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,
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,