PRARANCANGAN PABRIK MALEIC ANHYDRIDE DARI OKSIDASI BENZENE KAPASITAS 20.000 TON/TAHUN

ABSTRAK

PRARANCANGAN PABRIK MALEIC ANHYDRIDE DARI OKSIDASI
BENZENE
KAPASITAS 20.000 TON/TAHUN
Oleh

Maruli W. K Malau

Pabrik Maleic Anhydride berbahan baku benzene dan oksigen, akan
didirikan di Cilacap, Jawa Tengah. Pabrik ini berdiri dengan mempertimbangkan
ketersediaan bahan baku, sarana transportasi yang memadai, tenaga kerja yang
mudah didapatkan dan kondisi lingkungan.
Pabrik direncanakan memproduksi Maleic Anhydride sebanyak 20.000
ton/tahun, dengan waktu operasi 24 jam/hari, 330 hari/tahun. Bahan baku yang
digunakan adalah benzene sebanyak 2.116,50 kg/jam dan phosphorus oxychloride
sebanyak 29.186,5629 kg/jam.
Penyediaan kebutuhan utilitas pabrik Maleic Anhydride berupa:
pengadaan air, 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 137 orang.
Dari analisis ekonomi diperoleh:
Fixed Capital Investment (FCI)
= Rp 440.396.823.280,Working Capital Investment (WCI)
= Rp 77.717.086.461,Total Capital Investment (TCI)
= Rp 518.113,909.742,Break Even Point (BEP)
= 50,29 %
Pay Out Time before Taxes (POT)b
= 2,49 tahun
Pay Out Time after Taxes (POT)a
= 2,93 tahun
Return on Investment before Taxes (ROI)b = 25,62 %
Return on Investment after Taxes (ROI)a
= 20,49 %
Discounted Cash Flow (DCF)
= 16,379%
Shut Down Point (SDP)
= 27,44 %
Mempertimbangkan paparan di atas, sudah selayaknya pendirian pabrik
Maleic anhydride ini dikaji lebih lanjut, karena merupakan pabrik yang

menguntungkan dan mempunyai masa depan yang baik.

DAFTAR ISI

Halaman
DAFTAR ISI ..................................................................................................

i

DAFTAR TABEL ..........................................................................................

iv

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................

v

I.

II.

III.

PENDAHULUAN
A. Latar Belakang ..................................................................................

1

B. Kegunaan Produk ..............................................................................

3

C. Ketersediaan Bahan Baku..................................................................

8

D. Analisis Pasar ....................................................................................

9

E. Kapasitas Pabrik .............................................................................

11

F. Penentuan Lokasi Pabrik...................................................................

14

PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES
A. Jenis Proses Pembuatan Maleic Anhydride ......................................

22

B. Pemilihan Proses ..............................................................................

26

C. Uraian Proses .....................................................................................

35

SPESIFIKASI BAHAN BAKU DAN PRODUK
A. Bahan Baku ......................................................................................

37

B. Produk ..............................................................................................

38

C. Bahan Pembantu ................................................................................ 40

IV.

NERACA MASSA DAN ENERGI
A. Neraca Massa .................................................................................... 43
B. Neraca Panas ..................................................................................... 45

V.

SPESIFIKASI ALAT PROSES
A. Peralatan Proses................................................................................. 54
B. Peralatan Utilitas ............................................................................... 70
C. Unit Pembangkit dan Pendistribusian Listrik .................................... 93

VI.

UNIT PENDUKUNG DAN LABORATORIUM
A. Unit Pendukung Proses ..................................................................... 94
1. Unit Penyediaan Air ......................................................................
2. Unit Penyediaan Listrik ................................................................
3. Unit Pengadaan Bahan Bakar........................................................
4. Unit Penyediaan Udara Tekan .....................................................

95
109
110
110

B. Unit Pengolahan Limbah .................................................................... 111

C. Laboratorium ...................................................................................... 112
D. Instrumentasi dan Pengendalian Proses ............................................ 116

VII. TATA LETAK PABRIK
A. Lokasi Pabrik ................................................................................... 119
B. Tata Letak Pabrik ............................................................................. 121

VIII. SISTEM MANAJEMEN DAN OPERASI PERUSAHAAN
A. Bentuk Perusahaan .......................................................................... 126

ii

B. Struktur Organisasi Perusahaan ....................................................... 129
C. Tugas dan Wewenang....................................................................... 132
D. Status Karyawan dan Sistem Penggajian ......................................... 140
E. Pembagian Jam Kerja Karyawan .................................................... 141
F. Penggolongan Jabatan Dan Jumlah Karyawan ................................ 143
G. Kesejahteraan Karyawan ................................................................. 148

IX.

INVESTASI DAN EVALUASI EKONOMI
A. Investasi ......................................................................................... 149
B. Evaluasi Ekonomi .......................................................................... 153
1. Return On Investment (ROI) ......................................................
2. Pay Out Time (POT) ..................................................................
3. Break Even Point (BEP)..............................................................
4. Shut Down Point (SDP) .............................................................

153
154
154
155

C. Angsuran Pinjaman ........................................................................ 155
D. Discounted Cash Flow (DCF) ....................................................... 156

X.

SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan ........................................................................................ 157
B. Saran ............................................................................................... 157

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

iii

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Indonesia merupakan negara berkembang yang belum mampu memenuhi
kebutuhan akan berbagai produk dalam negeri. Sebagian atau seluruhnya masih di
impor dari berbagai negara maju di dunia. Dalam perkembangannya menuju
negara maju, pemerintah selama ini telah melaksanakan pengembangan dan
pembangunan diberbagai sektor dan salah satunya adalah sektor industri sebagai
penunjang ekonomi Indonesia. Peningkatan yang sangat pesat baik kualitas
maupun kuantitas terjadi dalam industri kimia membuat pemerintah menitik
beratkan pembangunan pada sektorindustri kimia. Kegiatan pengembangan

industri kimia di Indonesia diarahkan untuk meningkatkan kemampuan nasional
dalam memenuhi kebutuhan dalam negeri akan bahan kimia sehingga dapat
mengurangi ketergantungan akan impor dan sekaligus ikut memecahkan masalah
ketenaga kerjaan. Pengembangan sektorindustri kimia di Indonesia diharapkan
mampu berkembang dengan pesat sehingga dimasa yang akan datang Indonesia
dapat bersaing dengan negara-negara industri lain di dunia.

2

Salah satu jenis bahan kimia yang banyak dibutuhkan di Indonesia adalah maleic
anhydride. Maleic anhydride memiliki nama IUPAC 2,5 furandione merupakan
suatu senyawa turunan benzene yang berbentuk kristal, tidak berwarna, dapat larut
di dalam air, aseton dan alkohol. Senyawa ini tersusun atas unsur-unsur C, H dan
O dengan rumus C4H2O3.

Selama ini kebutuhan dalam negeri akan maleic anhydride menurut data Badan
Pusat Statistik (BPS) dari tahun ke tahun semakin meningkat seiring dengan
meningkatnya laju pertumbuhan industri di Indonesia yang membutuhkan maleic
anhydride sebagai bahan baku. Namun, peningkatan kebutuhan akan maleic
anhydride tidak diimbangi dengan kecukupan produksi dalam negeri karena itu

untuk pemenuhan maleic anhydride diperoleh dari beberapa negara diantaranya
Jepang, Korea, Taiwan dan China.

Benzene sebagai salah satu bahan baku pembuatan maleic anhydride telah dapat
diproduksi oleh Pertamina UP-IV Cilacap sebagai produk samping dari Kilang
paraxylene.Kilang ini menghasilkan antara lain benzene (120.000 ton/th),
paraxylene (270.000 ton/th) dan LPG (17.000 ton/th). Benzene yang telah
diproduksi di dalam negeri ini mempunyai harga yang jauh lebih rendah
dibandingkan maleic anhydride.

3

Berdasarkan pertimbangan-pertimbangan di atas maka direncanakan didirikan
pabrik maleic anhydride dengan bahan baku benzene, karena maleic anhydride
mempunyai nilai ekonomis yang lebih tinggi dibandingkan benzene. Untuk
memenuhi kekurangan kebutuhan dalam negeri, membuka lapangan pekerjaan
barudan sekaligus mengurangi ketergantungan industri dalam negeri terhadap
impor, maka pabrik maleic anhydride direncanakan berdiri pada tahun 2016.

B. Kegunaan Produk

Maleic anhydride adalah bahan kimia serbaguna yang dibutuhkan hampir di
seluruh bidang industri kimia. Struktur kimia ini dan reaktivitas yang tinggi dari
turunan maleic anhydride memungkinkan untuk membuat beragam jenis resin dan
juga merupakan pereaksi organik untuk berbagai transformasi kimia.
Penggunaan utama dari maleic anhydride antara lain:

1.Unsaturated Polyester Resins
Unsaturated polyesters (poliester tidak jenuh) adalah polimer kondensasi yang
terbentuk dari reaksi antara poliols dan polycarbosxylic acid dengan ketidak
jenuhan oletinik yang disebabkan oleh salah satu reaktan, biasanya poliols acid
dan apolycarbosxylic acid seperti pthialic dan maleic / fumaric. Selama ini maleic
acid (dalam bentuk maleic anhydride) lebih sering digunakan untuk pembuatan
Unsaturated polyesters resin untuk tujuan umum.

4

Unsaturated polyester resin merupakan bahan pembuatan fiber glass yang
selanjutnya dipakai untuk membuat badan kendaraan, tubuh kapal, tanki, panelpanel gedung, dan lain sebagainya.

2. Produksi Rosin adduct
Maleic anhydride dapat bereaksi dengan rosin membentuk rosin adduct yang
aplikasinya pada industri kertas sebagai paper sizing agent. (Maleic anhydride
data sheet No. MAN-0907)

3. Produksi Alkyd Resins
ASTM mendefinisikan alkyd sebagai resin sintetis terbuat dari polyhydric alcohol
dan polybasic acid yang dimodifikasi dengan minyak nabati atau asam lemak
alkyd resin banyak digunakan dalam industri cat, coating, serta pembentukan film.
Alkyd juga sangat penting untuk bahan pengikat tinta, kegunaan yang lain
termasuk dempul, bahan perekat (Jayanudin, 2011). Alkyd resin terbentuk dari
reaksi poliesterifikasi yang merupakan salah satu jenis reaksi polimerisasi antara
asam karboksilat dengan alkohol. Jika setiap molekul pereaksi mengandung dua
gugus fungsional maka akan terbentuk polimer rantai linier. Polimer jaring
(network) dapat terbentuk jika salah satu atau kedua pereaksi mempunyai lebih
dari dua gugus fungsional.Dalam hal ini, poliesterifikasi gliserol dan maleic
anhydride merupakan polimerisasi antara gugus –OH dan gugus -COOH.

5

Reaksi esterifikasi antara maleic anhydride dan monogliserida membentuk alkyd
resin (ester maleic) yang menghasilkan produk samping air (H2O) dalam jumlah
kecil yang akan teruapkan.

H2C

O

OH

C

HC

OCOR

H2C

OH

+

Maleic anhydride

H2C

Maleic Acid

OH
C

C

HC

H

C

O

Monoglyseride
H2C

O

OCOR

+

+ H2O
C

OH

Monoglyseride

Maleic Acid

H

CC

Maleic Ester

Water

Gambar 1.1.Reaksi esterifikasi maleic anhydride menghasilkan alkyd resin (ester
maleic) (Jayanudin dkk, 2011).

4. Produksi Fumaric acid
Fumaric acid yang merupakan trans-isomer dari maleic acid, dapat diperoleh
dengan memberikan perlakukan panasterhadap malei acid, dengan atau tanpa
katalis. Diperoleh dengan cara isomerisasi dari maleic acid dan larutan murni

6

maleic anhydride. Pada pemanasan keadaan vakum maleic acid yang kehilangan
airnya disebut maleic anhydride.
H – C – COOH
O
H – C – COOH

O

C

C

O

HC

HC

Gambar 1.2.perubahan maleic acid menjadi maleic anhydride

Ketika fumaric acid dipanaskan di atas 200°C.fumaric acid sangat larut dalam air
dingin, kristalnya tak berwarna dan kecil-kecil. Sedangkan maleic acid kristalnya
besar tak berwarna dan kelarutannya besar dalam air dingin. Fumaric acid
merupakan hasil reaksi antara hidrogen halida dengan maleic anhydride.

Maleic acid
panas

panas

Di atas 2000C

Fumaric acid

Maleic anhydride + H2O
-H2O

(pipa tertutup)2000C

Maleic acid
Gambar 1.3. Bagan Pemanasan

7

Fumaric acid ini aplikasinya untuk industri makanan sebagai bahan pemanis
buatan, aditif pangan, aditif pakan ternak (terutama sebagai penambah sifat asam).

5. Produksi Alkenyl Succinic Anhydrides (ASA)
Zat yang paling umum untuk kertas halus yang dibuat dalam kondisi alkalin adalah
alkenyl succinic anhydride (ASA) hal ini dikarenakan ASA mempunyai gugus
fungsional yang dapat berikatan secara kovalen dengan serat selulosa, dan dapat
mengarahkan hydrophobic tail yang memiliki sifat alami dapat menyebabkan serat
kertas menolak air jauh dari serat. (Clement, 2002). Selain digunakan sebagai
sizing agent, ASA digunakan juga sebagai aditif minyak pelumas mesin, bahan
pemlastis, pelumas antibeku, pengatur kelembaban pada baran berbahan dasar
kulit serta digunakan sebagai inhibitor korosi. (Florina dkk, 2010). Alkenyl
succinic anhydrides yang berbentuk cairan berwarna kuning pada suhu kamar
diperoleh

dari

reaksi

isomerisasi

olefin

dengan

maleic

anhydride.

(www.vertellius.com, 2012).

O
R’

R’

+

R

O

O

R
O
O
O

Olefin

Maleic Anhydride

Alkenyl Succinic Anhydrides

Gambar 1.4.Proses isomerisasi olefin dan maleic anhydride menghasilkan alkenyl
succinic anhydrides

8

Penggunaan maleic anhydride secara umum di Amerika Serikat dapat dilihat
berdasarkan tabel dibawah ini.

Tabel 1.1.Penggunaan maleic anhydride di Amerika Serikat pada tahun 2000
Produk
% Kebutuhan
Unsaturated Polyester Resin

63

Fumaric dan maleic Acid

5

Aditif Minyak Pelumas

11

Maleic Copolymer

8

Agricultural Chemical

2

Lainnya

11

Sumber : Felthouse dkk tabel 9, 2001

C. Ketersediaan bahan baku

Bahan baku pembuatan maleic anhydride adalah benzene. Benzene ini mudah
didapat karena merupakan salah satu produk yang dihasilkan oleh Pertamina UPIV Cilacap dengan kapasitas 120.000 ton/tahun. Dengan demikian, ketersediaan
bahan baku tidak menjadi masalah karena cukup tersedia dan mudah diperoleh.

9

D. Analisis Pasar

1. Prediksi kebutuhan pasar
Meskipun maleic anhydride telah diproduksi di dalam negeri, namun hingga
kini Indonesia masih mengimpor komoditas tersebut dari Jepang, Korea,
Taiwan, China dan beberapa negara lainnya di dunia.

Tabel 1.2. Data Negara Pengekspor Maleic anhydride Tahun 2010
Negara Asal
Impor (Ton)
Jepang

269,700

Korea

3.780,000

Taiwan

1.692,000

China

4.238,800

Indonesia

223,500

Belanda

73,890

Jerman

0,200

Sumber : Badan Pusat Statistik

Tabel 1.3. Data Negara Tujuan Ekspor Maleic anhydrideTahun 2010
Negara Tujuan
Ekspor (Ton)
Korea

544,998

Thailand

1.002,500

Singapura

225,000

Filipipa

62,750

Malaysia

344,750

Vietnam

25,750

10

Pakistan

22,500

Bangladesh

13,375

Jordan

20,000

Siria

90,000

Turki

2.029,000

United Arab Emirates

157,500

Mesir

65,000

Moroko

240,000

Kenya

21,250

Australia

15,750

Venezuela

40,000

United Kingdom

45,000

Jerman

20,000

Italia

92,330

Sumber : Badan Pusat Statistik

Tabel 1.4. Data Ekspor-Impor Maleic anhydride di Indonesia
Tahun
Ekspor (Ton) Impor (Ton)
1999

3.701,887

9.214,040

2000

3.395,085

3.340,490

2001

8.487,850

3.423,680

2002

16.922,572

5.709,150

2003

3.705,122

3.782,860

2004

5.721,279

6.418,280

2005

5.816,883

8.447,710

2006

5.710,144

11.273,340

2007

2.717,528

13.642,300

2008

2.496,671

10.278,090

11

2009

4.112,450

10.854,510

2010

5.257,453

13.064,460

2011

6.104,674

13.200,330

Sumber : Badan Pusat Statistik, 2012

Konsumsi maleic anhydride di Indonesia dan Asia diperkirakan akan terus
meningkat. Indikasi ini didasarkan atas perkembangan industri pemakainya
yang mengalami perkembangan cukup pesat. Pendirian pabrik ini diharapkan
dapat memenuhi kebutuhan maleic anhydride di Indonesia sehingga
mengurangi ketergantungan Indonesia terhadap impor.
2. Harga Bahan Baku dan Produk
Berikut ini harga bahan baku dan produk maleic anhydride

Tabel 1.5. Harga bahan Kimia
Material
Harga (US$ /kg)*

Harga (Rp/Kg)

Maleic Anhydride

US $3,200

Rp. 27.420,00

Benzene

US $1,245

Rp. 14.193,00

Katalis V2O5-MoO3

US $ 27,000

Rp. 229.368,00

1 US $= Rp. 11.400
(Sumber : www.alibaba.com, desember 2012)

E. Kapasitas Pabrik
Kapasitas rancangan pabrik Maleic anhydride direncanakan dengan pertimbangan
sebagai berikut :
1. Meningkatnya kebutuhan akan Maleic anhydride

12

Dalam perkembangannya, kebutuhan Maleic anhydride di Indonesia
mengalami peningkatan dari tahun ke tahun, terlihat pada Tabel 1.4.
Dari tabel 1.4. dibuat grafik linier untuk memperkirakan impormaleic
anhydride pada tahun 2016.
16000
14000
Kebutuhan (Ton)

12000
10000
y = 1144.7x + 1593.8
R² = 0.8526

8000
6000
4000
2000
0
2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Tahun ke-

Gambar 1.5.Grafik impor Maleic Anhydride Pada Tahun 2000-2011

Dari Gambar 1.5 di atas diperoleh persamaan garis lurus antara data impor
maleic anhydride dengan tahun. Persamaan garis hasil regresi linier yang
diperoleh adalah sebagai berikut :
y = 1.144,7x + 1.593,8
Pada tahun 2016 saat pembuatan pabrik Maleic anhydride, diperkirakan impor
sebanyak (ton/tahun)

= 1.144,7x + 1.593,8

= 1.144,7x(18) + 1.593,8
= 22.198,400 ton/tahun

13

Pada dasarnya semakin besar kapasitas produksi maka kemungkinan keuntungan
semakin besar, namun ada faktor lain yang harus diperhitungkan dalam
penentuan kapasitas produksi. Kapasitas produksi pabrik yang akan didirikan
harus berada di atas kapasitas produksi minimal yang sedang berjalan. Beberapa
produsen maleic anhydride di dunia saat ini ditampilkan pada tabel 1.6. berikut:
Tabel 1.6. Kapasitas Pabrik Maleic Anhydride Dunia
Pabrik
Amoco Chemical Co, Juliet Illinos
Ashland Chemical Co, Neal West Virginia
Denka Chemical Co, Houston , Texas
Mosanto Co, Pensacolla, Florida
PT. Justus Kimiaraya, Indonesia
Bartek Chemical Co Ltd, Stoney Creek, Ontario, Canada
Bayer AG, Verdinger
Nichiyu Chem Co, Ltd, Qita, Japan
US Steel, Niville Island, Pennyslvania

Kapasitas
34.000 ton/tahun
23.000 ton/tahun
23.000 ton/tahun
77.000 ton/tahun
14.000 ton/tahun
14.000ton/tahun
10.000 ton/tahun
15.000 ton/tahun
20.000 ton/tahun

Oleh karena itu, kapasitas pabrik yang akan didirikan adalah sebesar 90% dari
proyeksi data impor maleic anhydride atau sebesar 20.000 ton/tahun, dengan
pertimbangan sebagai berikut :
1. Adanya kemungkinan munculnya industri serupa di Indonesia seiring
dengan berkembangnya industri resin sebagai pengguna

maleic

anhydride, sehingga tidak memonopoli pasar.
2.

Dari aspek bahan baku, kebutuhan benzene dapat terpenuhi untuk
mencapai nilai kapasitas tersebut.

14

F. Penentuan Lokasi Pabrik

Lokasi pabrik dapat mempengaruhi kedudukan pabrik dalam persaingan maupun
penentuan kelangsungan produksinya.Lokasi pabrik direncanakan didirikan di
Cilacap, Jawa Tengah.Alasan pemilihan lokasi tersebut antara lain :
1. Ketersediaan bahan baku
Bahan baku pembuatan maleic anhydride adalah benzene. Benzene ini dapat
dengan mudah didapat karena salah satu produk yang dihasilkan oleh
Pertamina UP-IV Cilacap adalah benzene dengan kapasitas 120.000 ton/tahun.
Dengan demikian selain bahan baku itu tersedia dalam jumlah yang cukup
juga biaya trasportasi bahan baku menjadi labih murah karena lokasinya
berdekatan. Sedangkan katalis diperoleh dari PT Kujang Sud Chemie Catalyst
yang berlokasi di Cikampek, Jawa Barat, pengiriman katalis melalui
transportasi darat. Dengan demikian pengadaan bahan baku lebih mudah
karena berada di dekat pabrik Pertamina.

15

2. Struktur Administratif
Ibukota kabupaten Cilacap adalah Cilacap, yang terdiri atas kecamatan
Cilacap Utara, Cilacap Tengah, dan Cilacap Selatan. Cilacap dulunya
merupakan kota Administratif, namun sejak diberlakukannya Undang-undang
Nomor 22 tahun 1999 tentang pemerintahan daerah, tidak dikenal adanya kota
administratif, dan kota administratif Cilacap kembali menjadi bagian dari
wilayah kabupaten Cilacap. Di antara kota-kota kecamatan yang cukup
signifikan di kabupaten Cilacap adalah: Majenang, Karangpucung, Sampang,
Sidareja, dan Kroya. Majenang menjadi pusat pertumbuhan kabupaten
Cilacap di bagian barat sedangkan Kroya dan Sampang menjadi pusat
pertumbuhan di bagian timur.

3. Kondisi Geografis Cilacap
Cilacap merupakan kabupaten terluas di Jawa Tengah. Luas wilayahnya
sekitar 6,6% dari total wilayah Jawa Tengah.

3.1 Luas Wilayah
Daerah kabupaten Cilacap memiliki luas 2.253.608 Km2, yang terbagi atas
tanah sawah seluas 59.782.692 Ha, tanah kering seluas 42.931.584 Ha,
hutan seluas 46.417.563 Ha, perkebunan seluas 12.162.623 Ha,
pemukiman seluas 34.256.459 Ha, perairanseluas 821.628 Ha,dan tanah
lainnya seluas 17.929.599 Ha.

16

3.2 Topografi Cilacap
3.2.1 Keadaan pantai :
Pantai yang terdapat di kabupaten Cilacap merupakan daerah
pantai yang sebagian berombak besar dan ganas berasal dari
gelombang laut selatan yang terletak di Samudra Indonesia dimana
keadaannya kadang tidak menentu pada umumnya berpantai landai
karena letaknya di daerah dataran rendah, sedangkan di pantai
yang terletak di sebelah selatan Pulau Nusakambangan umumnya
berpantai terjal karena daerahnya terdiri dari perbukitan batu
kapur.

3.2.2 Bentuk Permukaan:
a) Di bagian utara kabupaten Cilacap pada umumnya daerah
pegunungan yang apabila di musim kemarau tanahnya sangat
kering dan sulit ditanami tanaman.
b) Di bagian timur pada umumnya merupakan daerah dataran
rendah yang tanahnya subur.
c) Di bagian barat merupakan daerah dataran tinggi, daerah
pegunungan, di daerah barat daya terdapat dataran rendah dan pada
musim penghujan sering terjadi bencana alam banjir dari luapan air
Sungai Citanduy.
d) Di bagian selatan merupakan dataran rendah dan terletak di
sebelah Utara Samudra Indonesia kecuali sebelah selatan Pulau

17

Nusakambangan yang pantainya sangat terjal karena daerahnya
terdiri dari perbukitan batu karang / batu kapur.

3.2.3 Daerah Aliran Sungai ( DAS )
Kabupaten Cilacap terdapat dua sungai besar yaitu Sungai Serayu
dan Sungai Citanduy antara lain :
a) Sungai Serayu mata airnya berasal dari daerah Wonosobo Jaten
dan bermuara di Samudra Indonesia dimana aliran sungai tersebut
melalui daerah kecamatan Sampang, kecamatan Maos,kecamatan
Kesugihan dan Adipala.
b) Sungai Citanduy merupakan batas wilayah antara Propinsi
dengan Propinsi Jabar bagian selatan.Sungai tersebut bila musim
penghujan sering banjir namun untuk Sungai Citanduy telah
dibuatkan tanggul pengaman sepanjang daerah yang dilalui
alirannya.

4.Batas daerah
Bagian utara adalah daerah perbukitan yang merupakan lanjutan dari Rangkaian
Bogor di Jawa Barat, dengan puncaknya Gunung Pojoktiga (1.347meter),
sedangkan bagian selatan merupakan dataran rendah.Kawasan hutan menutupi
lahan kabupaten Cilacap bagian utara, timur, dan selatan.Di sebelah selatan
terdapat

Nusa

Kambangan,

yang

memiliki

Cagar

Alam

NusaKambangan.Bagian barat daya terdapat sebuah inlet yang dikenal dengan

18

Segara Anakan.Ibukota kabupaten Cilacap berada di tepi pantai Samudra
Hindia, dan wilayahnya juga meliputi bagian timur Pulau Nusa Kambangan.

5. Sektor Perekonomian Cilacap dan Potensi Pendirian Pabrik
Cilacap adalah satu dari tiga kawasan industri utama di Jawa Tengah (selain
Semarang dan Surakarta). Di Cilacap terdapat 6 industri terbesar di antara
industri lain :
a. PertaminaRefinery Unit IV
b.Pabrik Semen HOLCIM Indonesia Pabrik Cilacap
c. Pabrik Gula Rafinasi, PTDharmapala Usaha Sukses
d.Pabrik Tepung Panganmas Inti Persada
e. PLTU Karangkandri
f. Pengolahan Ikan PT Juifa Internasional

Kota Cilacap telah memilikikawasan industri yang terletak di kelurahan
Lomanis, kecamatan Cilacap Tengah. Di kawasan ini masih tersedia lahan yang
dapat dikembangkan untuk industri. Beberapa kawasan juga telah disiapkan
untuk pengembangan Kawasan Industri Baru seperti di Desa Bunton kecamatan
Adipala dan di Desa Karangkandri kecamatan Kesugihan. Potensi untuk
pertumbuhan industri pengolahan yang begitu besar masih belum banyak
tersentuh. Sebaiknya investasi diarahkan untuk mengembangkan potensi
tersebut.Dengan digalakkannya investasi, diharapkan banyak investor yang
berkeinginan untuk menanamkan modal di Cilacap. Infrastruktur yang ada

19

diharapkan lebih dapat ditingkatkan untuk mendukung program investasi
tersebut.

6. Jenis dan Sarana Transportasi
Kabupaten Cilacap memiliki sarana transportasi cukup lengkap, karena
infrastruktur jalannya meliputi jalan darat (kereta api dan mobil/motor), laut
(kapal), dan udara (pesawat terbang). Kabupaten Cilacap dilalui jalan negara
lintas selatan Pulau Jawa, yakni jalur Bandung-Yogyakarta-Surabaya.
Jalur kereta api juga melintasi wilayah kabupaten ini. Stasiun Kroya adalah
stasiun yang terbesar di kabupaten Cilacap. Di sini bertemu dua jalur kereta,
dari Bandung dan dari Cirebon, menuju Yogyakarta/Surabaya Gubeng. Di
samping melayani transportasi penumpang, jalur kereta api ini juga melayani
pergerakan barang baik itu semen, pupuk, BBM, dan produk industri lainnya.

Transportasi angkutan darat dilayani oleh jalan nasional, jalan provinsi, jalan
kabupaten dan jalan poros desa. Total panjang jalan di kabupaten Cilacap lebih
dari 2.000 km. jalan nasional dan jalan provinsi sebagaian besar dalam kondisi
cukup baik dan baik. Di beberapa bagian ruas jalan nasional mengalami
kerusakan ringan, sedang, sampai kerusakan berat, terutama jalan dari
Kesugihan menuju kota Cilacap. jalur jalan Cilacap-Wangon via Jeruklegi juga
mengalami kerusakan.

20

Cilacap memiliki sebuah lapangan terbang perintisTunggul Wulung, yang dalam
rencananya akan dijadikan bandara komersial, sementara ini Perusahaan
Merpati Nusantara Airlines melayani rute penerbangan Cilacap--Jakarta-Cilacap 7 kali dalam seminggu.

7. Sumber Daya Manusia
Cilacap adalah satu dari tiga kawasan industri utama di Jawa Tengah (selain
Semarang dan Surakarta). Pekerja migran dari kabupaten Cilacap juga
menyumbangkan banyak devisa, terutama karena kiriman uang mereka
(remitan) ke daerah asal. Buruh migran tersebut berasal dari seluruh kecamatan
yang ada. Untuk saat ini kencenderungan buruh migran menuju ke Asia Timur,
tidak lagi ke Malaysia, Singapura atau Brunei Darussalam. Beberapa negara
asia timur yang dijadikan tujuan adalah Korea Selatan, Hongkong dan Taiwan.
Dan tren saat ini menunjukan peningkatan buruh migran ke Timur Tengah.

Untuk kecamatan Dayeuhluhur dan Wanareja, kecenderungan migrasi tenaga
kerja masih mengarah di kota-kota besar di Jawa Barat dan Jakarta (migrasi
internal). Terutama untuk tenaga kerja laki-laki berangkat pada saat di desa
sedang tidak ada pekerjaan di sektor pertanian. Buruh migran tersebut seringkali
hanya sebagai buruh migran musiman. Tingginya angka buruh migran musiman
ini memungkinkan tersedianya tenaga kerja yang memadai jika pabrik ini
berdiri karena melihat peluang berdirinya sebuah pabrik baru akan menarik
minat para buruh ini.

21

8. Utilitas
Kebutuhan air untuk proses dan keperluan lainnya cukup tersedia karena lokasi
pabrik berada di dekat daerah aliran sungai Serayu yang merupakan salah satu
sungai terbesar di kabupaten cilacap. Sungai Serayu mata airnya berasal dari
daerah Wonosobo Jaten dan bermuara di Samudra Indonesia dimana aliran
sungai tersebut melalui daerah kecamatan Sampang, kecamatan Maos,
kecamatan Kesugihan dan Adipala.Untuk kebutuhan listrik didapat dengan
mengadakan kontrak dengan PLN daerah Cilacap,untuk cadangan apabila
pasokan PLN terganggu,digunakan generator dengan bahan bakar yang
diperoleh dari Pertamina UP IV Cilacap.

9. Pemasaran
Dengan adanya berbagai pabrik alkyl resin, unsaturated polyester resin di
sekitarnya, memberikan kemudahan bagi pemasaran maleic anhydridekarena
pabrik tersebut dapat langsung mengkonsumsi maleic anhydridesebagai bahan
baku industri kimia polimer. Selain itu pula lokasi pabrik dekat dengan
pelabuhan Tanjung Intan maka biaya pemasaran produk menjadi minimal.

BAB X. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisis ekonomi

yang telah dilakukan terhadap

Prarancangan Pabrik Maleic anhydride dari oksidasi benzene oleh udara
dengan kapasitas 20.000 ton/tahun dapat ditarik simpulan sebagai berikut :
1. Percent Return on Investment (ROI) sesudah pajak adalah 20,49 %.
2. Pay Out Time (POT) sesudah pajak adalah 2,93tahun.
3. Break Even Point (BEP) sebesar 50,29 % dimana syarat umum pabrik
resiko rendah di Indonesia adalah 60–80 % kapasitas produksi. Shut Down
Point (SDP) sebesar 27,44 %. yakni batasan kapasitas produksi sehingga
pabrikharus berhenti berproduksi karena merugi.
4. Discounted Cash Flow Rate of Return (DCF) sebesar16,38%, lebih besar
dari suku bunga bank sekarang sehingga investor akan lebih memilih
untuk berinvestasi ke pabrik ini dari pada ke bank.

B. Saran
Pabrik Maleic anhydride dari oksidasi benzene dengan kapasitas 20.000
ton/tahun sebaiknya dikaji lebih lanjut baik dari segi proses maupun
ekonominya.

DAFTAR PUSTAKA
.
Brown, G.G., 1978, “Unit Operation”, John Willey and Sons Inc., New York.
Brownell, L.E. and Young, E.H., 1959, “Process Equipment Design”, John Willey
and Sons Inc., New York.
Coulson, J.M. and Richardson, J.F., 1978, “Chemical Engineering”, vol 2.,
Pergamon Press, Oxford.
Coulson, J.M. and Richardson, J.F., 1989, “Chemical Engineering”, vol 6.,
Pergamon Press, Oxford.
Douglas, James. M. 1988, “Conceptual Design of Chemical Processes”, McGrawHill Book Company.
Fogler, H.S., 1999, “Elements of Chemical Reaction Engineering” 3ed, PrenticeHall, New Jersey.
Geankoplis, Cristie. J. 1993, “Transport Processes Unit Operation”, Prentice-Hall
International, Inc.
Himmelblau, D. M., 1999, “Prinsip-prinsip Dasar dan Kalkulasi dalam Teknik
Kimia”, diterjemahkan oleh Ita Ananta, jilid 2, Prenhallindo, Jakarta.
Holman, J.P., Heat Transfer, 8th Edition, McGraw-Hill Companies Inc., USA,
1997
Kirk, R. E and Othmer, D. F., 1998, “Ensyclopedia of Chemical Technology”,
Interscience Ensyclopedia, Inc., New York.
Kern, D.Q., 1965, “Process Heat Transfer”, McGraw Hill Book Company Inc.,
New York.
Levenspiel, O., 1972, “Chemical Reaction Engineering”, 2ed., John Wiley and
Sons Inc., New York.
Ludwig, E.E., 1964, “Applied Process Design for Chemical and Petrochemical
Plants”, Vol I, II, III, Gulf Publishing Company Inc., Houston.

Megyesy, Eugene F. 1997, “Pressure Vessel Handbook”, Pressure Vessel
Handbook Publishing, Inc.
Perry, R.H. and Green, D.W., 1997, “Perry’s Chemical Engineers Hand Book”,
7 ed., Mc.Graw Hill Book Company Inc., Singapore
Peter, M.S. and Timmerhouse, K.D., 1981, “Plants Design and Economics for
Chemical Engineers”, 3 ed., McGraw Hill Book Company, Kogakusha,
Ltd., Tokyo.
Silla.H., 2003, Chemical Process Engineering Design and Economics, Marcel
Dekker, New York.
Smith, J.M., Van Ness, H.C., Abbott M., 1997, “Introduction to Chemical
Engineering Thermodynamics”, 6ed, McGraw-Hill, Int. ed., New York.
Ullmann. 1999. 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 Willey and Sons, New York.
Wallas, M.W., 1988, “Chemical Process Equipment”, Butterworth-Heinnemann
Inc., New York.
www.bps.go.id
www.deperindag.go.id
www.PERTAMINA.co.id
www.elekeiroz.com.br
www.freepatentsonline.com

LAMPIRAN F
PERANCANGAN LONG TUBE VERTICAL EVAPORATOR (EVP – 301)
(TUGAS KHUSUS)
Fungsi :

Memekatkan larutan dengan menguapkan kandungan
air sebesar 1003,716 kg/jam

Kondisi operasi

:


TF

= 90 oC = 363 K



Toperasi

= 116 oC = 389 K



Poperasi

= 1,5 atm

Tipe

: Long Tube Vertical Evaporator

Alasan Pemilihan

:



Long tube evaporator harganya murah serta pengoperasian lebih mudah
(Visual Encyclopedia of Chemical Engineering Equipment,1999).



Luas perpindahan panasnya besar sehingga dapat menguapkan sejumlah
besar air untuk membuat larutan pekat dengan kadar yang diinginkan
(Ulrich,1984).



Koefisien Transfer panas cukup besar sehingga baik digunakan untuk
perbedaan temperatur yang rendah atau tinggi (Perry,1999)

F-2

A. Perhitungan Neraca Massa
Gambar

:
V2, T2
14

EV - 301

S, T S1

13

L1, X1 T1
F, XF, TF
12

T S2

Gambar F-1 Aliran pada Evaporator (EVP-301)
Data operasi:
F

= 13.479,7863 kg/jam

Xf

= 46 %

X1

= 95 %

TF

= 90 oC

TS1 = 140 oC

Keterangan :
- Aliran 12 : Aliran larutan C4H2O3 dari MP-02
- Aliran 13 : Aliran larutan C4H2O3 pekat menuju CR – 301
- Aliran 14 : Aliran uap dari EVP - 301

F-3

1. Komposisi Input EVP – 301
C4H2O3

= 2.552,0456 kg/jam

H2O

= 1.003,7164 kg/jam

Total

= 3.555,762 kg/jam

2. Komposisi output EVP – 301
Komposisi keluar Evaporator (Aliran 13)
C4H2O3

= 2552,0456 kg/jam

H2O

= 155,8025

Total

= 2.707,4881 kg/jam

kg/jam

Komposisi air yang teruapkan = 3.555,762 – 2.707,4881
= 847,9138 kg/jam
Jadi komposisi keluar Evaporator (Aliaran 14) = H2O = 847,9138 kg/jam
Tabel F.1. Neraca Massa di Evaporator (EVP – 301)
Komponen

Input

Output

Aliran 12 (kg/jam)

Aliran 14 (kg/jam)

Aliran 13 (kg/jam)

C4H2O3

2552,0456

-

2552,0456

H2O

1.003,7164

847,9138

155,8025

Total

3.555,762

B. Perhitungan Neraca Panas
Temperatur masuk

= 363 K

Temperatur keluar

= 389 K

3.555,762

F-4

Tabel F.2 Konstanta untuk mencari kapasitas panas, Cp, kJ/kmol
Komponen
C4H2O3
H2O

A

B

C

D

-1,2662E+01

1,0564E+00

-2,3200E-03

0,0000E+00

1,8296E+01

0,4721E+00

-1,3400E+03

0,0000E+00

Sumber: (Yaws, 1999)

1. Panas masuk
Tabel F.3. Panas umpan masuk (aliran 12)
Komponen
C4H2O3
H2O

Massa
(kmol/jam)

∫ Cp dT

Q = m ∫ Cp dT
(kJ)

64,4197
398,1475

1511,3170
749,9567

97.358,6021
298.593,3828

Total

2.

395.951,9849

Panas keluar

Tabel F.4 Panas produk liquid (Aliran 13)
Komponen
C4H2O3
H2O
Total

3.

Massa
(kmol/jam)
64,4197
16,6667

∫ Cp.dT
(kJ/kmol)
14.588,9613
6.951,2441

Q2
(kJ/jam )
939.816,6271
115.854,0570
1.055.670,6841

Panas penguapan, ΔH298

Tabel F.5 Panas penguapan H2O (aliran 14)
Komponen
H2O

W
(kmol/jam )
381,4808

Hn
( kJ/kmol )
41.875,2033

Tc

Tr

647,1

0,602

F-5

 1  Tr 2 
H pada suhu lain : H 2  H1

 1  Tr1 
Komponen
H2O
Total
Q total

0, 38

Hv ( kJ/kmol)
40.885,7531

(Smith,1949. pg. 131)

Hv (Q3), kJ
15.597.131,2270
15.597.131,2270

= 1.055.670,6841 kJ/jam + 15.597.131,2270 kJ/jam
= 16.652.801,9111 kJ/jam

4. Kebutuhan steam
Persamaan neraca panas pada Evaporator (EV-301)
Qmasuk = Qkeluar
Q12 + QS = Q13 + Q14
Sehingga untuk menghitung jumlah panas yang harus di-supply atau yang
dibutuhkan oleh fluida pemanas adalah:
QS = (Q13 + Q14) – Q12
= (1.055.670,6841 + 15.597.131.2270) – (395.951,9849)
= 16.256.849,9262 kJ/jam
Dengan demikian beban panas Evaporator sebesar 16.256.849,9262 kJ/jam
Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam dengan suhu 140oC
Dengan data sebagai berikut :
Entalpi saturated liquid, HL

= 589,13 kJ/kg

Entalpi saturated vapor, Hv

= 2.733,9 kJ/kg

Panas laten,

= 2.144,77 kJ/kg

Banyaknya steam yang dibutuhkan :
Ms 

Qs



=

16.256.849,9262
 7.579,7638 kg/jam
2.144,77

F-6

Panas yang dibawa steam masuk, Qsi :
Qsi

= Ms x Hv
= 7.579,7638 kg/jam x 2.733,9 kJ/kg
= 20.722.316,2528 kJ/jam

Panas yang dibawa steam keluar, Qso :
Qso

= Ms x HL
= 7.579,7638 kg/jam x 589,13 kJ/kg
= 4.465.466,2475 kJ/jam

Tabel F.6 Neraca panas Evaporator (EV-301)
Keterangan
Q12

Panas Masuk (kJ)

Panas Keluar (kJ)

395.951,9849

Q13

1.055.670,6841

Q14

15.597.131.227

Qsi

20.722.316,2528

Qso
Total

4.465.466,2475
21.118.268,2377

C. Perhitungan Dimensi Evaporator
1. Menentukan Dimensi Deflector
L = 1059,101 kg/m3
v = 1,460 kg/m3

21.118.268,2377

F-7

Kecepatan uap:
Kecepatan uap max 18,04 ft/det = 5,5 m/s (hugot)

u

= 0,035

dimana:

L

(Coulson vol 6, 1983)

V

u = kecepatan uap, m/s
ρv = densitas uap, kg/m3
ρL = densitas liquid, kg/m3

1059,101
1,460

u

= 0,035

u

= 0,9427 m/s

u

= 3.393,5863 m/jam

Laju volumetrik uap =

6.866,655
= 4.703,1003 m3/jam
1,460

a. Menentukan Diameter Shell (D)
Diameter shell deflecor dihitung dengan menggunakan persamaan:
= 1  π  D2  u
4

Q
4.703,1003

= ¼ x x D2 x 3.393,5863

D2

= 1,7646 m2

D

= 1,3284 m

D

= 4,3582 ft

D

= 52,2979 in

b. Menentukan Volume Shell
Diambil H = ID
H = 4,3582 ft

F-8

Waktu tinggal cairan selama 5-10 menit (Ulrich,1984)
Diambil waktu tinggal = 5 menit
Jumlah cairan yang ditampung

= 6.613,1313

1 jam
kg
x
x 5 menit
60 menit
jam

= 551,0943 kg
Volume cairan yang ditampung di evaporator =

massa cairan
ρL

= 0,5203 m3
Tinggi cairan dalam evaporator :
πD2.ZL

V =

1

ZL =

0,5203
 4  1,7646 2

4

= 0,3755 m
= 1,23 ft

c. Menentukan tebal shell
ts 

P.ri
c
f.E  0,6P

(Brownell & Young : 254)

Dimana :
ts

= ketebalan dinding shell, in

Pd

= tekanan desain, psi

ri

= jari-jari tangki, in

f

= nilai tegangan material, psi untuk material Stainless steel SA-167 grade
11 tipe 316.
= 17.900 psi (Brownell and Young, 1959 untuk T = 300 F)

E

= efisiensi sambungan = 0,8 (jenis sambungan las : double welded butt

F-9

joint)
C

= korosi yang diizinkan = 0,25 in

mix

= 1.059 kg/m3
= 66,117 lb/ft3

Poperasi

= 1,5 atm = 22,04 psi

Phidrostatis = ρ x

H ( g / gc)
144

= 66,117 

4,3582 x1
144

= 2,0010 psi
Tekanan desain 5-10% diatas tekanan kerja absolut
Tekanan desain yang dipilih 10% diatasnya

(Coulson,1988)
(Rules of thumb,Walas,1988)

Pdesain = 1,1.( Poperasi + P hidrostatis)
Pdesain = 1,1 x (22,04 + 2,001)
= 26,445 psi = 1,79 atm
Sehingga tebal shell :

52,2979
2
ts 
 0,25
17.900  0,8  0,6  26,445
26,445 

ts = 0,2983 in
standarisasi ts = 3 in
8

d. Menentukan Dimensi Tutup Atas dan Bawah

F-10

Tutup atas dan tutup bawah berbentuk torishpherical. Tebal dan tinggi head
dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

th 

0,885.P.rc
C
2.f.E  0,2P

(Brownell and Young,1959,hal. 258)

Dimana rc = ID

52,2979
2
 0,25
th 
2  17900  0,8  0,2  26,445
0,885  26,445 

th = 0,2927 in
standarisasi th = 3 in
8



Tinggi Dish Head
OD

i
h
B

A

sf

a

ID

r

C

Gambar F-2. Dimensi Thorishperical head

OD = ID + 2.ts
= 52,2979 + 2 (0,375)
= 53,0479 in
icr

= 3,,25 in

F-11

AB =

=

ID
– icr
2
52,297
 3,25 = 22,8989 in
2

BC = rc – icr
= 52,2979 – 3,25
= 49,0479 in

b

= rc –

(BC) 2  (AB)2

= 52,2979 -

49,04792  22,8989

2

= 8,92 in
sf

= 3 in

( Tabel 5.6 Brownell & Young )

Tinggi dish head = b + sf + th
= 8,92 + 3 + 0,375
= 12,2232 in

Tinggi total deflecor evaporator

= tinggi cairan + disengagement space
= 1,23 + 5,368 ft
= 6,608 ft
= 2,014 m
= 79,296 in

2. Perancangan Dimensi Heat Exchanger Evaporator

a. Menentukan luas bidang transfer panas (A)

F-12

Untuk pemanasan menggunakan steam, range UD sebesar 100 – 500
Btu/hr.ft2.oF (Kern,1965)
Dipilih :
UD

= 110 Btu/hr.ft2.oF

Fluida panas (shell)
Tin

= 140 oC
= 284 oF

Tout

= 140 oC
= 284 oF

W

= 7.579,7638 kg/jam
= 16.710,500 lb/jam

Fluida dingin (tube)
tin

= 90 oC
= 194 oF

tout

= 116 oC
= 241 oF

w

= 13.479,7863 kg/jam
= 29.717,8064 lb/jam

F-13

Menghitung ∆TLMTD
∆TLMTD

=

(T1  t 2 )  (T2  t1 )
(T  t )
Ln 1 2
(T2  t1 )

= 63,78 oF
Pemanasan dari suhu umpan ke suhu titik didih 116°C, jumlah panas yang
harus di-supply atau yang dibutuhkan oleh fluida dingin adalah
16.256.849,9262 kJ/jam.
Q

= 16.256.849,9262 kj/jam
= 15.408.460,1123 Btu/jam

Luas perpindahan panas :
A

=

Q
U D .T

= 3.242,5326 ft2
b. Menentukan dimensi tube :
Dari Kern,1965, untuk Long - Tube Vertical Evaporators, umumnya OD tube
= 1 - 2 in umumnya panjang tube 12-24 ft.
Dipilih:
Panjang tube

= 24 ft

OD tube

= 1 in

BWG

= 16

Pitch

= 1 1/4 in. square pitch

Passes

=1

Dari tabel 10, Kern 1965, diperoleh:
ID

= 0,87 in (0,0833 ft)

F-14

Wall Thickness

= 0,065 in

Flow area per tube (at’) = 0,594 in2
Surface per lin ft (a”)

= 0,2618 ft2

c. Menghitung jumlah tube (Nt)
Nt =

A
3.242,5326
= 516 tubes

L.a' ' 24 x 0,2618

Untuk 1 – 1 exchanger atau hanya 1 lewatan
Dari tabel 9 Kern diperoleh:
Nt = 522 buah
ID shell = 35 in = 2,9167 ft

d. Koreksi koefisien UD:
A = 522 x 24 x 0,2618 = 3.279,8304 ft2
.

Q
UD 
A  ΔT
=

16.256.849,9262
3.279,8304  24

= 108,7484 Btu/hr ft2 F

e. Menghitung flow area tube, (as)
N a
at = t t
144n

'

= 2,1533 ft2

F-15

f. Menghitung mass velocity tube (Gt)
Gt =

w
at

= 13.801,3918 lb/hr.ft2
g. Menghitung bilangan reynold di tube
Ret =

D Gt



Pada tav = 217oF,  = 0,3603 cp = 0,8716 lb/ft.hr

0,725 13.801,3918
12
Ret =
0,8716

= 1.148,0072

h. Kondensasi steam
ho = 1.500 btu/hr.ft2.°F

i. Menentukan dimensi shell
ID shell

= 35 in

Passes

=1

Baffle space

= 35 in

c’

= (Pt – tube OD)
= (1 ¼ – 1) = 0,25

j. Menghitung flow area shell (as)
as =

ID  c '  B
144  Pt

= 1,7014 ft2

F-16

k. Menghitung mass velocity shell (Gs)
Gs =

W
as

= 9.821,6809 lb/hr.ft2

l. Menghitung bilangan reynold di shell
Res =

D Gs



Pada tav = 284 oF,

= 0,0150 cp = 0,0γ6γ lb/ft.jam

Dari gambar 28 Kern, 1965, hal 838. De = 0,99 in = 0,0825 ft
Res =

0,0825  9.821,6809
= 22.322,0021
0,0363

Dari gambar 24 Kern, 1965, hal 834 diperoleh jH = 93
1

k c  3
ho = jH

 t
De  k 
0,5136  0,1634  0,0363 
 93 


s
0,99 
0,5136

ho

1

3

= 128,1469 Btu/hr ft2 oF
m. Menghitung temperatur dinding
tw = tc 

ho
ho  hio

= 217,373 +

(Tc  tc )

t

1500
284  217,373
1500 128.1469

= 278 °F
Pada tw = 278°F,

w

= 0,0102 cp = 0,0248 lb/ft.hr

F-17

 t     


w

0 ,14




Θs =  0,0363
0,0248 


0 ,14

= 1,0549

Corrected coefficient, ho =

hio

s

s

= 135,186 btu/hr.ft2.°F

n. Menghitung clean overall coefficients (Uc)

Uc =

=

hio  ho
hio  ho
135,186  1500
= 124,009
135,186  1500

o. Menghitung Dirt factor (RD)
Rd =

U C U D
U CU D

= 0,0011

(Rd yang diperlukan 0,001)

p. Menghitung pressure drop (ΔP)
1). Pressure drop tube (ΔPt)
2

f  Gt  L  n
1
Pt  
2 5,22 1010  D  s  t

(Kern,1965)

Diketahui:
Specific gravity = 0,006
untuk Ret = 1.148,0072 maka f = 0,0005

(fig.26 Kern, 1965 hal 836)

F-18

1 0,0005  13.801,3918 2  24  1
Pt  
2 5,22 1010   0,87   0,006 1
12 

= 0,1003 psi

Untuk Gt = 13.801,3918 lb/hr.ft2 dari gambar 27, Kern, 1965
Diperoleh V2/2g = 0,001

Pr 

=

4n v 2

s 2g

4 1
 0,001 = 0,6642 psi
0,006

Sehingga:
ΔPT

= ΔPt + ΔPr
= 0,1003 + 0,6642
= 0,7645 psi

ΔPT memenuhi ∆P max yang diijinkan yaitu 2 psi (Kern,1965)

2). Pressure drop shell (ΔPs)
ΔPs

=

fGs 2 Ds ( N  1 )
5,22 x 1010 x De ss

Diketahui :
Pada tc = 284 oF, specific gravity s = 1,3195
untuk Res = 22.322,0021 diperoleh f = 0,0018
no. of crosses, N + 1

= 12 L/B
= 8,ββ ≈ λ

IDs = 35 /12 = 2,9167 ft

(fig. 29 Kern 1965, hal 839)

F-19

ΔPs

=

0,0018  9.821,6809 2  2,9167  9
5,22 1010  0,0825 1,3195  1,0549

= 0,008 psi
ΔPT memenuhi ∆P max untuk yaitu 10 psi (Kern,1988 hal 165)

3. Mekanikal desain shell and tube

a. Desain Tube
 Material

: SA-240 ( Stainless steel )

 Susunan

: Square Pitch

 Faktor design

: 20%

Dimensi Tube (Kern,1950)
BWG

: 16

ODt

: 1 in

IDt

: 0,87 in

Surface per line, a”

: 0,2618 ft2/ft

Flow area per tube,at’ : 0,594 in2
Long tube

: 24 ft

Jumlah tube

: 522 tube

Susunan Tube

: Square pitch

Panjang pitch, Pt’

: 1 ¼ in

Clearance, C'

: Pt - ODt
: 1 ¼ in - 1 in = 0,25 in

F-20

0,25

1,25

Gambar F.3 Susuan Tube

Luas penampang 1 tube

= 1/ 4    ODt 

2

= ¼ x 3,14 x 12
= 0,785 in2
= 0,0055 ft2
Luas penampang total tube

= Luas tube x jumlah tube
= 0,0055 x 522
= 2,871 ft2

Volume 1 tube

= 1/ 4    IDt   L
2

= 1 4  3,14  0,87 2  24in
= 14,26 in3
Volume total tube

= 0,00001638 x 14,26 in3 x 522 tube
= 0,122 m3

b. Desain Shell
 Material

: SA-167 (Stainless steel)

F-21

 f, stress pada 212 F

: 17900 psia

 E, Welded Joint efficiency : 0,8 (Tabel 13.2 Brownell & young)
 Diameter, IDs

: 35 in

 c, faktor korosi

: 0,25

 Tebal shell

: 3/8 in

Diameter Luar Shell, ODs
ODs

= IDs + 2 (tshell)
= 35 in + 2 (3/8) in
= 35,75 in = 2,98 ft

Panjang shell (Ls)
Diambil

: flanged shell (FL)

= 2 x 2 in = 4 in = 1/3 ft

Panjang shell : Panjang tube + fL
: 24 ft + 1/3 ft
: 24 1/3 ft = 7,41 m = 291,96 in
Volume total shell

= ¼ x π x IDs2 x L
= ¼ x 3,14 x (35)2 x 291,96
= 279.832,875 in3
= 4,58 m3

Volume shell tanpa tube

= Volume total shell – Volume total tube
= 4,58 m3 – 0,122 m3
= 4,558 m3

F-22

c. Tube Sheet
Tubesheet berupa pelat berbentuk lingkaran dan berfungsi sebagai pemegang
ujung-ujung tube dan pembatas aliran fluida disisi shell dan tube.
Pemasangan tube pada Evaporator (EV-301), menggunakan teknik
pengelasan (welded)

Gambar. F-4. Tube sheet dengan teknik pengelasan


Material tube sheet



Maximum allowable stress, f : 10.500,00 psia



Spec. Min Tensile



Perhitungan Tebal Tube Sheet

FG  P 
T
 
2 S

1

: SA-129 C

: 42.000 psia

2

Dimana,
T

= Tebal pelat dari tube sheet yang efektif, inch

S

= tegangan tarik yang diijinkan pada suhu perencanaan dari bahan
Tube sheet, psia

F

= 1, berdasarkan nilai ts/IDs pada grafik 5.3 APK

G

= Diameter sebelah dalam shell, inch

P

= Tekanan Pada shell, psia

F-23

Maka,
1. Tebal tube sheet:

1  35in
T
2

1

 26,445 psi  2

 = 0,878 inch
 10500,00 psi 

Digunakan tebal standar 1 in = 0,083 ft
2. Luas tube sheet:
ATS

= ¼ x  x IDs2 - ¼ x  x ODt2
= ¼ x  x 352 - ¼ x  x 12

ATS

= 960,84 in2
= 6,67 ft2

3. Volume tube sheet:
VTS

= ATS x tTS

VTS

= 6,67 ft2 x 0,083 ft
= 0,55 ft3

4. Berat tube sheet :
WTS = VTS x TS x jumlah tube sheet
WTS = 0,55 ft3 x 490 lb/ft3 x 2
= 539 lb
= 244,48 kg

F-24

d. Desain Baffle
Tube pada EV-301 disangga dengan menggunakan baffle tipe segmen
tunggal, sebab tipe segmen ini adalah tipe baffle yang paling sering
digunakan, dipasang tegak lurus terhadap tube. Disamping membelokkan
arah aliran, sekat ini juga berfungsi untuk menyangga tube.
Baffle cut = 25 % x IDs
sebab pada kondisi ini akan terjadi perpindahan panas yang baik serta
penurunan tekanan yang tidak terlalu besar (Tunggul,1992)
IDs

= diameter dalam shell
= 35 in
= 2,9167 ft

Maka baffle cut = 0,25 x 2,9167 ft = 0,7291 ft
Luas baffle cut

= 0,25 x luas tube sheet
= 0,25 x 6,67
= 1,67 ft2

Baffle space

= IDs
= 35 in = 2,9167 ft

Berat Baffle

= jumlah baffle x volume x densitas stainless steel
= 9 x (6,67 – 2,871 – 1,67) x 3/8 x 490 lb/ft3
= 3.520,83 lb = 1.597,02 kg

F-25

3/8 in

35,375 in

Gambar F-5. penampang baffle dengan 25 % baffle cut

e. Head Stationer
Head stationer merupakan salah satu bagian ujung dari penukar kalor. Pada
bagian ini terdapat saluran masuk fluida yang akan mengalir ke dalam tube.
Tipe Stationary Head

: Tipe B, Bonnet ( Standart TEMA )

Alasan Pemilihan : Tipe ini sangat sesuai digunakan pada Heat Exchanger
pada kondisi temperatur sedang sampai tinggi karena mudah diisolasi secara
efektif. Pembersihan tube hanya dapat dilakukan dengan membuka head.

F-26

Gambar. F-6, Head Stationer Type B, bonnet (standart TEMA)

4. Menghitung isolasi
a. Menghitung isolasi Deflector
Bahan isolator yang digunakan adalah Magnesia 85%, memiliki
konduktivitas termal yang kecil sehingga efektif sebagai isolator.
Sifat-sifat fisis:
Konduktivitas termal (k) = 0,035 Btu/hr.ft2 oF
Emisivitas (ε)

= 0,6

Densitas (ρ)

= 271 kg/m3

(Geankoplis,Tabel.A.3-15,1979)
Perpindahan panas yang terjadi adalah perpindahan panas dari dinding
tangki ke dinding isolasi secara konduksi, kemudian dari dinding isolasi ke
udara secara konveksi dan radiasi.
Perpindahan panas konduksi dalam silinder berlapis yang disusun seri
seperti gambar berikut ini:

F-27

rr11 r2 r3

T1

r1
r2
r3

T2
T3

Tu

Gambar F.7. Profil isolasi
Perpindahan panas melalui tiap lapis tahanan dihitung dengan hukum
Fourier dan A = 2πrL, diperoleh:

Q

2L (T1  Tu )
r
ln r2  ln 3 
r
 1    r2 
k1
k2

Jika perpindahan panas disertai dengan konveksi dan radiasi, maka
persamaan dituliskan:

Q

2L (T1  Tu )
r
ln r2  ln 3 
r
1
 1    r2  
hc  hr  r3
k1
k2

Jika diaplikasikan dalam perhitungan perancangan vessel maka diperoleh:
Q

2L (T1  Tu )
r
 xis 
r
ln 2  ln 2
r2 
r
1
 1 

hc  hr  (r2  xis )
kp
k is

F-28

Keterangan :
xis

= tebal isolasi, ft

r1

= jari – jari dalam tangki, ft

r2

= jari – jari luar tangki = r1 + tebal tangki,ft

r3

= jari – jari luar isolasi = r2 + tebal isolasi, ft

T1

= temperatur permukaan plat tangki bagian dalam , oF

T2

= temperatur permukaan plat tangki bagian luar, oF

Ti

= temperatur luar isolasi , oF

Tu

= temperatur udara, oF

k1

= kp = konduktivitas termal plat, Btu/ jam.ft2 oF

k2

= kis = konduktivitas termal isolasi , Btu/ jam.ft2 oF

hc

= koefisien konveksi, Btu/ jam.ft2 oF

hr

= koefisien radiasi, Btu/ jam.ft2 oF

1. Menghitung temperatur permukaan isolasi luar
Temperatur permukaan dinding luar dihitung dengan persamaan berikut:



q
4
4
   sun   low temp. T  Tsurr
 A  sun



(J P Hol