

1 ,

5276

m /

jam

kg/m

995,68

kg/jam

1.521,0220

=

Kesadahan air = 1,5276 m3/jam x 74.129,4 mg/m3 = 2.717.761,715 mg/hari = 2,7177 kg/hari

x 24 jam/hari

Jumlah air yang diolah = 1.521,0220 kg/jam Perhitungan ukuran kation exchanger

Dari tabel 12.4, Nalco Water Treatment, 1988 diperoleh data-data sebagai berikut: - Diameter penukar kation = 2 ft

- Luas penampang penukar kation = 0,7854 ft - Jumlah penukar kation = 1 unit

Total kesadahan air = 2,7177 kg/hari Volume resin yang diperlukan

Dari tabel 12.2, Nalco Water Treatment, 1988 diperoleh : - Kapasitas resin = 25 kg/ft

- Kebutuhan regenerant = 10 lb H

2 SO4/ft3

Jadi, kebutuhan resin =

resin 3

kg/ft

25 kg/hari

2,7177

= 0,1087 ft3

Tinggi resin =

/hari 2 3

ft

0,7854

/hari

ft

0,1087

= 0,1384 ft

Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft

(Tabel 12.4, Nalco Water Treatment, 1988) Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft x 0,7854 ft2 = 1,96 ft3

(1)

= Rp. 5.700.181.278,-

Total biaya depresiasi dan amortisasi

= Rp. 4.143.321.266,- + Rp. 5.700.181.278,- = Rp. 9.843.502.544,-

D. Biaya Tetap Perawatan

a. Perawatan mesin dan alat-alat proses (Timmerhaus,2004) Diperkirakan 10% dari HPT

= 0,1 x Rp. 18.685.742.210,- = Rp. 1.868.574.221,- b. Perawatan bangunan

Diperkirakan 5% dari harga bangunan (Timmerhaus,2004) = 0,05 x Rp. 17.205.000.000,-

= Rp. 860.250.000,- c. Perawatan kendaraan

Diperkirakan 5% dari harga kendaraan (Timmerhaus,2004) = 0,05 x Rp. 1.600.000.000,-

= Rp. 80.000.000,-

d. Perawatan instrumentasi dan alat kontrol

Diperkirakan 10% dari harga instrumentasi dan alat kontrol = 0,1 x Rp. 1.868.574.221,-

= Rp. 186.857.422,- e. Perawatan perpipaan

Diperkirakan 5% dari harga perpipaan (Timmerhaus,2004) = 0,05 x Rp. 3.737.148.442,-

= Rp. 186.857.422,- f. Perawatan instalasi listrik

Diperkirakan 5% dari harga instalasi listrik (Timmerhaus,2004) = 0,05 x Rp. 1.868.574.221,-

= Rp. 93.428.711,- g. Perawatan insulasi

Diperkirakan 5% dari harga insulasi (Timmerhaus,2004) = 0,05 x Rp 1.494.859.377,-

= Rp. 74.742.968,- h. Perawatan inventaris kantor

Diperkirakan 5% dari harga inventaris kantor (Timmerhaus,2004) = 0,05 x Rp 186.857.422,-

(2)

i. Perawatan perlengkapan kebakaran dan keamanan

Diperkirakan 5% dari harga perlengkapan kebakaran dan keamanan = 0,05 x Rp 186.857.422,-

= Rp 9.342.871,- Total biaya tetap perawatan :

= a + b + c + d + e + f + g + h + i = Rp. 3.369.396.486,-

E. Biaya Tambahan (Plant Overhead Cost)

Diperkirakan 20% dari modal investasi tetap (MIT) (Peter et al, 2004) = 0,2 x Rp. 91.836.253.930,-

= Rp. 18.367.250.790,-

F. Biaya Administrasi umum

Diperkirakan 10% dari biaya tambahan = 0,1 x Rp. 18.367.250.790,- = Rp. 1.836.725.079,-

G. Biaya Pemasaran dan Distribusi

Diperkirakan 20% dari biaya tambahan = 0,2 x Rp. 18.367.250.790,- = Rp. 3.673.450.158,-

H. Biaya Laboratorium Penelitian dan Pengembangan

Diperkirakan 10% dari biaya tambahan

= 0,1 x Rp. 18.367.250.790,- = Rp. 1.836.725.079,-

I. Biaya Asuransi

a, Asuransi pabrik diperkirakan 1% dari modal investasi tetap (MIT) = 0,01 x Rp. 91.836.253.930,-

= Rp. 918.362.539,-

b. Asuransi karyawan 2,54 % dari total gaji karyawan, dimana 1 % ditanggung oleh karyawan dan 1,54 % ditanggung oleh perusahaan

= 0,0154 x (12/3) x Rp. 312.000.000,- = Rp. 19.219.200,-

Total biaya asuransi = Rp. 918.362.539,- + Rp. 19.219.200,- = Rp. 937.581.739,-

J. Pajak Bumi dan Bangunan

PBB = Rp. 14.012.000,-

(3)

= A + B + C + D + E + F + G + H + I + J = Rp. 114.333.534.500,-

3.2 Biaya Variabel

A. Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per Tahun

Diperkirakan 10 % dari bahan baku proses dan utilitas (Timmerhaus, 2004) = 0,1 x Rp. 535.790.033.700,-

= Rp. 53.579.003.370,- B. Biaya Variabel Pemasaran

Diperkirakan 5 % dari biaya tetap pemasaran = 0,05 x Rp. 3.673.450.158,-

= Rp. 183.672.507,- C. Biaya Variabel Perawatan

Diperkirakan 15% dari biaya tetap perawatan

= 0,15 x Rp 3.369.396.486,- = Rp. 505.409.472,-

D. Biaya Variabel Lainnya

Diperkirakan 5% dari biaya tambahan

= 0,05 x Rp. 18.367.250.790,- = Rp. 918.362.539,-

Total Biaya Variabel (Variabel Cost) = A + B + C + D = Rp. 55.186.447.890,- Total Biaya Produksi = Biaya Tetap + Biaya Variabel

= Rp. 114.333.534.500,- + Rp. 55.186.447.890,- = Rp. 169.519.982.400,-

4. Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan A. Laba Sebelum Pajak

Laba sebelum pajak = Total Penjualan – Total Biaya Produksi = Rp. 535.790.033.700,- - Rp. 169.519.982.400,- = Rp. 366.270.051.300,-

B. Pajak Penghasilan,

Perhitungan Pajak Penghasilan (PPh) atas perhitungan dihitung berdasarkan Undang-Undang No,17 tahun 2000 Tentang Perubahan Ketiga Atas UU No. 7 Tahun 1983 Tentang Pajak Penghasilan adalah :

Tabel LE.12 UU No.17 Tahun 2000

Jumlah Penghasilan Kena Pajak Tarif Pajak

(4)

Penghasilan sampai dengan Rp,50,000,000,- 10

Penghasilan Rp,50,000,000,- s/d Rp,100,000,000,- 15

Penghasilan di atas Rp,100,000,000,- 30

Maka Pajak Penghasilan yang harus dibayar adalah :

10 % x_{Rp.50.000.000,-} _{= Rp.} _5.000.000,-

15 % x_{(Rp.100.000.000,- - Rp, 50.000.000.-)} _{= Rp.} _7.500.000,- 30 % x_{(Rp. 366.270.051.300,- - Rp. 100.000.000,-)} _{= Rp.109.851.015.400,- +}

Total pajak penghasilan (PPh) = Rp.109.863.515.400,-

C. Laba Setelah Pajak

Laba setelah pajak = Laba sebelum pajak – PPh

= Rp. 366.270.051.300,- - Rp. 109.863.515.400,- = Rp. 256.406.535.900,-

5. Analisa Aspek Ekonomi A. Profit Margin (PM)

PM =

100 %

penjualan

total

pajak

sebelum

Laba

x

PM =

100 %

3.700,-535.790.03

Rp.

1.300,-366.270.05

Rp.

x

= 68,36 %

B. Break Even Point (BEP)

BEP =

100 %

Variabel

Biaya

-Penjualan

Total

Tetap

Biaya

x

BEP =

100 %

.890,-55.186.447

Rp.

-

3.700,-535.790.03

Rp.

4.500,-114.333.53

Rp.

x

= 23,79 %

C Return on Investement (ROI)

Return on Investment adalah besarnya persentase pengembalian modal setiap tahun dari penghasilan bersih.

ROI =

100 %

investasi

modal

Total

pajak

setelah

Laba

x

ROI =

100 %

5.900,-697.748.90

Rp.

5.900,-256.406.53

Rp.

x

= 36,75 %

(5)

POT =

x

Tahun

ROI

1

POT =

x 1

Tahun

0,3675

1

= 2,72 Tahun ≈ 2 tahun 8 bulan

F. Internal Rate of Return (IRR)

Untuk menentukan nilai IRR harus digambarkan jumlah pendapatan dan pengeluaran dari tahun ke tahun yang disebut ”Cash Flow”. Untuk memperoleh cast flow diambil ketentuan sebagai berikut :

- Laba kotor diasumsikan mengalami kenaikan 10 % tiap tahun. - Harga tanah diasumsikan mengalami kenaikan 10 % tiap tahun. - Amortasi dihitung untuk 5 tahun.

- Masa pembangunan disebut tahun ke-nol. - Jangka waktu cash flow dipilih 10 tahun.

- Perhitungan dilakukan dengan menggunakan nilai pada tahun ke-10. - Cash flow = Laba sesudah pajak + Depresiasi + Harga tanah + Amortasi

Internal rate of return merupakan persentase yang menggambarkan keuntungan rata - rata bunga pertahun dari semua pengeluaran dan pemasukan, apabila IRR ternyata lebih besar dari bunga rill yang berlaku, maka pabrik akan menguntungkan, tetapi bila IRR lebih kecil dari bunga rill yang berlaku maka pabrik dianggap rugi.

Dari Tabel LE.13 diperoleh IRR = 45,60 %, sehingga pabrik akan menguntungkan karena lebih besar dari bunga pinjaman bank saat ini yaitu sebesar 25 % (Bank Indonesia, 2008).

(6)

Tabel LE-13 Data Perhitungan Internal of Rate Return (IRR)

Thn Laba Kotor PPh Laba Bersih Depresiasi Net Cash Flow

P/F

(i%,n) PV

P/F

(i%,n) PV

84 85

0 0 0 -Rp909,708,681,209.00 0 0 -Rp909,708,681,209.00 -Rp909,708,681,209.00

1 Rp1,002,631,818,000.00 Rp300,772,045,400.00 Rp701,859,772,600.00 Rp8,292,112,016.00 Rp710,151,884,616.00 0.534759 Rp379,760,366,104.81 0.531915 Rp377,740,364,157.45

2 Rp1,102,894,999,800.00 Rp330,850,999,940.00 Rp772,043,999,860.00 Rp8,292,112,016.00 Rp780,336,111,876.00 0.285968 Rp223,150,822,693.24 0.282933 Rp220,783,191,454.28

3 Rp1,213,184,499,780.00 Rp363,937,849,934.00 Rp849,246,649,846.00 Rp8,292,112,016.00 Rp857,538,761,862.00 0.152924 Rp131,138,116,045.95 0.150497 Rp129,056,597,806.78

4 Rp1,334,502,949,758.00 Rp400,333,384,927.40 Rp934,169,564,830.60 Rp8,292,112,016.00 Rp942,461,676,846.60 0.081777 Rp77,072,114,372.69 0.080051 Rp75,445,319,585.07

5 Rp1,467,953,244,733.80 Rp440,368,473,420.14 Rp1,027,584,771,313.66 Rp8,292,112,016.00 Rp1,035,876,883,329.66 0.043731 Rp45,300,198,887.88 0.04258 Rp44,108,155,311.91

6 Rp1,614,748,569,207.18 Rp484,407,070,762.15 Rp1,130,341,498,445.03 Rp8,292,112,016.00 Rp1,138,633,610,461.03 0.023386 Rp26,627,743,207.62 0.022649 Rp25,789,142,606.33

7 Rp1,776,223,426,127.90 Rp532,849,527,838.37 Rp1,243,373,898,289.53 Rp8,292,112,016.00 Rp1,251,666,010,305.53 0.012506 Rp15,652,986,588.03 0.012047 Rp15,079,380,988.77

8 Rp1,953,845,768,740.69 Rp586,136,230,622.21 Rp1,367,709,538,118.48 Rp8,292,112,016.00 Rp1,376,001,650,134.48 0.006688 Rp9,202,082,073.49 0.006408 Rp8,817,717,088.25

9 Rp2,149,230,345,614.76 Rp644,751,603,684.43 Rp1,504,478,741,930.33 Rp8,292,112,016.00 Rp1,512,770,853,946.33 0.003576 Rp5,410,017,745.94 0.003409 Rp5,156,470,115.65

10 Rp2,364,153,380,176.23 Rp709,228,514,052.87 Rp1,654,924,866,123.36 Rp8,292,112,016.00 Rp1,663,216,978,139.36 0.001912 Rp3,180,774,230.74 0.001813 Rp3,015,576,963.42