NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK PROPILEN GLIKOL Prarancangan Pabrik Propilen Glikol Dari Propilen Oksida Dan Air Kapasitas 60.000 Ton Per Tahun.

NASKAH PUBLIKASI
PRARANCANGAN PABRIK PROPILEN GLIKOL
DARI PROPILEN OKSIDA DAN AIR
KAPASITAS 60.000 TON PER TAHUN

Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Meraih Gelar Sarjana Teknik
Strata Satu pada Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta

Oleh :
Tri Setia Nugraha
D 500 100 007

Dosen Pembimbing
1. Dr. Ahmad M. Fuadi.
2. M. Mujiburohman Ph.D

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SURAKARTA
2014


UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
FAKULTAS TEKNIK
Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura, Telp. (0271) 717417, Fax.715448
Surakarta 57102
Website: http://www.ums.ac.id , Email: ums@ums.ac.id

Surat Persetujuan Artikel Publikasi Ilmiah
Yang bertanda tangan di bawah ini pembimbing skripsi/ tugas akhir:
Pembimbing I

: Dr. Ahmad M. Fuadi

NIK

: 618

Pembimbing II

: M. Mujibburrohman, Ph.D


NIK

: 794

Telah membaca dan mencermatinaskah artikel publikasi ilmiah, yang merupakan
ringkasan skripsi/ tugas akhir dari mahasiswa:
Nama

: Tri Setia Nugraha

NIM

: D 500 100 007

Program Studi : TEKNIK KIMIA
Judul Skripsi : PRARANCANGAN PABRIK PROPILEN GLIKOL
DARI PROPILEN OKSIDA DAN AIR KAPASITAS
60.000 TON PER TAHUN
Naskah artikel tersebut layak dan dapat disetujui untuk dipublikasikan. Demikian

persetujuan ini dibuat, semoga dapat dipergunakan seperlunya.
Surakarta, 23 Desember 2014
Pembimbing I

Pembimbing II

Dr. Ahmad M. Fuadi

M. Mujiburrohman, Ph.D

NIK. 618

NIK. 794

INTISARI
Prarancangan pabrik Propilen Glikol dimaksudkan untuk memenuhi
kebutuhan propilen glikol dalam negeri dan tidak menutup kemungkinan untuk
diekspor. Propilen glikol dibuat melalui reaksi hidrasi propilen oksida dan air
dengan katalis asam sulfat. Proses produksi propilen glikol dilakukan di dalam
Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB). Reaksi berlangsung pada fase cair,

suhu 32ºC dan tekanan 1 atm. Untuk memurnikan propilen glikol dilakukan
proses dekantasi dan destilasi sehingga diperoleh produk propilen glikol dengan
kemurnian 99%.
Pabrik propilen glikol dengan kapasitas 60.000 ton per tahun ini membutuhkan
bahan baku propilen oksida sebanyak 59.411.684,75 ton per tahun dan air
sebanyak 416.659,795 ton per tahun. Utilitas yang dibutuhkan dalam setiap
tahunnya antara lain 1.073.568,25 ton air, 606.041,43 ton steam, 1.322.962.650
liter bahan bakar, 3.480.409,063 kW listrik, 1.206.057,6 m3 udara tekan, luas
lahan 8450 m2 dan banyak karyawan.
Dari hasil analisis ekonomi diperoleh hasil yaitu Percent Return On
Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 138% dan setelah pajak sebesar 96%.
Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar 0,67 tahun sedangkan setelah pajak
sebesar 0,93 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 40%, dan Shut Down Point
(SDP) sebesar 20,63%. Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 50%. Berdasarkan
data di atas maka pabrik propilen glikol dari propilen oksida dan air ini layak
untuk didirikan.
Kata kunci : propilen glikol, hidrasi, RATB

BAB I


makanan, pelembut dan pelembab,

PENDAHULUAN

Sebagai salah satu formula dalam
industri farmasi. Disamping itu juga
sebagai addictive dalam industri

1.1.Latar Belakang
Indonesia
berkembang

sebagai

banyak

negara

produksi cat, yang berfungsi sebagai


melakukan

pengatur atau penstabil viscositas

pembangunan di segala bidang, salah
satunya

adalah pembangunan di

sektor

industri

kimia.

Namun

dan warna.
Kebutuhan terhadap bahan
baku propilen glikol dari tahun ke


ketergantungan terhadap impor luar

tahun

negeri

besar

namun untuk memenuhi kebutuhan

dibandingkan ekspornya. Indonesia

propilen glikol tersebut harus impor,

masih banyak mengimpor bahan

karena belum ada satupun industri

baku atau produk – produk industri


kimia

kimia

negeri.

memproduksi propilen glikol. Hal ini

ini

menunjukkan peluang besar yang

masih

lebih

dari

luar


Ketergantungan

impor

menyebabkan

devisa

negara

mengalami

dalam

sangat

peningkatan,

negeri


yang

menguntungkan

dan

berkurang, sehingga diperlukan suatu

memungkinkan untuk

usaha

pabrik propilen glikol di Indonesia.

untuk

ketergantungan
Dengan


menanggulangi
terhadap

berdirinya

mendirikan

impor.

pabrik

akan

1.2.Tujuan Perancangan

menghemat devisa negara, dapat

Tujuan

membuka peluang berdirinya pabrik

sebagai berikut:

lainnya yang menggunakan produk

perancangan

adalah

1. Menghemat devisa negara karena

pabrik tersebut, membuka lapangan

belum

kerja

memproduksi propilen glikol

baru

dan

meningkatkan

pendapatan asli daerah setempat.
Propilen glikol merupakan
salah

satu

kimia

2. Memenuhi

industri

kebutuhan

yang

propilen

glikol dalam negeri

yang

3. Membuka lapangan kerja baru

digunakan di berbagai industri kimia,

dan meningkatkan pendapatan asli

antara

daerah setempat

lain

bahan

ada

sebagai

pengawet

TINJAUAN PUSTAKA
2..1. Kebutuhan Propilen Glikol

Kenaikan

impor

propilen

glikol

sesuai berdasarkan persamaan:

Kebutuhan propilen glikol di

y = 2×106x – 5×109, besarnya impor

Indonesia yang sampai saat ini masih

propilen glikol pada tahun 2020

mengimpor dari luar negeri.

adalah sebesar 45.000 ton/tahun.

Tabel 1.1. Kebutuhan Impor Propilen

Sehingga

Glikol Tahun 2003-2013.

propilen

perkiraan
glikol

di

kebutuhan
atas

maka

Tahun Kebutuhan ( ton/ bulan )

ditetapkan kapasitas pabrik sebesar

2003

1018104,583

60.000 ton/tahun. Dengan makin

2004

1411821,417

banyaknya kegunaan dari propilen

2005

1550173

glikol, maka pangsa pasarnya cukup

2006

1462038,083

baik dan dapat juga diekspor ke luar

2007

1671176,167

negeri.

2008

1906095,25

2009

1972256,5

glikol ini akan didirikan di daerah

2010

2176639,417

Tuban,

2011

2564244,917

pertimbangan

2012

3081940,083

baku propilen oksida diimpor dari

2013

3038055,667

Pemilihan lokasi pabrik propilen

Jawa

Timur

dengan

ketersediaan

bahan

Qigo, Singapura maka pemilihan

(Badan Pusat Statistik, 2014)

pabrik di Tuban yang dekat dengan
pelabuhan kota Surabaya, pemasaran
produk,

lahan

untuk

perluasan,

tenaga ahli, dan listrik

2.2. Proses Produksi Propilen Glikol
Reaksi

produksi

propilen

glikol terjadi di dalam reaktor alir
tangki berpengaduk (RATB) dengan
kondisi operasi, temperatur 32⁰C,
Gambar

1.1,

Grafik

Kebutuhan

Propilen Glikol di Indonesia.

tekanan 1 atm, fase cair. Dengan
perbandingan mol C3H6O : H2O

43,04 lbmol : 802,80 lbmol dengan

METODOLOGI

sifat reaksi eksotermis, irreversible,2.2.1. Tinjauan termodinamika
Hidrasi

isotermal, dan konversi 99,95%.

propilen

oksida

(Chan dan Seider, 2004)

menjadi propilen glikol berlangsung

Kondisi operasi dipilih karena pada

satu arah (irreversible). Reaksi:

kondisi tersebut laju pembentukan

C3H6O + H2O → C3H8O2

propilen glikol sangat optimal dan

Harga

aman.

dapat dievaluasi menggunakan data
Hidrasi

propilen

glikol

konstanta

kesetimbangan

termodinamika energi bebas gibbs

menggunakan katalis asam disebut

sebagai berikut:

juga reaksi spontan.

Tabel 2.1. Harga ΔG°f masing-

Reaksi :

masing komponen.
+

H
CH2 – CH – CH3 + H2O



CH3 – CH – CH2

(2.1)

OH OH

O

Komponen

ΔGof 298K (kJ/mol)

C3H6O

-25,77

H2O

-228,60

C3H8O2

-304,48

Propilen okside sangat reaktif
terhadap senyawa yang mengandung

(Yaws, 1999)
ΔGof = ∑ΔGof(produk) - ∑ΔGof(reaktan)

ion hidrogen labil, seperti air, amonia

=(-304,48– (-25,77+(-228,60)))

dan asam organik. H2O tertarik ke

kJ/mol

propilen oksida kemudian terjadi

= -50,11 kJ/mol

pemecahan atom H pada H2O yang
kemudian berikatan dengan molekul
propilen oksida membentuk molekul
propilen glikol.
(Kirk dan Othmer, 1992)

= -50.110 J/kmol
Konstanta kesetimbangan pada saat
Treff = 298 K

ΔGof = -RT LnK
Keterangan :
ΔGof

=

Energi

bebas

Gibbs

standar (kJ/kmol)
K298K

= Konstanta kesetimbangan
(

)

(

= 271.412.256,20

)

Karena harga K yang sangat besar,

= 607.263.583

maka reaksi produksi propilen glikol

Nilai konstanta kesetimbangan reaksi

merupakan

pada temperatur 32⁰C :

(irreversible).

Harga

ΔHof

masing

-

reaksi

masing

komponen pada temperatur 298 K

3.3.

adalah sebagai berikut :

3.3.1. Mixer (M)

Tabel 2.2. Harga ΔHof

searah

masing-

masing komponen.

Spesifikasi Alat

Nama

:M

Fungsi

: Mencampur air, propilen,

Komponen

ΔHof 298K (kJ/mol)

oksida, metanol dan recycle

C3H6O

-92,76

dari dekanter sebelum

H2O

-241,8

direaksikan di reaktor.

C3H8O2

-421,5

Operasi:

: Kontinyu

Jumlah

: 1 buah

Suhu

: 32°C

= -421,5 kJ/mol – (-92,76

Tekanan

: 1 atm

kJ/mol +(-241,8 kJ/mol))

Diameter

: 4,54 m

= -86,94 kJ/mol

Tinggi

: 6,28 m

= 86.940 J/kmol

Volume

: 73,90 m3

Harga ΔHoR menunjukkan harga

Jenis

: Silinder tegak berpengaduk

negatif sehingga reaksi merupakan

Jenis Head

: Torispherical head

reaksi eksotermis. Untuk nilai K pada

Bahan konstruksi

: Carbon steel

temperatur operasi (T=32oC), adalah

Pengaduk

(Yaws,1999)
ΔHoR = ∑ΔHof (produk) - ∑ΔHof (reaktan)

(

)

Jenis

: Turbin dengan 6 blade disk standar

Kecepatan

: 48 rpm

Diameter Pengaduk : 1,51 m
= 0,45
K305

)

(

(

= 0,45

K298 K

= 0,45

607.263.583

)

Motor

: Fixed-speed belt

Power motor

: 20 hp

Utilitas

: Pengaduk mixer
Menggunakan power dari utilitas

3.3.3. Menara Destilasi 1 (MD-01)

3.3.2. Reaktor 1 (R-01)
Nama

: R-01

Spesifikasi alat

Fungsi

: Untuk mereaksikan antara
Nama
propilen

: MD-01

oksida dan air

: Memisahkan asam

Fungsi

dengan katalis asam

sulfat untuk digunakan

sulfat hingga

lagi. Asam sulfat yang

konversinya 99%

direcycle sebesar 98%.

Operasi:

: Kontinyu

Operasi

: Kontinyu

Jumlah

: 1 buah

Jumlah

: 1 buah

Suhu

: 32°C

Jenis

: Plate Sieve Tray

Tekanan

: 1 atm

Bahan

: Stainless steel SA-167 (tipe 304)

Diameter

: 4,27 m

Kondisi Operasi

Tinggi

: 6,02 m

Kolom Distilasi Atas :

Volume

: 61,70 m3

Tekanan

: 1 atm

Jenis

: Reaktor Alir

Suhu

: 96,96°C

Tangki Berpengaduk

Kolom Distilasi Bawah:

: Torispherical

Tekanan

: 1,2 atm

dishead head

Suhu

: 154,10°C

: Stainlees stell

Tebal head

: 3/16 in

Tebal shell

: 3/16 in

Jenis Head

Bahan reaktor
Pengaduk
Jenis pengaduk

: Turbin 6 blade disk standart
Tinggi head

: 0,44 m

Kecepatan

: 30 rpm

Diameter

: 2,13 m

Diameter

: 1,42 m

Tinggi menara

: 6,19 m

Motor

: Fixed-speed belt

Utilitas

: Steam suhu 220°C

Power motor

: 25 Hp

3.3.4. Netralizer (N)

Pendingin

Spesifikasi alat

Jenis

: Koil ( helix)

Nama

:N

Medium

: Chiled Water 5°C

Fungsi

: Menetralkan asam sulfat sisa dari

Luas selubung

: 57,30 m

Tebal koil

: 0,25 in

2

MD-01 dengan penambahan NaOH.
Operasi:

: Kontinyu

Jumlah

: 1 buah

3.3.5. Rotary Drum Vacum Filter

Suhu

: 32°C

(RDF)

Tekanan

: 1 atm

Spesifikasi alat

Diameter

: 2,47 m

Nama

: RDF

Tinggi

: 3,61 m

Fungsi

:Memisahkan sodium

Volume

: 11,98 m3

sulfat hasil reaksi

Jenis

: Tangki tegak

dari netralizer dari

berpengaduk

filtratnya dengan cara

: Torispherical

penambah air pencuci.

Jenis Head

dished head

Bahan

Operasi:

: Stainless steel SA-167 (tipe
Jumlah
304)

Pengaduk

: Kontinyu
: 1 buah

Jenis

: Drum

: Turbin,

Bahan

: Carbon Steel

6 blade disk standar

Volume

: 58,83 m3

Kecepatan

: 90 rpm

Pajang

: 0,51 m

Diameter

: 0,82 m

Diameter

: 1,03 m

Motor

: Fixed-speed belt

Luas filter

: 1,32 m2

Power motor

: 125 Hp

Tekanan

: 1 atm

Power motor

: 30 hp

Jenis

Pendingin
Jenis

: Jaket

Kecepatan

: 0,2 rpm

Tebal jaket

: 0,006 m

Motor

: Fixed speed belt

Diameter

: 2,48 m

Utilitas

: Power motor dari

Tinggi

: 2,45 m

Medium

: Chiled Water 5oC

Utilitas

: Pengaduk

utilitas

3.3.6. Dekanter (D)

netralizer

Spesifikasi alat

menggunakan power

Nama

:D

dari utilitas

Fungsi

:Memisahkan propilen oksidametanol dari propilen glikol-air
untuk dikembalikan ke mixer sebagai
umpan recycle.

Operasi:

: Kontinyu

Jumlah

: 1 buah

Jenis

:Continous Gravity

terhadap

Dekanter Silinder

reaktor yang digunakan sebanyak 1

Horizontal

buah. Dalam reaktor

Bahan

:Carbon Steel

konversi yang dihasilkan sebesar

Volume

: 9,19 m3

99%.

Pajang

: 5,41m

Diameter

: 1,67 m

untuk

Tekanan

: 1 atm

propilen oksida dengan air didalam

Temperatur

: 32oC

reaktor R-01 yang bereaksi dalam

2. Tahap reaksi
Dengan menggunakan optimasi
jumlah

Reaksi

reaktor,

hidrasi

mereaksikan

maka

R-01

dimaksudkan
bahan

baku

kondisi operasi 32⁰C dan tekanan 1
3.4.Diagram Alir Proses

atm.

1. Tahap persiapan bahan baku

ditambahkan katalis asam sulfat.

Pada

tahap

ini

dilakukan

Di

Reaksi

dalam

berlangsung

R-01

juga

eksotermis,

pencampuran di dalam mixer dengan

sehingga reaktor perlu diberi jaket

bahan baku yang terdiri dari propilen

pendingin untuk menjaga temperatur

oksida, air dan metanol. Suhu operasi

operasi agar stabil.

mixer 32⁰C dengan tekanan 1 atm.

Bahan baku air proses diperoleh dari
utilitas

sedangkan

baku

Campuran produk di reaktor R-

propilen oksida disimpan dalam

01 kemudian diumpankan menuju

kondisi

kemurnian

MD-01 untuk mengambil katalis

99,95% dan disimpan dalam tangki

asam sulfat agar bisa digunakan lagi.

dengan

Dari MD-01 diumpankan menuju

cair

bahan

3. Tahap netralisasi

dengan

temperatur

penyimpanan
1

atm.

netralizer untuk menetralkan produk

mixer

juga

yang masih mengandung sedikit

melibatkan arus recycle dari hasil

asam sulfat. Didalam netralizer asam

atas dekanter. Hasil dari mixer

sulfat

kemudian dialirkan kedalam Reaktor

menambahkan NaOH yang dialirkan

Alir Tangki Berpengaduk (R-01).

dari unit utilitas.

32⁰C

dan

Pencampuran

tekanan
di

dinetralkan

dengan

akan semakin rendah. Nilai ROI akan

4. Tahap pemurnian produk
Dalam tahap ini ditujukan untuk

semakin tinggi seiring penurunan

memurnikan produk yang masih

nilai BEP. Batas minimum POT yang

bercampur dengan propilen oksida

diizinkan (maksimal 2 tahun) yaitu

dan metanol. Produk dari netralizer

1,7 tahun dan nilai DCF (Discounted

dimasukkan kedalam Rotary Drum

Cash Flow) adalah 49,88%. DCF

Vacum Filter untuk mengendapkan

yang dapat diterima harus lebih besar

natrium

dari

sulfat

yang

terbentuk,

bunga

pinjaman

di

bank.

kemudian hasil dari Rotary Drum

Besarnya DCF untuk pabrik beresiko

Vacum Filter yang berupa cairan

rendah minimal 1,5 kali besarnya

dimasukkan ke dalam dekanter untuk

bunga bank. Untuk perancangan

memisahkan propilen oksida-metanol

pabrik propilen glikol ini bunga bank

dan propilen glikol-air. Produk atas

diperkirakan sebesar 49%.

(propilen oksida-metanol di-recycle
kembali ke mixer dan produk bawah

3000

(propilen glikol-air) diumpankan ke
2500

untuk

memperoleh
Rp, Rupiah

MD-02

kemurnian 99%.

HASIL PENELITIAN
Berdasarkan analisa ekonomi,
pabrik

propilen

glikol

tergolong

pabrik dengan resiko yang cukup
rendah. BEP adalah 52,75% dan SDP
(Shut Down Point) adalah 40,18%.

BEP

untuk

pabrik

kimia

pada

umumnya berkisar antara 40%-60%.
Nilai BEP dipengaruhi oleh harga
jual produk yang relatif tinggi dari
bahan baku, sehingga jika selisihnya
semakin besar maka nilai BEP juga

2000
1500
1000
500
0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
% Kapasitas Produksi

Indonesia ,

KESIMPULAN
Berdasarkan
ekonomi

hasil

diperoleh

www.bps.go.id,

analisa

(Return

diakses

Jum’at, 25 Mei 2014, pukul

kesimpulan

19:15 WIB

sebagai berikut:
1. ROI

http:

On

Investment)

sesudah pajak adalah 46,51%.
2. POT (Pay Out Time) sesudah

Brown,

G.

G.,

1978,

Unit

Operations, John Wiley and
sons, Inc, New York.

pajak adalah 1,7 tahun
3. BEP (Break Event Point) adalah

Brownell, L. E., and Young, E. H.
1979, Process Equipment

52,75%.
4. SDP (Shut Down Point) adalah

Design,

Wiley

Easthern

Limited, New Delhi.

40,18%.
5. DCF (Discounted Cash Flow)

Chan, Arthur., and Seider, Warren

adalah 49,88%.

D.,

jadi, pabrik propilen glikol dari

Manufacture of Propylene

propilen

oksida

dan

air

dengan

Glycol,

2004,

Batch

Department

of

kapasitas 60.000 ton/tahun LAYAK

Chemical and Biomolecular

untuk dipertimbangkan pendiriannya

Engineering University of
Pennsylvania, Pennsylvania.

DAFTAR PUSTAKA
Aries, R.S., Newton, RD., 1955,

Coulson, J. M. and Richardson, J. F.,
1983,

Chemical

Chemical Engineering Cost

Engineering,

Estimation, Mc.Graw Hill

Volume 6, Pergason Press,

Book Company Inc, New

Oxford.

York, Toronto, London.
Badan Pusat Statistik, 2014, Statistik
Perdagangan Luar Negeri

1st

edition,