Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Asam Terephthalat Dengan Proses Amoco Kapasitas Produksi 25.000 Ton/ Tahun
PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN ASAM TEREPHTHALAT DENGAN
PROSES AMOCO KAPASITAS PRODUKSI 25.000 TON/ TAHUN
TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Ujian Sarjana Teknik Kimia Disusun Oleh :
YANTHI F SINAGA 070405022
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat dan kasih-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini, yang berjudul: “Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Asam Terephthalat dengan Proses Amoco”.
Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi salah satu syarat mengikuti ujian sarjana pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Penulis banyak menerima bimbingan, saran dan bantuan dari berbagai pihak dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Untuk itu dengan segala ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Ibu Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc dan Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT selaku
Dosen Pembimbing I dan II dalam Tugas Akhir ini. 2. Ibu Ir. Renita Manurung, MT, Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik
Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara 3. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia dan Ibu
Dr. Ir. Fatimah, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara 4. Ibunda A. br.Manurung yang selalu mendoakan dan memberikan dukungan moril maupun materi kepada penulis 5. Rekan partner penulis Windi Jeanni Saragih atas kerjasamanya dalam penulisan tugas akhir ini, dan terimakasih buat kesabaran, dan emosionalnya 6. Para pegawai administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan bantuan selama Penulis mengenyam pendidikan di Teknik Kimia, USU. 7. Kakanda Deddy Sinaga, Trivence Sinaga, Hensan Sinaga serta adinda Erin Sinaga yang selalu mengingatkan, mendorong, membantu serta menemani dalam penulisan tugas akhir ini. 8. Seseorang yang selalu mendukung, sabar mendengarkan segudang keluhanku, Wilson P Sidauruk. 9. Sahabat-sahabat di Teknik Kimia, khususnya stambuk 2007 yang memberikan banyak dukungan, saran dan semangat kepada penulis 10. Adik-adik stambuk 2008, 2009, 2010 dan 2011.
Universitas Sumatera Utara
Semoga tugas akhir ini dapat memberi manfaat kepada seluruh pembaca, khususnya mahasiswa/i Teknik Kimia
Medan, Juli 2012 Penulis Yanthi F Sinaga
Universitas Sumatera Utara
INTISARI
Indonesia merupakan negara yang memiliki Industri yang berkembang dari
tahun ke tahun. Salah satu Industri tersebut adalah Industri Terephthalat.
Terephthalat adalah salah satu bahan kimia yang cukup banyak kegunaanya, salah
satunya sebagai bahan polyester, PET (Polyethylene Terepthalat) film, plastik
rekayasa dan aditif paka unggas. Data impor Terephthalat dari Badan Pusat Statistik
Indonesia menunjukkan peningkatan 31.554.705 kg pada tahun 2011.
Terephthalat diproduksi 25.000 ton/tahun dengan 350 hari kerja dalam 1
tahun. Lokasi pabrik direncanakan di Kecamatan Adipala, Kabupaten, Jawa Tengah, dengan luas areal 12.815 m2, tenaga kerja yang dibutuhkan berjumlah 147 orang
dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) yang dipimpin oleh seorang
direktur dengan struktur organisasi sistem garis dan staf. Hasil analisa ekonomi
Pabrik Pembuatan Terephthalat dengan proses amoco adalah sebagai berikut :
Modal Investasi
: Rp 354.798.331.024,-
Biaya Produksi
: Rp 443.734.639.043,-
Hasil Penjualan
: Rp 584.562.406.470,-
Laba Bersih
: Rp 140.827.767.427,-
Profit Margin
: 23,97 %
Break Even Point
: 54,14 %
Return on Investment
: 22,24 %
Pay Out Time
: 4,5 tahun
Return on Network
: 37,06 %
Internal Rate of Return
: 34,60 %
Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan
Terephthalat dengan proses amoco kapasitas produksi 25.000 ton/tahun layak untuk
didirikan.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Hal KATA PENGANTAR ............................................................................................i INTISARI ............................................................................................................ iii DAFTAR ISI ........................................................................................................iv DAFTAR TABEL ................................................................................................ix DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................xiv DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................xv BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ I-1
1.1 Latar Belakang ............................................................................ I-1 1.2 Perumusan Masalah .................................................................... I-3 1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik ..................................................... I-3 1.4 Manfaat Pra Rancangan Pabrik ..................................................... I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA.....................................................................II-1 2.1 Asam Terephthalat .......................................................................II-1 2.2 Sifat-sifat Produk dan Bahan Baku...............................................II-1
2.2.1 Sifat-sifat Produk .....................................................................II-1 2.2.2 Sifat-sifat Bahan Baku .............................................................II-2 2.3 Proses Pembuatan Asam Terephthalat..........................................II-3 2.3.1 Proses Eastman Kodak.............................................................II-3 2.3.2 Oksidasi p-xilena dengan HNO3...............................................II-4 2.3.3 Proses Teijin ............................................................................II-4 2.3.4 Proses Toray ............................................................................II-5 2.3.5 Amoco Oxidation Process (Proses Oksidasi Amoco)................II-5 2.4 Pemilihan Proses..........................................................................II-6 2.5 Deskripsi Proses ......................................................................... II-7 BAB III NERACA MASSA ............................................................................III-1 3.1 Tangki Pencampuran (M-101) ................................................... III-1 3.2 Reaktor (R-201)......................................................................... III-1 3.3 Tangki Penampungan Sementara (T-201) .................................. III-2 3.4 Tangki Pencucian (M-301)......................................................... III-2 3.5 Filter Press (H-301) ................................................................... III-3
Universitas Sumatera Utara
3.6 Spray Dryer (SD-301)................................................................ III-3 3.7 Mix Point (MP-301)................................................................... III-4 3.8 Vaporizer (VE-401) ................................................................... III-4 3.9 Destilasi (D-401) ....................................................................... III-4
3.9.1 Kondensor (E-402)..................................................................III-5 3.9.2 Reboiler (E-403) .....................................................................III-5 3.10 Mix Point (MP-401)................................................................... III-5 BAB IV NERACA ENERGI ......................................................................... IV-1 4.1 Mixer (M-101).......................................................................... IV-1 4.2 Heat Exchanger (E-101)............................................................ IV-1 4.3 Heater (E-102) .......................................................................... IV-1 4.4 Compressor (C-101).................................................................. IV-2 4.5 Cooler (E-103).......................................................................... IV-2 4.6 Reaktor (R-201)........................................................................ IV-2 4.7 Condensor (E-201).................................................................... IV-2 4.8 Cooler (E-202).......................................................................... IV-3 4.9 Tangki Pencucian (M-301)........................................................ IV-3 4.10 Heater (E-301) .......................................................................... IV-3 4.11 Spray Dryer (SD-301)............................................................... IV-4 4.12 Mix-Point (MP-301) ................................................................. IV-4 4.13 Vaporizer (VE-401) .................................................................. IV-4 4.14 Cooler (E-401).......................................................................... IV-4 4.15 Condensor (E-402).................................................................... IV-5 4.16 Reboiler (E-403) ....................................................................... IV-5 4.17 Mix-Point(MP-401) .................................................................. IV-5 4.18 Cooler (E-404).......................................................................... IV-5 BAB V SPESIFIKASI PERALATAN ...........................................................V-1 5.1 Gudang Penyimpanan Kobalt Asetat (F-101) ................................V-1 5.2 Tangki Penyimpanan P-Xilena (T-101).........................................V-1 5.3 Tangki Penyimpana Asam Asetat (T-102).....................................V-2 5.4 Tangki Pencampuran (M-101) ......................................................V-2 5.5 Reaktor Oksidasi P-xilena (R-201)................................................V-3
Universitas Sumatera Utara
5.6 Tangki Penampungan Sementara (T-201) .....................................V-4 5.7 Tangki Pencucian (M-301)............................................................V-5 5.8 Filter Press (FP-301) ....................................................................V-5 5.9 Spay Dryer (SD-301) ....................................................................V-6 5.10 Gudang Produk (GP-101) ............................................................V-6 5.11 Vaporizer (VE-401) .....................................................................V-7 5.12 Kolom Destilasi (D-401)..............................................................V-7 5.13 Tangki Akumulator (V-401) ........................................................V-8 5.14 Air Filter (H-101) ........................................................................V-8 5.15 Air Filter 2(H-301) ......................................................................V-9 5.16 Compresor (C-101)......................................................................V-9 5.17 Heat Exchanger (E-101)...............................................................V-9 5.18 Heater (E-102) ...........................................................................V-10 5.19 Cooler (E-103)...........................................................................V-10 5.20 Kondensor Sub-Cooler (E-201)..................................................V-10 5.21 Cooler (E-202)...........................................................................V-11 5.22 Heater (E-201) ...........................................................................V-11 5.23 Condensor Sub-Cooler (E-401)..................................................V-11 5.24 Condensor (E-402).....................................................................V-12 5.25 Reboiler (E-403) ........................................................................V-12 5.26 Cooler (E-404)...........................................................................V-12 5.27 Blower (JB-301) ........................................................................V-13 5.28 Belt Conveyor (BC-301) ............................................................V-13 5.29 Screw Conveyor (SC-301) .........................................................V-13 5.30 Bucket Elevator (BE-301)..........................................................V-14 5.31 Pompa (P-301)...........................................................................V-14 BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ................... VI-1 6.1 Instrumentasi ............................................................................ VI-1
6.1.1 Tujuan Pengendalian.............................................................. VI-2 6.1.2 Jenis-Jenis Pengendalian dan Alat Pengendali........................ VI-3 6.1.3 Variabel-Variabel Proses dalam Sistem Pengendalian ............ VI-9 6.1.4 Syarat Perancangan Pengendalian ........................................ VI-10
Universitas Sumatera Utara
6.2 Keselamatan Kerja Pabrik ....................................................... VI-11 BAB VII UTILITAS....................................................................................... VII-1
7.1 Kebutuhan Uap (Steam) ......................................................... VII-1 7.2 Kebutuhan Air ......................................................................... VII-2
7.2.1 Screening .............................................................................. VII-6 7.2.2 Sedimentasi........................................................................... VII-7 7.2.3 Klarifikasi ............................................................................. VII-7 7.2.4 Filtrasi .................................................................................. VII-8 7.2.5 Demineralisasi ...................................................................... VII-9 7.2.6 Deaerator ............................................................................ VII-12 7.3 Kebutuhan Listrik .................................................................. VII-13 7.4 Kebutuhan Bahan Bakar ........................................................ VII-15 7.5 Unit Pengolahan Limbah........................................................ VII-16 7.5.1 Bak Penampungan .............................................................. VII-18 7.5.2 Pompa Bak Penampungan................................................... VII-19 7.5.3 Bak Pengendapan Awal ...................................................... VII-21 7.5.4 Bak Netralisasi.................................................................... VII-21 7.5.5 Tangki Sedimentasi............................................................. VII-22 7.6 Spesifikasi Peralatan Pengolahan Limbah .............................. VII-22 7.7 Spesifikasi Peralatan Utilitas .................................................. VII-24 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK......................................VIII-1 8.1 Lokasi Pabrik..........................................................................VIII-1 8.2 Tata Letak Pabrik....................................................................VIII-3 8.3 Perincian Luas Tanah..............................................................VIII-4 BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN .................. IX-1 9.1 Bentuk Badan Usaha................................................................. IX-1 9.2 Struktur Organisasi ................................................................... IX-2 9.2.1 Bentuk Organisasi Garis ....................................................... IX-2 9.2.2 Bentuk Organisasi Fungsionil ............................................... IX-3 9.2.3 Bentuk Organisasi Garis dan Staf ......................................... IX-3 9.2.4 Bentuk Organisasi Fungsionil dan Staf ................................. IX-4 9.3 Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab........................ IX-6
Universitas Sumatera Utara
9.3.1 Rapat Umum Pemegang Saham (RUPS)............................... IX-6 9.3.2 Dewan Komisaris ................................................................. IX-6 9.3.3 Direktur ................................................................................ IX-6 9.3.4 Staf Ahli ............................................................................... IX-7 9.3.5 Sekretaris.............................................................................. IX-7 9.3.6 Manajer Produksi.................................................................. IX-7 9.3.7 Manajer Teknik .................................................................... IX-7 9.3.8 Manajer Umum dan Keuangan ............................................. IX-7 9.3.9 Kepala Bagian Keuangan dan Administrasi .......................... IX-8 9.3.10 Kepala Bagian Proses ......................................................... IX-8 9.3.11 Kepala Bagian Laboratorium, R & D dan Utilitas ............... IX-8 9.3.12 Kepala Bagian Mesin Listrik............................................... IX-8 9.3.13 Kepala Bagian Instrumentasi, Pemeliharaan
dan Keselamatan Kerja Pabrik............................................. IX-8 9.3.14 Kepala Bagian Humas dan Personalia ................................. IX-9 9.3.15 Kepala Bagian Gudang/Logistik, Pembeliandan Penjualan..IX-9 9.4 Tenaga Kerja dan Jam Kerja ..................................................... IX-9 9.4.1 Jumlah dan Tingkat Pendidikan Tenaga Kerja ...................... IX-9 9.4.2 Pengaturan Jam Kerja ......................................................... IX-10 9.5 Tata Tertib .............................................................................. IX-13 9.6 JAMSOSTEK dan Fasilitas Tenaga Kerja ............................... IX-14 BAB X ANALISA EKONOMI ......................................................................X-1 10.1 Modal Investasi...........................................................................X-1 10.2 Total Penjualan (Total Sales) ......................................................X-5 10.3 Bonus Perusahaan .......................................................................X-5 10.4 Perkiraan Rugi/Laba Usaha.........................................................X-5 10.5 Analisa Aspek Ekonomi..............................................................X-6 BAB XI KESIMPULAN ................................................................................ XI-1 DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................xvi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Industri yang memproduksi TPA di Indonesia ....................................... I-2 Tabel 1.2 Data Impor Asam Terephthalat (TPA) di Indonesia (2008-2011) ........... I-2 Tabel 2.1 Kelarutan Asam Terephthalat, g/100 g pelarut ......................................II-2 Tabel 3.1 Neraca Massa di Tangki Pencampuran (M-101).................................. III-1 Tabel 3.2 Neraca Massa di Reaktor (R-201) ...................................................... III-1 Tabel 3.3 Naraca Massa di Tangki Penampungan Sementara (T-201)................. III-2 Tabel 3.4 Neraca Massa di Tangki Pencucian (M-301)....................................... III-2 Tabel 3.5 Neraca Massa di Filter Press (P-301) .................................................. III-3 Tabel 3.6 Neraca Massa di Spray Dryer (SD-301) .............................................. III-3 Tabel 3.7 Neraca Massa Mix Point (MP-301)..................................................... III-4 Tabel 3.8 Neraca Massa di Vaporizer (VE-401) ................................................. III-4 Tabel 3.9 Neraca Massa di Destilasi (D-401)...................................................... III-4 Tabel 3.9.1 Neraca Massa pada Condensor (E-402) ............................................... III-5 Tabel 3.9.2 Neraca Massa pada Reboiler (E-403) .................................................. III-5 Tabel 3.10 Neraca Massa pada Mix Point (MP-401)............................................. III-5 Tabel 4.1 Neraca Panas Mixer (M-101).............................................................. IV-1 Tabel 4.2 Neraca Panas Heater (E-101).............................................................. IV-1 Tabel 4.3 Neraca Panas Heater (E-102).............................................................. IV-1 Tabel 4.4 Neraca Panas Compressor (C-101) ..................................................... IV-2 Tabel 4.5 Neraca Panas Cooler (E-103).............................................................. IV-2 Tabel 4.6 Neraca Panas Reaktor (R-201)............................................................ IV-2 Tabel 4.7 Neraca Panas Condensor (E-201) ....................................................... IV-2 Tabel 4.8 Neraca Panas Cooler (E-202).............................................................. IV-3 Tabel 4.9 Neraca Panas Tangki Pencucian (M-301)............................................ IV-3 Tabel 4.10 Neraca Panas Heater (E-301).............................................................. IV-3 Tabel 4.11 Neraca Panas Spray Dryer (SD-301)................................................... IV-4 Tabel 4.12 Neraca Panas Mix Point (MP-301)...................................................... IV-4 Tabel 4.13 Neraca Panas Vaporizer (VE-401) ...................................................... IV-4 Tabel 4.14 Neraca Panas Cooler (E-401).............................................................. IV-4 Tabel 4.15 Neraca Panas Condensor (E-402)........................................................ IV-5
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.16 Neraca Panas Reboiler (E-403) ........................................................... IV-5 Tabel 4.17 Neraca Panas Mix Point (MP-401)...................................................... IV-5 Tabel 4.18 Neraca Panas Cooler (E-404).............................................................. IV-5 Tabel 5.1 Daftar Pompa dan Spesifikasinya........................................................V-15 Tabel 6.1 Daftar penggunaan instrumentasi pada Pra-rancangan
Pabrik Pembuatan Asam Terephthalat............................................... VI-10 Tabel 6.2 Daftar Alat Kerja dan Jumlahnya ...................................................... VI-15 Tabel 7.1 Kebutuhan Uap sebagai Media Pemanas............................................ VII-1 Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin .................................................................. VII-2 Tabel 7.3 Kebutuhan Air Proses Pada Alat ........................................................ VII-3 Tabel 7.4 Pemakaian Air untuk Berbagai Kebutuhan......................................... VII-4 Tabel 7.5 Kualitas Air Sungai Serayu, Kecamatan Adipala Cilacap, Jawa
Tengah .............................................................................................. VII-5 Tabel 7.6 Kebutuhan Daya pada Unit Proses................................................... VII-13 Tabel 7.7 Kebutuhan Listrik untuk Peralatan Utilitas....................................... VII-14 Tabel 7.8 Spesifikasi Komposisi Limbah Proses.............................................. VII-16 Tabel 7.9 Spesifikasi Pompa Pengolahan Limbah............................................ VII-24 Tabel 7.10 Spesifikasi Pompa Utilitas ............................................................... VII-25 Tabel 8.1 Klasifikasi Penggunaan Areal Tanah.................................................VIII-4 Tabel 9.1 Jumlah Tenaga Kerja Beserta Tingkat Pendidikannya .......................... IX-9 Tabel 9.2 Susunan Kerja Karyawan Shift.......................................................... IX-11 Tabel 9.3 Perincian Gaji Karyawan ................................................................... IX-12 Tabel LA-1 Data Berat Molekul Masing-Masing Komponen .............................LA-1 Tabel LA-2 Data Perhitungan Start Up ..............................................................LA-4 Tabel LA-3 Neraca Massa di Tangki Pencampuran (M-101)..............................LA-5 Tabel LA-4 Neraca Massa di Reaktor (R-201) ...................................................LA-9 Tabel LA-5 Neraca Massa di Tangki Penampungan Sementara (T-201)........... LA-11 Tabel LA-6 Neraca Massa di Tangki Pencucian (M-301)................................. LA-12 Tabel LA-7 Neraca Massa di Filter Press (H-301 ............................................. LA-14 Tabel LA-8 Neraca Massa di Spray Dryer (SD-301) ........................................ LA-16 Tabel LA-9 Neraca Massa di Mix Point (MP-301) ........................................... LA-17 Tabel LA-10 Neraca Massa di Vaporizer (VE-401)............................................ LA-19
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA-11 Neraca Massa di Destilasi (D-401)................................................ LA-21 Tabel LA-12 Data Bilangan Antoine.................................................................. LA-21 Tabel LA-13 Penentuan Titik Gelembung (Buble Point) Komponen .................. LA-22 Tabel LA-14 Penentuan Titik Gelembung (Buble Point) Bottom........................ LA-24 Tabel LA-15 Penentuan Titik Gelembung (Buble Point) Destilat....................... LA-25 Tabel LA-16 Neraca Massa di Condensor (E-402)............................................. LA-26 Tabel LA-17 Neraca Massa di Reboiler (E-403) ................................................ LA-27 Tabel LA-18 Neraca Massa di Mix Point (M-401) ............................................. LA-28 Tabel LB-1 Data Kapasitas Panas Gas .............................................................. LB-2 Tabel LB-2 Data Kapasitas Panas Cairan........................................................... LB-2 Tabel LB-3 Data Kontribusi Ikatan Senyawa dengan MEtode Chuch dan
Swanson ......................................................................................... LB-3 Tabel LB-4 Data Kontribusi Unsur Atom dengan Metode Hurst dan Harrison ... LB-4 Tabel LB-5 Data Berat Molekul, Titik Didih dan Panas Laten Komponen
(ΔHVL) ............................................................................................ LB-5 Tabel LB-6 Data Panas Pembentukan Komponen (ΔH0f)................................... LB-6 Tabel LB-7 Data Panas Pembentukan dengan Metode Joback............................ LB-6 Tabel LB-8 Data Air Pemanas, Air Pendingin dan Air Proses yang
Digunakan ...................................................................................... LB-7 Tabel LB-9 Neraca Panas Umpan Masuk Mixer (M-101) ............................... LB-10 Tabel LB-10 Neraca Panas Recycle Masuk Mixer (M-101) .............................. LB-12 Tabel LB-11 Neraca Panas Keluar Mixer (M-101)............................................ LB-14 Tabel LB-12 Neraca Panas Recycle Masuk Heat Exchanger (E-101)................ LB-17 Tabel LB-13 Neraca Panas Recycle Keluar Heat Exchanger (E-101)................ LB-20 Tabel LB-14 Neraca Panas Umpan Keluar Heat Exchanger (E-101)................. LB-22 Tabel LB-15 Neraca Panas Keluar Heater (E-102) ........................................... LB-26 Tabel LB-16 Neraca Panas Heater (E-102)....................................................... LB-26 Tabel LB-17 Interpolasi dari Data Termodinamika Udara................................. LB-27 Tabel LB-18 Interpolasi dari Data Termodinamika Udara................................. LB-27 Tabel LB-19 Interpolasi dari Data Termodinamika Udara
Berdasarkan Tekanan................................................................... LB-28 Tabel LB-20 Interpolasi dari Data Termodinamika Udara Berdasarkan
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB-21 Tabel LB-22 Tabel LB-23 Tabel LB-24 Tabel LB-25 Tabel LB-26 Tabel LB-27 Tabel LB-28 Tabel LB-29 Tabel LB-30 Tabel LB-31 Tabel LB-32 Tabel LB-33 Tabel LB-34 Tabel LB-35 Tabel LB-36 Tabel LB-37 Tabel LB-38 Tabel LB-39 Tabel LB-40 Tabel LB-41 Tabel LB-42 Tabel LB-43 Tabel LB-44 Tabel LB-45 Tabel LB-46 Tabel LB-47 Tabel LB-48 Tabel LB-49 Tabel LB-50 Tabel LB-51
Enthalpy ...................................................................................... LB-28 Neraca Panas Keluar Cooler (E-103) ........................................... LB-30 Neraca Panas Cooler (E-103)....................................................... LB-31 Neraca Panas Reaktor (ΔH Produk - ΔH Reaktan) Reaksi (1) .............. LB-35 Neraca Panas Reaktor (ΔH Produk - ΔH Reaktan) Reaksi (2) .............. LB-38 Neraca Panas Reaksi Total Reaktor.............................................. LB-38 Neraca Panas Keluar Raaktor....................................................... LB-43 Neraca Panas Reaktor (R-201) ..................................................... LB-44 Neraca Panas Masuk Condensor (E-201) ..................................... LB-47 Neraca Panas Keluar Condensor (E-201) ..................................... LB-49 Neraca Panas Condensor (E-201)................................................. LB-50 Neraca Panas Masuk Cooler (E-202) ........................................... LB-53 Neraca Panas Keluar Cooler (E-202) ........................................... LB-56 Neraca Panas Cooler (E-202)....................................................... LB-56 Neraca Panas Keluar Tangki Pencucian (M-301) ......................... LB-61 Neraca Panas Masuk Heater (E-301) ........................................... LB-62 Neraca Panas Keluar Heater (E-301) ........................................... LB-64 Neraca Panas Heater (E-301)....................................................... LB-64 Neraca Panas Keluar Filter Press.................................................. LB-65 Neraca Panas Masuk Udara Spray Dryer (SD-301) ...................... LB-65 Neraca Panas Keluar Udara Spray Dryer (SD-301) ...................... LB-66 Neraca Panas Keluar Udara.......................................................... LB-67 Neraca Panas Spray Dryer (SD-301)............................................ LB-67 Neraca Panas Masuk dari Filter Press (H-301) ............................ LB-69 Neraca Panas Keluar Mix Point (MP-301) ................................... LB-72 Neraca Panas Keluar Vaporizer (VE-401) alur 17 ........................ LB-74 Neraca Panas Keluar Vaporizer (VE-401) alur 18 ........................ LB-76 Neraca Panas Vaporizer (VE-401) ............................................... LB-77 Neraca Panas Keluar Cooler (E-401) ........................................... LB-78 Neraca Panas Cooler (E-401)....................................................... LB-79 Neraca Panas Masuk Condensor (E-402) ..................................... LB-81 Neraca Panas Keluar Condensor alur Refluks .............................. LB-83
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB-52 Neraca Panas Keluar Condensor alur Destilat .............................. LB-85 Tabel LB-53 Neraca Panas Condensor (E-402)................................................. LB-85 Tabel LB-54 Neraca Panas Masuk Reboiler (E-403)......................................... LB-88 Tabel LB-55 Neraca Panas Keluar Reboiler alur Refluks .................................. LB-89 Tabel LB-56 Neraca Panas Keluar Reboiler Alur Bottom ................................. LB-91 Tabel LB-57 Neraca Panas Reboiler (E-403) ................................................... LB-91 Tabel LB-58 Neraca Panas Keluar Mix Point (MP-401) ................................... LB-95 Tabel LB-59 Neraca Panas Keluar Cooler (E-404) ........................................... LB-95 Tabel LB-60 Neraca Panas Cooler (E-404)....................................................... LB-96 Tabel LC-1 Data pada Alur 1 ........................................................................... LC-4 Tabel LC-2 Komposisi Bahan pada Reaktor (R-201) ..................................... LC-10 Tabel LC-3 Fasa Gas ...................................................................................... LC-33 Tabel LC-4 Fasa Cair...................................................................................... LC-36 Tabel LD-1 Spesifikasi Pompa Pengolahan Air................................................. LD-4 Tabel LD-2 Perhitungan entalpi penentuan tinggi menara pendingin............... LD-30 Tabel LE-1 Perincian Harga Bangunan dan Sarana Lainnya ..............................LE-2 Tabel LE-2 Harga Indeks Marshall dan Swift ....................................................LE-3 Tabel LE-3 Estimasi Harga Peralatan Proses .....................................................LE-7 Tabel LE-4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah..............LE-8 Tabel LE-5 Biaya Sarana Transportasi.............................................................LE-11 Tabel LE-6 Perincian Gaji Pegawai .................................................................LE-15 Tabel LE-7 Perincian Biaya Kas (1 Tahun)......................................................LE-17 Tabel LE-8 Perincian Modal Kerja ..................................................................LE-18 Tabel LE-9 Aturan Depresiasi sesuai UU RI No.17 tahun 2000 .......................LE-19 Tabel LE-10 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UU RI No.17 tahun 2000 .....LE-20 Tabel LE-11 Data perhitungan BEP...................................................................LE-26 Tabel LE-12 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR)............................LE-28
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 6.1 Diagram Balok Sistem Pengendalian Feedback........................... VI-4 Gambar 6.2 Sebuah Loop Pengendalian ......................................................... VI-4 Gambar 6.3 Suatu Proses Terkendali.............................................................. VI-5 Gambar 6.4 Instrumentasi pada Alat ............................................................ VI-11 Gambar 8.1 Lokasi Pabrik Asam Terephthalat .............................................VIII-1 Gambar 8.2 Tata LEtak Pabrik Asam Terephthalat.......................................VIII-6 Gambar 9.1 Struktur Organiasi Pabrik Pembuatan Asam Terephthalat ........... IX-5 Gambar LD-1 Sketsa Sebagian Bar Screen (dilihat dari atas)............................ LD-2 Gambar LD-2 Grafik Entalpi dan Temperatur cairan pada Cooling Tower ...... LD-30 Gambar LD-3 Kurva Hy terhadap 1/(Hy* - Hy) .............................................. LD-31 Gambar LE-1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan dan Pelarutan .........LE-5 Gambar LE-2 Kurva Break Even Point Pabrik pembuatan PHV ......................LE-27
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA ..................................... LA-1 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS...................................... LB-1 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN..................... LC-1 LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS... LD-1 LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI.....................................LE-1
Universitas Sumatera Utara
INTISARI
Indonesia merupakan negara yang memiliki Industri yang berkembang dari
tahun ke tahun. Salah satu Industri tersebut adalah Industri Terephthalat.
Terephthalat adalah salah satu bahan kimia yang cukup banyak kegunaanya, salah
satunya sebagai bahan polyester, PET (Polyethylene Terepthalat) film, plastik
rekayasa dan aditif paka unggas. Data impor Terephthalat dari Badan Pusat Statistik
Indonesia menunjukkan peningkatan 31.554.705 kg pada tahun 2011.
Terephthalat diproduksi 25.000 ton/tahun dengan 350 hari kerja dalam 1
tahun. Lokasi pabrik direncanakan di Kecamatan Adipala, Kabupaten, Jawa Tengah, dengan luas areal 12.815 m2, tenaga kerja yang dibutuhkan berjumlah 147 orang
dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) yang dipimpin oleh seorang
direktur dengan struktur organisasi sistem garis dan staf. Hasil analisa ekonomi
Pabrik Pembuatan Terephthalat dengan proses amoco adalah sebagai berikut :
Modal Investasi
: Rp 354.798.331.024,-
Biaya Produksi
: Rp 443.734.639.043,-
Hasil Penjualan
: Rp 584.562.406.470,-
Laba Bersih
: Rp 140.827.767.427,-
Profit Margin
: 23,97 %
Break Even Point
: 54,14 %
Return on Investment
: 22,24 %
Pay Out Time
: 4,5 tahun
Return on Network
: 37,06 %
Internal Rate of Return
: 34,60 %
Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan
Terephthalat dengan proses amoco kapasitas produksi 25.000 ton/tahun layak untuk
didirikan.
Universitas Sumatera Utara
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Sampai saat ini pembangunan sektor industri di Indonesia mengalami
peningkatan, salah satunya adalah pembangunan sektor industri kimia. Namun ketergantungan impor luar negeri masih lebih besar dibandingkan ekspornya. Indonesia masih banyak mengimpor bahan baku atau produk-produk industri kimia dari luar negeri (Umi, 2011). Menurut Menteri Perindustrian M.S. Hidayat bahwa hampir 60 % industri di Indonesia, bahan kimianya diimpor (Indrawati, 2011). Akibat dari ketergantungan impor ini menyebabkan devisa negara berkurang, sehingga diperlukan suatu usaha untuk menanggulangi ketergantungan terhadap impor, salah satunya adalah dengan mendirikan pabrik untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri. Dengan berdirinya pabrik, akan menghemat devisa negara dan membuka peluang berdirinya pabrik lain yang menggunakan produk pabrik tersebut. Selain itu dapat membuka kesempatan untuk ahli teknologi, membuka lapangan kerja baru dalam usaha ikut mengurangi angka pengangguran dan kemiskinan, dan meningkatkan kesejahteraan masyarakat (Umi, 2011).
Di Indonesia, salah satu industri yang berkembang pesat adalah industri poliester. Poliester adalah serat sintetis yang berasal dari batubara, udara, air, dan minyak bumi. Dikembangkan di laboratorium abad ke-20, serat poliester terbentuk dari reaksi kimia antara asam dan alkohol. Dalam reaksi ini, dua atau lebih molekul bergabung untuk membuat molekul besar yang strukturnya mengulang seluruh panjangnya. Serat poliester dapat membentuk molekul yang sangat stabil dan kuat. Poliester digunakan dalam pembuatan banyak produk, termasuk pakaian, perabot rumah, kain industri, komputer dan kaset rekaman, dan isolasi listrik (Gale, 2011).
Asam terephthalat (1,4-benzenecarboxylic acid) adalah bubuk putih yang mudah terbakar, larut dalam alkohol dan eter (larut dalam alkali), menyublim pada 300 °C. Asam terephthalat telah digunakan terutama sebagai bahan baku serat poliester, tapi akhir-akhir ini telah dimanfaatkan untuk berbagai keperluan seperti sebagai non-serat, PET (Polyethylene Terephthalate) film dan plastik rekayasa dan sebagai aditif pakan unggas (www. chemicalland21. blogspot.com, 2011). Bahan ini
Universitas Sumatera Utara
merupakan produk turunan dari para-xilena yang selanjutnya melalui proses
polimerisasi dengan etilen glikol akan menghasilkan serat poliester untuk keperluan
industri tekstil.
Beberapa industri yang sudah memproduksi TPA di indonesia adalah PT.
Pertamina (1986), PT. Mitsubishi Chemical Indonesia (1994), PT. Polysindo Eka
Perkasa (1997), PT. Amoco Mitsui TPA Indonesia (1997) dan PT. Polyprima
Karyareksa (1997).
Tabel 1.1 Industri yang memproduksi TPA di Indonesia
Nama Perusahaan
Lokasi
Kapasitas (ton/tahun)
PT. Pertamina UP III Plaju (1986)
Plaju,Sumatera Selatan 225.000
PT. Mitsubishi Chemical Indonesia (1994) Cilegon, Banten
640.000
PT. Polysindo Eka Perkasa (1997)
Kuningan, Jakarta
365.000
PT. Amoco Mitsui PTA Indonesia (1997) Merak, Banten
460.000
PT. Polyprima Karyareksa (1997)
Jakarta
700.000
Total kapasitas
2.390.000
Hal ini mengakibatkan konsumsi akan asam terephthalat menjadi besar. Dimana dalam memenuhi kebutuhan akan asam terephthalat dalam negeri, Indonesia masih mengimpor dari luar negeri. Data impor tersebut dapat dilihat dari tabel berikut : Tabel 1.2 Data Impor Asam Terephthalat (TPA) di Indonesia dari tahun 2008-2011 (Badan Pusat Statistik, 2008-2011).
Tahun
Nilai (US $)
Berat (kg)
2008
23.904.324
12.891.585
2009
49.483.638
17.004.278
2010
125.652.294
31.756.655
2011
112.686.268
31.554.705
Bahan baku yang digunakan pada proses pembuatan TPA adalah p-xilena dan asam asetat. Kebutuhan p-xilena didatangkan dari PT. PERTAMINA UP IV Cilacap,
Universitas Sumatera Utara
Jawa Tengah yang kapasitas produksinya 270.000 ton/tahun. Sedangkan kebutuhan pelarut yaitu asam asetat berasal dari PT. Indo Acidatama Chemical Industri (PT IACI) yang mempunyai kapasitas produksi 36.000 ton/tahun, PT Riasima Abadi, PT Merck tbk.
1.2 Rumusan Masalah Kebutuhan asam terephthalat (TPA) mengalami peningkatan setiap tahunnya
dan pemenuhan terhadap kebutuhan asam terephthalat (TPA) tersebut dilakukan dengan cara mengimpor (Badan Pusat Statistik, 2008-2011). Untuk memenuhi kebutuhan asam terephthalat (TPA) dalam negeri dilakukan pra rancangan pabrik asam terephthalat (TPA) di Indonesia.
1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik Tujuan dari pra rancangan pabrik pembuatan asam terphthalat:
1. Untuk memberikan informasi awal tentang kelayakan pendirian pabrik asam terephthalat yang berbahan baku p-xilena.
2. Untuk memberikan informasi awal tentang perkiraan tata rancangan pabrik pembuatan asam terephthalat dari p-xilena.
3. Untuk memperkirakan total biaya yang diperlukan dalam pendirian pabrik.
1.4 Manfaat Pra Rancangan Pabrik Manfaat dari pra rancangan pabrik Pembuatan Asam Terephthalat adalah
memberikan gambaran kelayakan dari segi rancangan dan ekonomi pabrik sehingga akan mendukung pertumbuhan industri tekstil di Indonesia.
Manfaat lain yang ingin dicapai adalah Indonesia dapat mengekspor asam terephthalat untuk meningkatkan devisa negara dan dapat membantu pemerintah dalam menanggulangi masalah pengangguran di Indonesia yaitu dengan menciptakan lapangan kerja baru.
Universitas Sumatera Utara
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Asam Terephthalat p-Benzenedicarboxylic Acid [C6H4(COOH)2] atau yang lebih dikenal dengan
nama asam terephtalat adalah salah satu senyawa petrokimia berupa kristal putih yang digunakan sebagai bahan baku dalam industri serat sintetis. Asam terephthalat (Terephthalic Acid/TPA) yang selanjutnya melalui proses polimerisasi dengan ethylene glikol akan menghasilkan serat poliester (polyester fiber) untuk keperluan industri tekstil sehingga industri tekstil menjadi konsumen terbesar industri TPA (As’ad dan Rahmayetty, 2010).
Kegunaan Asam terephthalat antara lain: 1. Dalam reaksi polimerisasi menggunakan ethylene glycol akan menghasilkan
serat poliester sebagai bahan baku tekstil 2. Produksi herbisida 3. Produksi bahan baku dalam industri cat 4. Pembuatan botol minuman 5. Bahan baku dalam pembuatan minyak pelumas berkualitas tinggi
(Aini dkk, 2011)
2.2 Sifat-sifat Produk dan Bahan Baku 2.2.1 Sifat-sifat Produk 1. Asam terephthalat
Rumus Molekul Berat Molekul Wujud Densitas Kelarutan dalam air Titik Lebur Titik Didih Triple Point Heat of Combustion at 25oC
: C6H4(COOH)2 : 166,1308 gr/mol : serbuk kristal putih : 1,522 gr/cm3 : 0,0017gr/100 mL pada 25oC : 300 oC : 288 oC : 427 oC
: -3189 kJ/mol
Universitas Sumatera Utara
Heat of Formation at 25oC
: -816 kJ/mol
Heat of Sublimation
: 142 kJ/mol
Crystal density
: 1,58 g/cm3, 25oC
Specific Heat
: 1,20 J/g.K, to 100oC
Ignition temperature in air
: 680oC
Tabel 2.1 Kelarutan Asam Terephthalat, g/100 g pelarut : Kelarutan asam terephthalat, g/100 g pelarut 25oC 150oC 200oC
Air 0,0017 0,24 1,7
Metanol
0,10 3,1
Asam asetat
0,013 0,38 1,5
(www.chemicalland21.blogspot.com, 2011 dan Ullmann, 2005)
250oC 12,6
5,7
2.2.2 Sifat-sifat Bahan Baku
1. p-Xilena
Rumus Molekul
: C6H4(CH3)2
Berat Molekul
: 106,165 gr/mol
Densitas pada 25 oC
: 0,8610 gr/cm3
Titih didih
: 138,37 oC
Titik Beku
: 13,263 oC
Tekanan kritis
: 3,511 MPa
Temperatur kritis
: 343,05 oC
Tekanan uap,persamaan Antoine
-A
: 6,1155
-B
: 1453,430
-C
: 215,307
Komposisi
p-xilena
: minimal 99 % berat
m-xilena
: maksimal 0,3 % berat
o-xilena
: maksimal 0,1 % berat
ethylbenzene
: maksimal 0,5 % berat
toluena
: maksimal 0,1 % berat
(Kirk dan Othmer, 1968 dan www.alibaba.com, 2011)
Universitas Sumatera Utara
2. Asam Asetat Rumus Molekul Berat Molekul Titik Beku Titik Didih Densitas pada 20 oC Panas spesifik pada 124 oC Viskositas pada 20 oC Komposisi Acetic acid Acetaldehyde Formic acid (Kirk dan Othmer, 1968)
: CH3COOH : 60,0519 : 16,635 oC : 117,87 oC : 1,0495 gr/ml : 5,029 J/g.K : 11,83 cp
: minimal 99,8 % berat : maksimal 0,05 % berat : maksimal 0,15 % berat
3. Udara Wujud Komposisi Nitrogen Oksigen Partikulat (Perry dan Green, 1999)
: Gas
: 79 % mol : 21 % mol : 1 mg/Nm3
3. Cobalt(II)asetat Rumus Molekul Wujud Berat Molekul Melting Point Densitas pada 20oC (www.chemicalbook.com, 2012)
: Co(CH3COO)2 : kristal padat merah keunguan : 153,0598 gr/mol : 297-299oC : 1,7755 gr/cm3
Universitas Sumatera Utara
2.3 Proses Pembuatan Asam Terephthalat Asam terephthalat dapat diproduksi dari bahan baku yang berbeda dan
melalui beberapa cara teknologi telah dikembangkan untuk mencapai cara yang paling ekonomis dari produksi, antara lain:
2.3.1 Proses Eastman Kodak Eastment Kodak Company memproduksi Asam Terephthalat secara
komersial dengan proses oksidasi fase cair. Bahan baku yang dipakai adalah p-xilena, asam asetat sebagai pelarut, dan sebagai promotor oksidasi adalah Asetaldehida. Dengan katalis yang digunakan adalah Co-Asetat. Kondisi operasi pada suhu 120°C - 175°C dan tekanan moderat 7,5 - 15 bar, konversi yang dihasilkan sebesar 82%. Produk sampingnya berupa asam asetat 0,55 – 1,1 kg/kg TPA. Kelebihan menggunakan proses Eastman-Kodak :
a. Beroperasi pada tekanan dan suhu moderat. b. Menghasilkan produk samping asam asetat yang merupakan solvent yang
digunakan dalam proses. Kekurangan menggunakan proses Eastman-Kodak adalah kemurnian produk yang dihasilkan tidak terlalu tinggi.
2.3.2 Oksidasi p-xilena dengan HNO3 Proses ini melibatkan oksidasi p-xilena fase dalam larutan HNO3 sekitar 30%
wt – 40% wt pada kisaran suhu dari 160 – 200°C dan tekanan 8,5 – 13,5 bar. TPA mengendap dari campuran hasil reaksi dan kemudian dipisahkan dan dimurnikan pada tahap berikutnya. Dahulu proses ini digunakan beberapa industri seperti Du Pont, ICI, BSAF, Montecatini Edison dll. Kelebihan menggunakan proses Oksidasi p-xilena dengan HNO3 adalah suhu dan tekanan operasi cukup moderat. Kekurangan menggunakan proses oksidasi p-xilena dengan HNO3 : a. Konsumsi HNO3 yang sangat tinggi. b. Kemungkinan terjadinya ledakan sangat tinggi. c. Kemurnian produk yang rendah. d. Proses ini sekarang sudah sangat usang.
Universitas Sumatera Utara
2.3.3 Proses Teijin Proses ini dimulai dengan reaksi oksidasi naphthalena menjadi phthalic
anhidrida, kemudian diubah menjadi monopotassium o-phthalate dan dipotassium o-phthalat. Dipotassium o-phthalat diisomerisasikan pada tekanan 10 bar dan pada suhu 100 – 130°C. Hasil dan proses isomerisasi ini adalah dipotassium terephthalat yang kemudian dilarutkan dalam air dan di-recycle ke awal proses. Kristal asam terephthalat yang terbentuk diambil dengan filtrasi dan dikeringkan. Kelebihan menggunakan proses Teijin :
a. Kondisi operasi proses pada suhu dan tekanan moderat. b. Proses ini hanya menggunakan oksidasi p-xilena satu tahap dan merupakan
proses yang paling sederhana. c. Tanpa menggunakan promotor. d. Tanpa menghasilkan impuritas berwarna (colored impurities), seperti
flourenone dan biphenil keton. Kekurangan menggunakan proses Teijin :
a. Kemurnian produk yang dihasilkan tidak terlalu tinggi. b. Memerlukan jumlah katalis yang besar.
2.3.4 Proses Toray Pada proses ini asam terephthalat dibuat dengan oksidai p-xilena dengan
udara pada fase cair. Dalam proses ini digunakan katalis Co-Asetat, promotor paraldehid dan asam asetat sebagai pelarut. Kondisi operasi pada suhu l00°C – 130°C dan tekanan 30 bar. Kemurnian produk yang dihasilkan dengan proses ini tinggi dengan impuritas terbesar p-toluic acid dan garam Cobalt. Pada proses ini paraldehid teroksidasi menjadi asam asetat sebagai hasil samping. Kelebihan menggunakan proses Toray :
a. Kemurnian produk yang dihasilkan sangat tinggi. b. Suhu operasi relatif rendah. c. Asam Terephthalat yang dihasilkan dapat langsung diubah menjadi Dimethil
Terephthalat (DMT) melaui tahapan esterifikasi.
Universitas Sumatera Utara
Kekurangan menggunakan proses Toray : a. Tekanan operasi cukup tinggi. b. Pengeluaran garam bromida dari sistem katalis memerlukan penggunaan peralatan dari bahan stainless steel.
2.3.5 Amoco Oxidation Process (Proses Oksidasi Amoco) Sebuah campuran umpan p-xilena, asam asetat dan katalis terus menerus
diumpankan ke reaktor oksidasi. Reaktor dioperasikan pada 175-225oC dan 1500 - 3000 kPa. Udara dengan tekanan tinggi ditambahkan ke reaktor secara berlebih dari stoikiometri untuk memberikan tekanan oksigen parsial dan untuk mencapai konversi p-xilena yang tinggi. Reaksi sangat eksoterm, melepaskan 2 × 108 J per kilogram p-xilena bereaksi. Karena kelarutan rendah asam terephthalat dalam pelarut, sebagian besar mengendap. Hal ini menghasilkan sistem tiga-fasa yaitu kristal padat asam terephthalat, pelarut dengan beberapa asam terephthalat terlarut, dan uap yang terdiri dari nitrogen, asam asetat, air, dan sejumlah kecil oksigen. Panas reaksi dikeluarkan dengan pelarut penguapan. Waktu tinggal memerlukan 30 menit sampai dengan 2 jam. Lebih dari 98% p-xilena direaksikan, dan hasil asam terephthalat lebih dari 95 % mol. Oksidasi kelompok metil t
PROSES AMOCO KAPASITAS PRODUKSI 25.000 TON/ TAHUN
TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Ujian Sarjana Teknik Kimia Disusun Oleh :
YANTHI F SINAGA 070405022
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat dan kasih-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini, yang berjudul: “Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Asam Terephthalat dengan Proses Amoco”.
Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi salah satu syarat mengikuti ujian sarjana pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Penulis banyak menerima bimbingan, saran dan bantuan dari berbagai pihak dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Untuk itu dengan segala ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Ibu Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc dan Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT selaku
Dosen Pembimbing I dan II dalam Tugas Akhir ini. 2. Ibu Ir. Renita Manurung, MT, Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik
Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara 3. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia dan Ibu
Dr. Ir. Fatimah, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara 4. Ibunda A. br.Manurung yang selalu mendoakan dan memberikan dukungan moril maupun materi kepada penulis 5. Rekan partner penulis Windi Jeanni Saragih atas kerjasamanya dalam penulisan tugas akhir ini, dan terimakasih buat kesabaran, dan emosionalnya 6. Para pegawai administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan bantuan selama Penulis mengenyam pendidikan di Teknik Kimia, USU. 7. Kakanda Deddy Sinaga, Trivence Sinaga, Hensan Sinaga serta adinda Erin Sinaga yang selalu mengingatkan, mendorong, membantu serta menemani dalam penulisan tugas akhir ini. 8. Seseorang yang selalu mendukung, sabar mendengarkan segudang keluhanku, Wilson P Sidauruk. 9. Sahabat-sahabat di Teknik Kimia, khususnya stambuk 2007 yang memberikan banyak dukungan, saran dan semangat kepada penulis 10. Adik-adik stambuk 2008, 2009, 2010 dan 2011.
Universitas Sumatera Utara
Semoga tugas akhir ini dapat memberi manfaat kepada seluruh pembaca, khususnya mahasiswa/i Teknik Kimia
Medan, Juli 2012 Penulis Yanthi F Sinaga
Universitas Sumatera Utara
INTISARI
Indonesia merupakan negara yang memiliki Industri yang berkembang dari
tahun ke tahun. Salah satu Industri tersebut adalah Industri Terephthalat.
Terephthalat adalah salah satu bahan kimia yang cukup banyak kegunaanya, salah
satunya sebagai bahan polyester, PET (Polyethylene Terepthalat) film, plastik
rekayasa dan aditif paka unggas. Data impor Terephthalat dari Badan Pusat Statistik
Indonesia menunjukkan peningkatan 31.554.705 kg pada tahun 2011.
Terephthalat diproduksi 25.000 ton/tahun dengan 350 hari kerja dalam 1
tahun. Lokasi pabrik direncanakan di Kecamatan Adipala, Kabupaten, Jawa Tengah, dengan luas areal 12.815 m2, tenaga kerja yang dibutuhkan berjumlah 147 orang
dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) yang dipimpin oleh seorang
direktur dengan struktur organisasi sistem garis dan staf. Hasil analisa ekonomi
Pabrik Pembuatan Terephthalat dengan proses amoco adalah sebagai berikut :
Modal Investasi
: Rp 354.798.331.024,-
Biaya Produksi
: Rp 443.734.639.043,-
Hasil Penjualan
: Rp 584.562.406.470,-
Laba Bersih
: Rp 140.827.767.427,-
Profit Margin
: 23,97 %
Break Even Point
: 54,14 %
Return on Investment
: 22,24 %
Pay Out Time
: 4,5 tahun
Return on Network
: 37,06 %
Internal Rate of Return
: 34,60 %
Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan
Terephthalat dengan proses amoco kapasitas produksi 25.000 ton/tahun layak untuk
didirikan.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Hal KATA PENGANTAR ............................................................................................i INTISARI ............................................................................................................ iii DAFTAR ISI ........................................................................................................iv DAFTAR TABEL ................................................................................................ix DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................xiv DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................xv BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ I-1
1.1 Latar Belakang ............................................................................ I-1 1.2 Perumusan Masalah .................................................................... I-3 1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik ..................................................... I-3 1.4 Manfaat Pra Rancangan Pabrik ..................................................... I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA.....................................................................II-1 2.1 Asam Terephthalat .......................................................................II-1 2.2 Sifat-sifat Produk dan Bahan Baku...............................................II-1
2.2.1 Sifat-sifat Produk .....................................................................II-1 2.2.2 Sifat-sifat Bahan Baku .............................................................II-2 2.3 Proses Pembuatan Asam Terephthalat..........................................II-3 2.3.1 Proses Eastman Kodak.............................................................II-3 2.3.2 Oksidasi p-xilena dengan HNO3...............................................II-4 2.3.3 Proses Teijin ............................................................................II-4 2.3.4 Proses Toray ............................................................................II-5 2.3.5 Amoco Oxidation Process (Proses Oksidasi Amoco)................II-5 2.4 Pemilihan Proses..........................................................................II-6 2.5 Deskripsi Proses ......................................................................... II-7 BAB III NERACA MASSA ............................................................................III-1 3.1 Tangki Pencampuran (M-101) ................................................... III-1 3.2 Reaktor (R-201)......................................................................... III-1 3.3 Tangki Penampungan Sementara (T-201) .................................. III-2 3.4 Tangki Pencucian (M-301)......................................................... III-2 3.5 Filter Press (H-301) ................................................................... III-3
Universitas Sumatera Utara
3.6 Spray Dryer (SD-301)................................................................ III-3 3.7 Mix Point (MP-301)................................................................... III-4 3.8 Vaporizer (VE-401) ................................................................... III-4 3.9 Destilasi (D-401) ....................................................................... III-4
3.9.1 Kondensor (E-402)..................................................................III-5 3.9.2 Reboiler (E-403) .....................................................................III-5 3.10 Mix Point (MP-401)................................................................... III-5 BAB IV NERACA ENERGI ......................................................................... IV-1 4.1 Mixer (M-101).......................................................................... IV-1 4.2 Heat Exchanger (E-101)............................................................ IV-1 4.3 Heater (E-102) .......................................................................... IV-1 4.4 Compressor (C-101).................................................................. IV-2 4.5 Cooler (E-103).......................................................................... IV-2 4.6 Reaktor (R-201)........................................................................ IV-2 4.7 Condensor (E-201).................................................................... IV-2 4.8 Cooler (E-202).......................................................................... IV-3 4.9 Tangki Pencucian (M-301)........................................................ IV-3 4.10 Heater (E-301) .......................................................................... IV-3 4.11 Spray Dryer (SD-301)............................................................... IV-4 4.12 Mix-Point (MP-301) ................................................................. IV-4 4.13 Vaporizer (VE-401) .................................................................. IV-4 4.14 Cooler (E-401).......................................................................... IV-4 4.15 Condensor (E-402).................................................................... IV-5 4.16 Reboiler (E-403) ....................................................................... IV-5 4.17 Mix-Point(MP-401) .................................................................. IV-5 4.18 Cooler (E-404).......................................................................... IV-5 BAB V SPESIFIKASI PERALATAN ...........................................................V-1 5.1 Gudang Penyimpanan Kobalt Asetat (F-101) ................................V-1 5.2 Tangki Penyimpanan P-Xilena (T-101).........................................V-1 5.3 Tangki Penyimpana Asam Asetat (T-102).....................................V-2 5.4 Tangki Pencampuran (M-101) ......................................................V-2 5.5 Reaktor Oksidasi P-xilena (R-201)................................................V-3
Universitas Sumatera Utara
5.6 Tangki Penampungan Sementara (T-201) .....................................V-4 5.7 Tangki Pencucian (M-301)............................................................V-5 5.8 Filter Press (FP-301) ....................................................................V-5 5.9 Spay Dryer (SD-301) ....................................................................V-6 5.10 Gudang Produk (GP-101) ............................................................V-6 5.11 Vaporizer (VE-401) .....................................................................V-7 5.12 Kolom Destilasi (D-401)..............................................................V-7 5.13 Tangki Akumulator (V-401) ........................................................V-8 5.14 Air Filter (H-101) ........................................................................V-8 5.15 Air Filter 2(H-301) ......................................................................V-9 5.16 Compresor (C-101)......................................................................V-9 5.17 Heat Exchanger (E-101)...............................................................V-9 5.18 Heater (E-102) ...........................................................................V-10 5.19 Cooler (E-103)...........................................................................V-10 5.20 Kondensor Sub-Cooler (E-201)..................................................V-10 5.21 Cooler (E-202)...........................................................................V-11 5.22 Heater (E-201) ...........................................................................V-11 5.23 Condensor Sub-Cooler (E-401)..................................................V-11 5.24 Condensor (E-402).....................................................................V-12 5.25 Reboiler (E-403) ........................................................................V-12 5.26 Cooler (E-404)...........................................................................V-12 5.27 Blower (JB-301) ........................................................................V-13 5.28 Belt Conveyor (BC-301) ............................................................V-13 5.29 Screw Conveyor (SC-301) .........................................................V-13 5.30 Bucket Elevator (BE-301)..........................................................V-14 5.31 Pompa (P-301)...........................................................................V-14 BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ................... VI-1 6.1 Instrumentasi ............................................................................ VI-1
6.1.1 Tujuan Pengendalian.............................................................. VI-2 6.1.2 Jenis-Jenis Pengendalian dan Alat Pengendali........................ VI-3 6.1.3 Variabel-Variabel Proses dalam Sistem Pengendalian ............ VI-9 6.1.4 Syarat Perancangan Pengendalian ........................................ VI-10
Universitas Sumatera Utara
6.2 Keselamatan Kerja Pabrik ....................................................... VI-11 BAB VII UTILITAS....................................................................................... VII-1
7.1 Kebutuhan Uap (Steam) ......................................................... VII-1 7.2 Kebutuhan Air ......................................................................... VII-2
7.2.1 Screening .............................................................................. VII-6 7.2.2 Sedimentasi........................................................................... VII-7 7.2.3 Klarifikasi ............................................................................. VII-7 7.2.4 Filtrasi .................................................................................. VII-8 7.2.5 Demineralisasi ...................................................................... VII-9 7.2.6 Deaerator ............................................................................ VII-12 7.3 Kebutuhan Listrik .................................................................. VII-13 7.4 Kebutuhan Bahan Bakar ........................................................ VII-15 7.5 Unit Pengolahan Limbah........................................................ VII-16 7.5.1 Bak Penampungan .............................................................. VII-18 7.5.2 Pompa Bak Penampungan................................................... VII-19 7.5.3 Bak Pengendapan Awal ...................................................... VII-21 7.5.4 Bak Netralisasi.................................................................... VII-21 7.5.5 Tangki Sedimentasi............................................................. VII-22 7.6 Spesifikasi Peralatan Pengolahan Limbah .............................. VII-22 7.7 Spesifikasi Peralatan Utilitas .................................................. VII-24 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK......................................VIII-1 8.1 Lokasi Pabrik..........................................................................VIII-1 8.2 Tata Letak Pabrik....................................................................VIII-3 8.3 Perincian Luas Tanah..............................................................VIII-4 BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN .................. IX-1 9.1 Bentuk Badan Usaha................................................................. IX-1 9.2 Struktur Organisasi ................................................................... IX-2 9.2.1 Bentuk Organisasi Garis ....................................................... IX-2 9.2.2 Bentuk Organisasi Fungsionil ............................................... IX-3 9.2.3 Bentuk Organisasi Garis dan Staf ......................................... IX-3 9.2.4 Bentuk Organisasi Fungsionil dan Staf ................................. IX-4 9.3 Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab........................ IX-6
Universitas Sumatera Utara
9.3.1 Rapat Umum Pemegang Saham (RUPS)............................... IX-6 9.3.2 Dewan Komisaris ................................................................. IX-6 9.3.3 Direktur ................................................................................ IX-6 9.3.4 Staf Ahli ............................................................................... IX-7 9.3.5 Sekretaris.............................................................................. IX-7 9.3.6 Manajer Produksi.................................................................. IX-7 9.3.7 Manajer Teknik .................................................................... IX-7 9.3.8 Manajer Umum dan Keuangan ............................................. IX-7 9.3.9 Kepala Bagian Keuangan dan Administrasi .......................... IX-8 9.3.10 Kepala Bagian Proses ......................................................... IX-8 9.3.11 Kepala Bagian Laboratorium, R & D dan Utilitas ............... IX-8 9.3.12 Kepala Bagian Mesin Listrik............................................... IX-8 9.3.13 Kepala Bagian Instrumentasi, Pemeliharaan
dan Keselamatan Kerja Pabrik............................................. IX-8 9.3.14 Kepala Bagian Humas dan Personalia ................................. IX-9 9.3.15 Kepala Bagian Gudang/Logistik, Pembeliandan Penjualan..IX-9 9.4 Tenaga Kerja dan Jam Kerja ..................................................... IX-9 9.4.1 Jumlah dan Tingkat Pendidikan Tenaga Kerja ...................... IX-9 9.4.2 Pengaturan Jam Kerja ......................................................... IX-10 9.5 Tata Tertib .............................................................................. IX-13 9.6 JAMSOSTEK dan Fasilitas Tenaga Kerja ............................... IX-14 BAB X ANALISA EKONOMI ......................................................................X-1 10.1 Modal Investasi...........................................................................X-1 10.2 Total Penjualan (Total Sales) ......................................................X-5 10.3 Bonus Perusahaan .......................................................................X-5 10.4 Perkiraan Rugi/Laba Usaha.........................................................X-5 10.5 Analisa Aspek Ekonomi..............................................................X-6 BAB XI KESIMPULAN ................................................................................ XI-1 DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................xvi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Industri yang memproduksi TPA di Indonesia ....................................... I-2 Tabel 1.2 Data Impor Asam Terephthalat (TPA) di Indonesia (2008-2011) ........... I-2 Tabel 2.1 Kelarutan Asam Terephthalat, g/100 g pelarut ......................................II-2 Tabel 3.1 Neraca Massa di Tangki Pencampuran (M-101).................................. III-1 Tabel 3.2 Neraca Massa di Reaktor (R-201) ...................................................... III-1 Tabel 3.3 Naraca Massa di Tangki Penampungan Sementara (T-201)................. III-2 Tabel 3.4 Neraca Massa di Tangki Pencucian (M-301)....................................... III-2 Tabel 3.5 Neraca Massa di Filter Press (P-301) .................................................. III-3 Tabel 3.6 Neraca Massa di Spray Dryer (SD-301) .............................................. III-3 Tabel 3.7 Neraca Massa Mix Point (MP-301)..................................................... III-4 Tabel 3.8 Neraca Massa di Vaporizer (VE-401) ................................................. III-4 Tabel 3.9 Neraca Massa di Destilasi (D-401)...................................................... III-4 Tabel 3.9.1 Neraca Massa pada Condensor (E-402) ............................................... III-5 Tabel 3.9.2 Neraca Massa pada Reboiler (E-403) .................................................. III-5 Tabel 3.10 Neraca Massa pada Mix Point (MP-401)............................................. III-5 Tabel 4.1 Neraca Panas Mixer (M-101).............................................................. IV-1 Tabel 4.2 Neraca Panas Heater (E-101).............................................................. IV-1 Tabel 4.3 Neraca Panas Heater (E-102).............................................................. IV-1 Tabel 4.4 Neraca Panas Compressor (C-101) ..................................................... IV-2 Tabel 4.5 Neraca Panas Cooler (E-103).............................................................. IV-2 Tabel 4.6 Neraca Panas Reaktor (R-201)............................................................ IV-2 Tabel 4.7 Neraca Panas Condensor (E-201) ....................................................... IV-2 Tabel 4.8 Neraca Panas Cooler (E-202).............................................................. IV-3 Tabel 4.9 Neraca Panas Tangki Pencucian (M-301)............................................ IV-3 Tabel 4.10 Neraca Panas Heater (E-301).............................................................. IV-3 Tabel 4.11 Neraca Panas Spray Dryer (SD-301)................................................... IV-4 Tabel 4.12 Neraca Panas Mix Point (MP-301)...................................................... IV-4 Tabel 4.13 Neraca Panas Vaporizer (VE-401) ...................................................... IV-4 Tabel 4.14 Neraca Panas Cooler (E-401).............................................................. IV-4 Tabel 4.15 Neraca Panas Condensor (E-402)........................................................ IV-5
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.16 Neraca Panas Reboiler (E-403) ........................................................... IV-5 Tabel 4.17 Neraca Panas Mix Point (MP-401)...................................................... IV-5 Tabel 4.18 Neraca Panas Cooler (E-404).............................................................. IV-5 Tabel 5.1 Daftar Pompa dan Spesifikasinya........................................................V-15 Tabel 6.1 Daftar penggunaan instrumentasi pada Pra-rancangan
Pabrik Pembuatan Asam Terephthalat............................................... VI-10 Tabel 6.2 Daftar Alat Kerja dan Jumlahnya ...................................................... VI-15 Tabel 7.1 Kebutuhan Uap sebagai Media Pemanas............................................ VII-1 Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin .................................................................. VII-2 Tabel 7.3 Kebutuhan Air Proses Pada Alat ........................................................ VII-3 Tabel 7.4 Pemakaian Air untuk Berbagai Kebutuhan......................................... VII-4 Tabel 7.5 Kualitas Air Sungai Serayu, Kecamatan Adipala Cilacap, Jawa
Tengah .............................................................................................. VII-5 Tabel 7.6 Kebutuhan Daya pada Unit Proses................................................... VII-13 Tabel 7.7 Kebutuhan Listrik untuk Peralatan Utilitas....................................... VII-14 Tabel 7.8 Spesifikasi Komposisi Limbah Proses.............................................. VII-16 Tabel 7.9 Spesifikasi Pompa Pengolahan Limbah............................................ VII-24 Tabel 7.10 Spesifikasi Pompa Utilitas ............................................................... VII-25 Tabel 8.1 Klasifikasi Penggunaan Areal Tanah.................................................VIII-4 Tabel 9.1 Jumlah Tenaga Kerja Beserta Tingkat Pendidikannya .......................... IX-9 Tabel 9.2 Susunan Kerja Karyawan Shift.......................................................... IX-11 Tabel 9.3 Perincian Gaji Karyawan ................................................................... IX-12 Tabel LA-1 Data Berat Molekul Masing-Masing Komponen .............................LA-1 Tabel LA-2 Data Perhitungan Start Up ..............................................................LA-4 Tabel LA-3 Neraca Massa di Tangki Pencampuran (M-101)..............................LA-5 Tabel LA-4 Neraca Massa di Reaktor (R-201) ...................................................LA-9 Tabel LA-5 Neraca Massa di Tangki Penampungan Sementara (T-201)........... LA-11 Tabel LA-6 Neraca Massa di Tangki Pencucian (M-301)................................. LA-12 Tabel LA-7 Neraca Massa di Filter Press (H-301 ............................................. LA-14 Tabel LA-8 Neraca Massa di Spray Dryer (SD-301) ........................................ LA-16 Tabel LA-9 Neraca Massa di Mix Point (MP-301) ........................................... LA-17 Tabel LA-10 Neraca Massa di Vaporizer (VE-401)............................................ LA-19
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA-11 Neraca Massa di Destilasi (D-401)................................................ LA-21 Tabel LA-12 Data Bilangan Antoine.................................................................. LA-21 Tabel LA-13 Penentuan Titik Gelembung (Buble Point) Komponen .................. LA-22 Tabel LA-14 Penentuan Titik Gelembung (Buble Point) Bottom........................ LA-24 Tabel LA-15 Penentuan Titik Gelembung (Buble Point) Destilat....................... LA-25 Tabel LA-16 Neraca Massa di Condensor (E-402)............................................. LA-26 Tabel LA-17 Neraca Massa di Reboiler (E-403) ................................................ LA-27 Tabel LA-18 Neraca Massa di Mix Point (M-401) ............................................. LA-28 Tabel LB-1 Data Kapasitas Panas Gas .............................................................. LB-2 Tabel LB-2 Data Kapasitas Panas Cairan........................................................... LB-2 Tabel LB-3 Data Kontribusi Ikatan Senyawa dengan MEtode Chuch dan
Swanson ......................................................................................... LB-3 Tabel LB-4 Data Kontribusi Unsur Atom dengan Metode Hurst dan Harrison ... LB-4 Tabel LB-5 Data Berat Molekul, Titik Didih dan Panas Laten Komponen
(ΔHVL) ............................................................................................ LB-5 Tabel LB-6 Data Panas Pembentukan Komponen (ΔH0f)................................... LB-6 Tabel LB-7 Data Panas Pembentukan dengan Metode Joback............................ LB-6 Tabel LB-8 Data Air Pemanas, Air Pendingin dan Air Proses yang
Digunakan ...................................................................................... LB-7 Tabel LB-9 Neraca Panas Umpan Masuk Mixer (M-101) ............................... LB-10 Tabel LB-10 Neraca Panas Recycle Masuk Mixer (M-101) .............................. LB-12 Tabel LB-11 Neraca Panas Keluar Mixer (M-101)............................................ LB-14 Tabel LB-12 Neraca Panas Recycle Masuk Heat Exchanger (E-101)................ LB-17 Tabel LB-13 Neraca Panas Recycle Keluar Heat Exchanger (E-101)................ LB-20 Tabel LB-14 Neraca Panas Umpan Keluar Heat Exchanger (E-101)................. LB-22 Tabel LB-15 Neraca Panas Keluar Heater (E-102) ........................................... LB-26 Tabel LB-16 Neraca Panas Heater (E-102)....................................................... LB-26 Tabel LB-17 Interpolasi dari Data Termodinamika Udara................................. LB-27 Tabel LB-18 Interpolasi dari Data Termodinamika Udara................................. LB-27 Tabel LB-19 Interpolasi dari Data Termodinamika Udara
Berdasarkan Tekanan................................................................... LB-28 Tabel LB-20 Interpolasi dari Data Termodinamika Udara Berdasarkan
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB-21 Tabel LB-22 Tabel LB-23 Tabel LB-24 Tabel LB-25 Tabel LB-26 Tabel LB-27 Tabel LB-28 Tabel LB-29 Tabel LB-30 Tabel LB-31 Tabel LB-32 Tabel LB-33 Tabel LB-34 Tabel LB-35 Tabel LB-36 Tabel LB-37 Tabel LB-38 Tabel LB-39 Tabel LB-40 Tabel LB-41 Tabel LB-42 Tabel LB-43 Tabel LB-44 Tabel LB-45 Tabel LB-46 Tabel LB-47 Tabel LB-48 Tabel LB-49 Tabel LB-50 Tabel LB-51
Enthalpy ...................................................................................... LB-28 Neraca Panas Keluar Cooler (E-103) ........................................... LB-30 Neraca Panas Cooler (E-103)....................................................... LB-31 Neraca Panas Reaktor (ΔH Produk - ΔH Reaktan) Reaksi (1) .............. LB-35 Neraca Panas Reaktor (ΔH Produk - ΔH Reaktan) Reaksi (2) .............. LB-38 Neraca Panas Reaksi Total Reaktor.............................................. LB-38 Neraca Panas Keluar Raaktor....................................................... LB-43 Neraca Panas Reaktor (R-201) ..................................................... LB-44 Neraca Panas Masuk Condensor (E-201) ..................................... LB-47 Neraca Panas Keluar Condensor (E-201) ..................................... LB-49 Neraca Panas Condensor (E-201)................................................. LB-50 Neraca Panas Masuk Cooler (E-202) ........................................... LB-53 Neraca Panas Keluar Cooler (E-202) ........................................... LB-56 Neraca Panas Cooler (E-202)....................................................... LB-56 Neraca Panas Keluar Tangki Pencucian (M-301) ......................... LB-61 Neraca Panas Masuk Heater (E-301) ........................................... LB-62 Neraca Panas Keluar Heater (E-301) ........................................... LB-64 Neraca Panas Heater (E-301)....................................................... LB-64 Neraca Panas Keluar Filter Press.................................................. LB-65 Neraca Panas Masuk Udara Spray Dryer (SD-301) ...................... LB-65 Neraca Panas Keluar Udara Spray Dryer (SD-301) ...................... LB-66 Neraca Panas Keluar Udara.......................................................... LB-67 Neraca Panas Spray Dryer (SD-301)............................................ LB-67 Neraca Panas Masuk dari Filter Press (H-301) ............................ LB-69 Neraca Panas Keluar Mix Point (MP-301) ................................... LB-72 Neraca Panas Keluar Vaporizer (VE-401) alur 17 ........................ LB-74 Neraca Panas Keluar Vaporizer (VE-401) alur 18 ........................ LB-76 Neraca Panas Vaporizer (VE-401) ............................................... LB-77 Neraca Panas Keluar Cooler (E-401) ........................................... LB-78 Neraca Panas Cooler (E-401)....................................................... LB-79 Neraca Panas Masuk Condensor (E-402) ..................................... LB-81 Neraca Panas Keluar Condensor alur Refluks .............................. LB-83
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB-52 Neraca Panas Keluar Condensor alur Destilat .............................. LB-85 Tabel LB-53 Neraca Panas Condensor (E-402)................................................. LB-85 Tabel LB-54 Neraca Panas Masuk Reboiler (E-403)......................................... LB-88 Tabel LB-55 Neraca Panas Keluar Reboiler alur Refluks .................................. LB-89 Tabel LB-56 Neraca Panas Keluar Reboiler Alur Bottom ................................. LB-91 Tabel LB-57 Neraca Panas Reboiler (E-403) ................................................... LB-91 Tabel LB-58 Neraca Panas Keluar Mix Point (MP-401) ................................... LB-95 Tabel LB-59 Neraca Panas Keluar Cooler (E-404) ........................................... LB-95 Tabel LB-60 Neraca Panas Cooler (E-404)....................................................... LB-96 Tabel LC-1 Data pada Alur 1 ........................................................................... LC-4 Tabel LC-2 Komposisi Bahan pada Reaktor (R-201) ..................................... LC-10 Tabel LC-3 Fasa Gas ...................................................................................... LC-33 Tabel LC-4 Fasa Cair...................................................................................... LC-36 Tabel LD-1 Spesifikasi Pompa Pengolahan Air................................................. LD-4 Tabel LD-2 Perhitungan entalpi penentuan tinggi menara pendingin............... LD-30 Tabel LE-1 Perincian Harga Bangunan dan Sarana Lainnya ..............................LE-2 Tabel LE-2 Harga Indeks Marshall dan Swift ....................................................LE-3 Tabel LE-3 Estimasi Harga Peralatan Proses .....................................................LE-7 Tabel LE-4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah..............LE-8 Tabel LE-5 Biaya Sarana Transportasi.............................................................LE-11 Tabel LE-6 Perincian Gaji Pegawai .................................................................LE-15 Tabel LE-7 Perincian Biaya Kas (1 Tahun)......................................................LE-17 Tabel LE-8 Perincian Modal Kerja ..................................................................LE-18 Tabel LE-9 Aturan Depresiasi sesuai UU RI No.17 tahun 2000 .......................LE-19 Tabel LE-10 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UU RI No.17 tahun 2000 .....LE-20 Tabel LE-11 Data perhitungan BEP...................................................................LE-26 Tabel LE-12 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR)............................LE-28
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 6.1 Diagram Balok Sistem Pengendalian Feedback........................... VI-4 Gambar 6.2 Sebuah Loop Pengendalian ......................................................... VI-4 Gambar 6.3 Suatu Proses Terkendali.............................................................. VI-5 Gambar 6.4 Instrumentasi pada Alat ............................................................ VI-11 Gambar 8.1 Lokasi Pabrik Asam Terephthalat .............................................VIII-1 Gambar 8.2 Tata LEtak Pabrik Asam Terephthalat.......................................VIII-6 Gambar 9.1 Struktur Organiasi Pabrik Pembuatan Asam Terephthalat ........... IX-5 Gambar LD-1 Sketsa Sebagian Bar Screen (dilihat dari atas)............................ LD-2 Gambar LD-2 Grafik Entalpi dan Temperatur cairan pada Cooling Tower ...... LD-30 Gambar LD-3 Kurva Hy terhadap 1/(Hy* - Hy) .............................................. LD-31 Gambar LE-1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan dan Pelarutan .........LE-5 Gambar LE-2 Kurva Break Even Point Pabrik pembuatan PHV ......................LE-27
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA ..................................... LA-1 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS...................................... LB-1 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN..................... LC-1 LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS... LD-1 LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI.....................................LE-1
Universitas Sumatera Utara
INTISARI
Indonesia merupakan negara yang memiliki Industri yang berkembang dari
tahun ke tahun. Salah satu Industri tersebut adalah Industri Terephthalat.
Terephthalat adalah salah satu bahan kimia yang cukup banyak kegunaanya, salah
satunya sebagai bahan polyester, PET (Polyethylene Terepthalat) film, plastik
rekayasa dan aditif paka unggas. Data impor Terephthalat dari Badan Pusat Statistik
Indonesia menunjukkan peningkatan 31.554.705 kg pada tahun 2011.
Terephthalat diproduksi 25.000 ton/tahun dengan 350 hari kerja dalam 1
tahun. Lokasi pabrik direncanakan di Kecamatan Adipala, Kabupaten, Jawa Tengah, dengan luas areal 12.815 m2, tenaga kerja yang dibutuhkan berjumlah 147 orang
dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) yang dipimpin oleh seorang
direktur dengan struktur organisasi sistem garis dan staf. Hasil analisa ekonomi
Pabrik Pembuatan Terephthalat dengan proses amoco adalah sebagai berikut :
Modal Investasi
: Rp 354.798.331.024,-
Biaya Produksi
: Rp 443.734.639.043,-
Hasil Penjualan
: Rp 584.562.406.470,-
Laba Bersih
: Rp 140.827.767.427,-
Profit Margin
: 23,97 %
Break Even Point
: 54,14 %
Return on Investment
: 22,24 %
Pay Out Time
: 4,5 tahun
Return on Network
: 37,06 %
Internal Rate of Return
: 34,60 %
Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan
Terephthalat dengan proses amoco kapasitas produksi 25.000 ton/tahun layak untuk
didirikan.
Universitas Sumatera Utara
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Sampai saat ini pembangunan sektor industri di Indonesia mengalami
peningkatan, salah satunya adalah pembangunan sektor industri kimia. Namun ketergantungan impor luar negeri masih lebih besar dibandingkan ekspornya. Indonesia masih banyak mengimpor bahan baku atau produk-produk industri kimia dari luar negeri (Umi, 2011). Menurut Menteri Perindustrian M.S. Hidayat bahwa hampir 60 % industri di Indonesia, bahan kimianya diimpor (Indrawati, 2011). Akibat dari ketergantungan impor ini menyebabkan devisa negara berkurang, sehingga diperlukan suatu usaha untuk menanggulangi ketergantungan terhadap impor, salah satunya adalah dengan mendirikan pabrik untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri. Dengan berdirinya pabrik, akan menghemat devisa negara dan membuka peluang berdirinya pabrik lain yang menggunakan produk pabrik tersebut. Selain itu dapat membuka kesempatan untuk ahli teknologi, membuka lapangan kerja baru dalam usaha ikut mengurangi angka pengangguran dan kemiskinan, dan meningkatkan kesejahteraan masyarakat (Umi, 2011).
Di Indonesia, salah satu industri yang berkembang pesat adalah industri poliester. Poliester adalah serat sintetis yang berasal dari batubara, udara, air, dan minyak bumi. Dikembangkan di laboratorium abad ke-20, serat poliester terbentuk dari reaksi kimia antara asam dan alkohol. Dalam reaksi ini, dua atau lebih molekul bergabung untuk membuat molekul besar yang strukturnya mengulang seluruh panjangnya. Serat poliester dapat membentuk molekul yang sangat stabil dan kuat. Poliester digunakan dalam pembuatan banyak produk, termasuk pakaian, perabot rumah, kain industri, komputer dan kaset rekaman, dan isolasi listrik (Gale, 2011).
Asam terephthalat (1,4-benzenecarboxylic acid) adalah bubuk putih yang mudah terbakar, larut dalam alkohol dan eter (larut dalam alkali), menyublim pada 300 °C. Asam terephthalat telah digunakan terutama sebagai bahan baku serat poliester, tapi akhir-akhir ini telah dimanfaatkan untuk berbagai keperluan seperti sebagai non-serat, PET (Polyethylene Terephthalate) film dan plastik rekayasa dan sebagai aditif pakan unggas (www. chemicalland21. blogspot.com, 2011). Bahan ini
Universitas Sumatera Utara
merupakan produk turunan dari para-xilena yang selanjutnya melalui proses
polimerisasi dengan etilen glikol akan menghasilkan serat poliester untuk keperluan
industri tekstil.
Beberapa industri yang sudah memproduksi TPA di indonesia adalah PT.
Pertamina (1986), PT. Mitsubishi Chemical Indonesia (1994), PT. Polysindo Eka
Perkasa (1997), PT. Amoco Mitsui TPA Indonesia (1997) dan PT. Polyprima
Karyareksa (1997).
Tabel 1.1 Industri yang memproduksi TPA di Indonesia
Nama Perusahaan
Lokasi
Kapasitas (ton/tahun)
PT. Pertamina UP III Plaju (1986)
Plaju,Sumatera Selatan 225.000
PT. Mitsubishi Chemical Indonesia (1994) Cilegon, Banten
640.000
PT. Polysindo Eka Perkasa (1997)
Kuningan, Jakarta
365.000
PT. Amoco Mitsui PTA Indonesia (1997) Merak, Banten
460.000
PT. Polyprima Karyareksa (1997)
Jakarta
700.000
Total kapasitas
2.390.000
Hal ini mengakibatkan konsumsi akan asam terephthalat menjadi besar. Dimana dalam memenuhi kebutuhan akan asam terephthalat dalam negeri, Indonesia masih mengimpor dari luar negeri. Data impor tersebut dapat dilihat dari tabel berikut : Tabel 1.2 Data Impor Asam Terephthalat (TPA) di Indonesia dari tahun 2008-2011 (Badan Pusat Statistik, 2008-2011).
Tahun
Nilai (US $)
Berat (kg)
2008
23.904.324
12.891.585
2009
49.483.638
17.004.278
2010
125.652.294
31.756.655
2011
112.686.268
31.554.705
Bahan baku yang digunakan pada proses pembuatan TPA adalah p-xilena dan asam asetat. Kebutuhan p-xilena didatangkan dari PT. PERTAMINA UP IV Cilacap,
Universitas Sumatera Utara
Jawa Tengah yang kapasitas produksinya 270.000 ton/tahun. Sedangkan kebutuhan pelarut yaitu asam asetat berasal dari PT. Indo Acidatama Chemical Industri (PT IACI) yang mempunyai kapasitas produksi 36.000 ton/tahun, PT Riasima Abadi, PT Merck tbk.
1.2 Rumusan Masalah Kebutuhan asam terephthalat (TPA) mengalami peningkatan setiap tahunnya
dan pemenuhan terhadap kebutuhan asam terephthalat (TPA) tersebut dilakukan dengan cara mengimpor (Badan Pusat Statistik, 2008-2011). Untuk memenuhi kebutuhan asam terephthalat (TPA) dalam negeri dilakukan pra rancangan pabrik asam terephthalat (TPA) di Indonesia.
1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik Tujuan dari pra rancangan pabrik pembuatan asam terphthalat:
1. Untuk memberikan informasi awal tentang kelayakan pendirian pabrik asam terephthalat yang berbahan baku p-xilena.
2. Untuk memberikan informasi awal tentang perkiraan tata rancangan pabrik pembuatan asam terephthalat dari p-xilena.
3. Untuk memperkirakan total biaya yang diperlukan dalam pendirian pabrik.
1.4 Manfaat Pra Rancangan Pabrik Manfaat dari pra rancangan pabrik Pembuatan Asam Terephthalat adalah
memberikan gambaran kelayakan dari segi rancangan dan ekonomi pabrik sehingga akan mendukung pertumbuhan industri tekstil di Indonesia.
Manfaat lain yang ingin dicapai adalah Indonesia dapat mengekspor asam terephthalat untuk meningkatkan devisa negara dan dapat membantu pemerintah dalam menanggulangi masalah pengangguran di Indonesia yaitu dengan menciptakan lapangan kerja baru.
Universitas Sumatera Utara
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Asam Terephthalat p-Benzenedicarboxylic Acid [C6H4(COOH)2] atau yang lebih dikenal dengan
nama asam terephtalat adalah salah satu senyawa petrokimia berupa kristal putih yang digunakan sebagai bahan baku dalam industri serat sintetis. Asam terephthalat (Terephthalic Acid/TPA) yang selanjutnya melalui proses polimerisasi dengan ethylene glikol akan menghasilkan serat poliester (polyester fiber) untuk keperluan industri tekstil sehingga industri tekstil menjadi konsumen terbesar industri TPA (As’ad dan Rahmayetty, 2010).
Kegunaan Asam terephthalat antara lain: 1. Dalam reaksi polimerisasi menggunakan ethylene glycol akan menghasilkan
serat poliester sebagai bahan baku tekstil 2. Produksi herbisida 3. Produksi bahan baku dalam industri cat 4. Pembuatan botol minuman 5. Bahan baku dalam pembuatan minyak pelumas berkualitas tinggi
(Aini dkk, 2011)
2.2 Sifat-sifat Produk dan Bahan Baku 2.2.1 Sifat-sifat Produk 1. Asam terephthalat
Rumus Molekul Berat Molekul Wujud Densitas Kelarutan dalam air Titik Lebur Titik Didih Triple Point Heat of Combustion at 25oC
: C6H4(COOH)2 : 166,1308 gr/mol : serbuk kristal putih : 1,522 gr/cm3 : 0,0017gr/100 mL pada 25oC : 300 oC : 288 oC : 427 oC
: -3189 kJ/mol
Universitas Sumatera Utara
Heat of Formation at 25oC
: -816 kJ/mol
Heat of Sublimation
: 142 kJ/mol
Crystal density
: 1,58 g/cm3, 25oC
Specific Heat
: 1,20 J/g.K, to 100oC
Ignition temperature in air
: 680oC
Tabel 2.1 Kelarutan Asam Terephthalat, g/100 g pelarut : Kelarutan asam terephthalat, g/100 g pelarut 25oC 150oC 200oC
Air 0,0017 0,24 1,7
Metanol
0,10 3,1
Asam asetat
0,013 0,38 1,5
(www.chemicalland21.blogspot.com, 2011 dan Ullmann, 2005)
250oC 12,6
5,7
2.2.2 Sifat-sifat Bahan Baku
1. p-Xilena
Rumus Molekul
: C6H4(CH3)2
Berat Molekul
: 106,165 gr/mol
Densitas pada 25 oC
: 0,8610 gr/cm3
Titih didih
: 138,37 oC
Titik Beku
: 13,263 oC
Tekanan kritis
: 3,511 MPa
Temperatur kritis
: 343,05 oC
Tekanan uap,persamaan Antoine
-A
: 6,1155
-B
: 1453,430
-C
: 215,307
Komposisi
p-xilena
: minimal 99 % berat
m-xilena
: maksimal 0,3 % berat
o-xilena
: maksimal 0,1 % berat
ethylbenzene
: maksimal 0,5 % berat
toluena
: maksimal 0,1 % berat
(Kirk dan Othmer, 1968 dan www.alibaba.com, 2011)
Universitas Sumatera Utara
2. Asam Asetat Rumus Molekul Berat Molekul Titik Beku Titik Didih Densitas pada 20 oC Panas spesifik pada 124 oC Viskositas pada 20 oC Komposisi Acetic acid Acetaldehyde Formic acid (Kirk dan Othmer, 1968)
: CH3COOH : 60,0519 : 16,635 oC : 117,87 oC : 1,0495 gr/ml : 5,029 J/g.K : 11,83 cp
: minimal 99,8 % berat : maksimal 0,05 % berat : maksimal 0,15 % berat
3. Udara Wujud Komposisi Nitrogen Oksigen Partikulat (Perry dan Green, 1999)
: Gas
: 79 % mol : 21 % mol : 1 mg/Nm3
3. Cobalt(II)asetat Rumus Molekul Wujud Berat Molekul Melting Point Densitas pada 20oC (www.chemicalbook.com, 2012)
: Co(CH3COO)2 : kristal padat merah keunguan : 153,0598 gr/mol : 297-299oC : 1,7755 gr/cm3
Universitas Sumatera Utara
2.3 Proses Pembuatan Asam Terephthalat Asam terephthalat dapat diproduksi dari bahan baku yang berbeda dan
melalui beberapa cara teknologi telah dikembangkan untuk mencapai cara yang paling ekonomis dari produksi, antara lain:
2.3.1 Proses Eastman Kodak Eastment Kodak Company memproduksi Asam Terephthalat secara
komersial dengan proses oksidasi fase cair. Bahan baku yang dipakai adalah p-xilena, asam asetat sebagai pelarut, dan sebagai promotor oksidasi adalah Asetaldehida. Dengan katalis yang digunakan adalah Co-Asetat. Kondisi operasi pada suhu 120°C - 175°C dan tekanan moderat 7,5 - 15 bar, konversi yang dihasilkan sebesar 82%. Produk sampingnya berupa asam asetat 0,55 – 1,1 kg/kg TPA. Kelebihan menggunakan proses Eastman-Kodak :
a. Beroperasi pada tekanan dan suhu moderat. b. Menghasilkan produk samping asam asetat yang merupakan solvent yang
digunakan dalam proses. Kekurangan menggunakan proses Eastman-Kodak adalah kemurnian produk yang dihasilkan tidak terlalu tinggi.
2.3.2 Oksidasi p-xilena dengan HNO3 Proses ini melibatkan oksidasi p-xilena fase dalam larutan HNO3 sekitar 30%
wt – 40% wt pada kisaran suhu dari 160 – 200°C dan tekanan 8,5 – 13,5 bar. TPA mengendap dari campuran hasil reaksi dan kemudian dipisahkan dan dimurnikan pada tahap berikutnya. Dahulu proses ini digunakan beberapa industri seperti Du Pont, ICI, BSAF, Montecatini Edison dll. Kelebihan menggunakan proses Oksidasi p-xilena dengan HNO3 adalah suhu dan tekanan operasi cukup moderat. Kekurangan menggunakan proses oksidasi p-xilena dengan HNO3 : a. Konsumsi HNO3 yang sangat tinggi. b. Kemungkinan terjadinya ledakan sangat tinggi. c. Kemurnian produk yang rendah. d. Proses ini sekarang sudah sangat usang.
Universitas Sumatera Utara
2.3.3 Proses Teijin Proses ini dimulai dengan reaksi oksidasi naphthalena menjadi phthalic
anhidrida, kemudian diubah menjadi monopotassium o-phthalate dan dipotassium o-phthalat. Dipotassium o-phthalat diisomerisasikan pada tekanan 10 bar dan pada suhu 100 – 130°C. Hasil dan proses isomerisasi ini adalah dipotassium terephthalat yang kemudian dilarutkan dalam air dan di-recycle ke awal proses. Kristal asam terephthalat yang terbentuk diambil dengan filtrasi dan dikeringkan. Kelebihan menggunakan proses Teijin :
a. Kondisi operasi proses pada suhu dan tekanan moderat. b. Proses ini hanya menggunakan oksidasi p-xilena satu tahap dan merupakan
proses yang paling sederhana. c. Tanpa menggunakan promotor. d. Tanpa menghasilkan impuritas berwarna (colored impurities), seperti
flourenone dan biphenil keton. Kekurangan menggunakan proses Teijin :
a. Kemurnian produk yang dihasilkan tidak terlalu tinggi. b. Memerlukan jumlah katalis yang besar.
2.3.4 Proses Toray Pada proses ini asam terephthalat dibuat dengan oksidai p-xilena dengan
udara pada fase cair. Dalam proses ini digunakan katalis Co-Asetat, promotor paraldehid dan asam asetat sebagai pelarut. Kondisi operasi pada suhu l00°C – 130°C dan tekanan 30 bar. Kemurnian produk yang dihasilkan dengan proses ini tinggi dengan impuritas terbesar p-toluic acid dan garam Cobalt. Pada proses ini paraldehid teroksidasi menjadi asam asetat sebagai hasil samping. Kelebihan menggunakan proses Toray :
a. Kemurnian produk yang dihasilkan sangat tinggi. b. Suhu operasi relatif rendah. c. Asam Terephthalat yang dihasilkan dapat langsung diubah menjadi Dimethil
Terephthalat (DMT) melaui tahapan esterifikasi.
Universitas Sumatera Utara
Kekurangan menggunakan proses Toray : a. Tekanan operasi cukup tinggi. b. Pengeluaran garam bromida dari sistem katalis memerlukan penggunaan peralatan dari bahan stainless steel.
2.3.5 Amoco Oxidation Process (Proses Oksidasi Amoco) Sebuah campuran umpan p-xilena, asam asetat dan katalis terus menerus
diumpankan ke reaktor oksidasi. Reaktor dioperasikan pada 175-225oC dan 1500 - 3000 kPa. Udara dengan tekanan tinggi ditambahkan ke reaktor secara berlebih dari stoikiometri untuk memberikan tekanan oksigen parsial dan untuk mencapai konversi p-xilena yang tinggi. Reaksi sangat eksoterm, melepaskan 2 × 108 J per kilogram p-xilena bereaksi. Karena kelarutan rendah asam terephthalat dalam pelarut, sebagian besar mengendap. Hal ini menghasilkan sistem tiga-fasa yaitu kristal padat asam terephthalat, pelarut dengan beberapa asam terephthalat terlarut, dan uap yang terdiri dari nitrogen, asam asetat, air, dan sejumlah kecil oksigen. Panas reaksi dikeluarkan dengan pelarut penguapan. Waktu tinggal memerlukan 30 menit sampai dengan 2 jam. Lebih dari 98% p-xilena direaksikan, dan hasil asam terephthalat lebih dari 95 % mol. Oksidasi kelompok metil t