PABRIK ACETALDEHYDE DARI ETHYL ALCOHOL DENGAN VEBA – CHEMIE PROCESS PRA RENCANA PABRIK
PABRIK ACETALDEHYDE
DARI ETHYL ALCOHOL
DENGAN VEBA – CHEMIE PROCESS
PRA RENCANA PABRIK
Oleh :
SIGIT ADE PAMUNGKAS
053101 0082
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN”
JAWA TIMUR
2009
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan rasa syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa dan dengan segala rahmat serta karuniaNya sehingga penyusun telah dapat menyelesaikan Tugas Akhir “Pra Rencana Pabrik Acetaldehyde Dari Ethyl
Alcohol Dengan Veba-Chemi Process”, dimana Tugas Akhir ini merupakan tugas yang diberikan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan program pendidikan kesarjanaan di Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Pembangunan Nasional Surabaya.
Tugas Akhir “Pra Rencana Pabrik Acetaldehyde Dari Ethyl Alcohol
Dengan Veba-Chemi Process” ini disusun berdasarkan pada beberapa sumber yang berasal dari beberapa literatur , data-data , majalah kimia, dan internet.
Pada kesempatan ini kami mengucapkan terima kasih atas segala bantuan baik berupa saran, sarana maupun prasarana sampai tersusunnya Tugas Akhir ini kepada :
1. Bapak Ir. Bambang Wahyudi, MT Selaku Dekan FTI UPN “Veteran” Jawa Timur
2. Ibu Ir. Retno Dewati, MT Selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia, FTI,UPN “Veteran” Jawa Timur.
3. Ibu Ir. Tjatoer Welasih, MT selaku dosen pembimbing.
4. Dosen Jurusan Teknik Kimia , FTI , UPN “Veteran” Jawa Timur.
5. Seluruh Civitas Akademik Jurusan Teknik Kimia , FTI , UPN “Veteran” Jawa Timur.
6. Kedua orangtua kami yang selalu mendoakan kami.
7. Semua pihak yang telah membantu , memberikan bantuan, saran serta dorongan dalam penyelesaian tugas akhir ini.
Kami menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, karena itu segala kritik dan saran yang membangun kami harapkan dalam sempurnanya tugas akhir ini.
Sebagai akhir kata, penyusun mengharapkan semoga Tugas Akhir yang telah disusun ini dapat bermanfaat bagi kita semua khususnya bagi mahasiswa Fakultas Teknologi Industri jurusan Teknik Kimia.
Surabaya , Oktober 2009 Penyusun,
INTISARI
Perencanaan pabrik acetaldehyde ini diharapkan dapat berproduksi dengan kapasitas 120.000 ton acetaldehyde/tahun dalam bentuk liquid. Pabrik beroperasi secara continuous selama 330 hari dalam setahun.
Acetaldehyde mempunyai kegunaan utama sebagai bahan baku utama pada industri kimia organik seperti pada industri sintesa acetic acid, n-butyl alcohol, ethyl acetate dan beberapa industri kimia lainnya. Secara singkat, uraian proses dari pabrik acetaldehyde sebagai berikut :
Pertama-tama ethyl alcohol diuapkan kemudian dioksidasi pada reaktor menghasilkan acetaldehyde. Acetaldehyde kemudian diserap pada kolom absorber dan kemudian dimurnikan dengan kolom distilasi sebagai produk akhir.
Pendirian pabrik berlokasi di Manyar, Gresik dengan ketentuan : Bentuk Perusahaan : Perseroan Terbatas Sistem Organisasi : Garis dan Staff Jumlah Karyawan : 186 orang Sistem Operasi : Continuous Waktu Operasi : 330 hari/tahun ; 24 jam/hari
Analisa Ekonomi :
- Massa Konstruksi : 2 Tahun * Umur Pabrik : 10 Tahun * Fixed Capital Investment (FCI) : Rp. 38.713.136.000
- Working Capital Investment (WCI) : Rp. 80.322.827.000
- Total Capital Investment (TCI) : Rp. 119.035.963.000
- Biaya Bahan Baku (1 tahun) : Rp. 834.801.308.000
- Biaya Utilitas (1 tahun) : Rp. 7.050.688.000
- Steam = 996.096 lb/hari
- Air pendingin = 1.578 M
3
/hari
- Listrik = 15.168 kWh/hari
- Bahan Bakar = 2.736 liter/hari
- Biaya Produksi Total (Total Production Cost) : Rp. 963.873.928.000
- Hasil Penjualan Produk (Sale Income) : Rp. 983.787.090.000
- Bunga Bank (Kredit Investasi Bank Mandiri) : 19%
- Internal Rate of Return : 21,69%
- Rate On Investment : 21,44%
- Rate On Equity : 30,86%
- Pay Out Periode : 4,1 Tahun * Break Even Point (BEP) : 34,6%
DAFTAR TABEL
Tabel VII.1. Instrumentasi pada Pabrik …………………………... VII - 5 Tabel VII.2. Jenis Dan Jumlah Fire – Extinguisher ………………. VII - 7 Tabel VIII.2.1. Baku mutu air baku harian ……………….…………
VIII-7 Tabel VIII.2.3. Karakteristik Air boiler dan Air pendingin …………
VIII-9 Tabel VIII.4.1. Kebutuhan Listrik Untuk Peralatan Proses Dan Utilitas ……………….……………….……………….……
VIII-60 Tabel VIII.4.2. Kebutuhan Listrik Untuk Penerangan Ruang Pabrik Dan Daerah Proses ……………….……………….
VIII-62 Tabel IX.1. Pembagian Luas Pabrik ……………….……………
IX - 8 Tabel X.1. Jadwal Kerja Karyawan Proses ……………….…… X - 11 Tabel X.2. Perincian Jumlah Tenaga Kerja ……………….…… X - 13 Tabel XI.4.A. Hubungan kapasitas produksi dan biaya produksi …
XI - 8 Tabel XI.4.B. Hubungan antara tahun konstruksi dengan modal sendiri ……………….……………….……………….……
XI - 9 Tabel XI.4.C. Hubungan antara tahun konstruksi dengan modal pinjaman ……………….……………….……………….………
XI - 9 Tabel XI.4.D. Tabel Cash Flow ……………….……………….…… XI - 10 Tabel XI.4.E. Pay Out Periode ……………….……………….……
XI - 14 Tabel XI.4.F. Perhitungan discounted cash flow rate of return ……
XI - 15
DAFTAR GAMBAR
Gambar IX.1 Lay Out Pabrik ……………….……………….………… IX - 9 Gambar IX.2 Peta Lokasi Pabrik ……………….……………….……… IX - 10 Gambar IX.3 Lay Out Peralatan Pabrik ……………….………………. IX - 11 Gambar X.1 Struktur Organisasi Perusahaan ……………….………… X - 14 Gambar XI.1 Grafik BEP ……………….……………….……………
XI - 17
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ……………….……………….………………. i KATA PENGANTAR ……………….……………….………………. ii
INTISARI ……………….……………….……………….…………… iv DAFTAR TABEL ……………….……………….……………….…… vi DAFTAR GAMBAR ……………….……………….………………… vii DAFTAR ISI ……………….……………….……………….………… viii
BAB I PENDAHULUAN ……………….……………….……… I – 1 BAB II SELEKSI DAN URAIAN PROSES ……………….…… II – 1 BAB III NERACA MASSA ……………….……………….…… III – 1 BAB IV NERACA PANAS ……………….……………….……… IV – 1 BAB V SPESIFIKASI ALAT ……………….………………….. V – 1 BAB VI PERENCANAAN ALAT UTAMA ……………………. VI – 1 BAB VII INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA …. VII – 1 BAB VIII UTILITAS ……………….……………….……………… VIII – 1 BAB IX LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ……………….. IX – 1 BAB X ORGANISASI PERUSAHAAN ……………….………… X – 1 BAB XI ANALISA EKONOMI ……………….……………….… XI – 1 BAB XII PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN ……………….. XII – 1 DAFTAR PUSTAKA
LEMBAR PENGESAHAN
PABRIK ACETALDEHYDE
DARI ETHYL ALCOHOL
DENGAN VEBA – CHEMIE PROCESS
Oleh :
SIGIT ADE PAMUNGKAS
053101 0082
Disetujui untuk diajukan dalam ujian lisan
Dosen Pembimbing
Ir. TJATOER WELASIH , MT
BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Acetaldehyde atau disebut juga dengan ethanal atau acetic aldehyde adalah
suatu senyawa kimia organik dengan rumus CH
3 CHO sehingga sering disingkat
menjadi “MeCHO = Methyl-CHO”, merupakan bahan kimia yang mudah terbakar. Acetaldehyde banyak terdapat dialam, seperti didalam buah-buahan, kopi, daging dan diproduksi secara alami oleh tumbuhan untuk proses metabolisme.
Acetaldehyde mempunyai kegunaan utama sebagai bahan baku utama pada
industri kimia organik seperti pada industri sintesa acetic acid, n-butyl alcohol,
ethyl acetate dan beberapa industri kimia lainnya. Kegunaan lainnya dapat
dijumpai pada industri pembuatan resin, karet, pelarut, dan industri pengawet makanan dan minuman.
Industri acetaldehyde di Indonesia mempunyai perkembangan yang stabil, hal ini dapat dilihat dengan berkembangnya industri kimia alkohol, resin, karet, makanan terutama kebutuhan bahan pengawet makanan di Indonesia. Pendirian pabrik acetaldehyde di Indonesia mempunyai peluang investasi yang menjanjikan dan mempunyai profitabilitas yang tinggi.
I - 1
I.2. Manfaat
Manfaat lebih lanjut dengan didirikannya pabrik ini diharapkan dapat mengurangi impor acetaldehyde, sehingga Indonesia tidak mengimpor
acetaldehyde . Dengan demikian dapat mendorong pertumbuhan industri-industri
kimia, menciptakan lapangan pekerjaan, mengurangi pengangguran dan yang terakhir diharapkan dapat menumbuhkan serta memperkuat perekonomian di Indonesia. Kebutuhan acetaldehyde di Indonesia dipenuhi oleh beberapa negara pengimpor. Sampai saat ini Indonesia masih membutuhkan acetaldehyde dari negara-negara penghasil acetaldehyde.
I.3. Aspek Ekonomi Acetaldehyde sangat penting dalam industri kimia sintesa senyawa kimia
dan industri pengawet makanan dan minuman. Data kebutuhan dari Departemen Perindustrian dan Perdagangan tahun 2004-2008 terlihat pada table I.1, sehingga kebutuhan pada tahun 2012 dapat ditentukan dengan metode regresi linier sehingga penentuan prediksi kapasitas produksi dapat direncanakan. Tabel I.1. Data impor acetaldehyde
Kebutuhan Tahun (ton/th)
2004 110.850 2005 109.200 2006 112.260 2007 112.300 2008 115.100
Sumber : Depperindag
Dengan menggunakan Metode Regresi linier, dengan persamaan : y = a + bx Dengan : a = y (rata-rata harga y)
x y x y i i n b = (n = jumlah data) 2 2 x
x n (Peters & Timmerhaus : 760)
Berdasarkan data kebutuhan pada tahun 2008, maka untuk kapasitas pabrik terpasang digunakan : Kapasitas produksi terpasang = 120.000 ton/th Kapasitas produksi harian = 120.000 ton/th / 330 hari/th
364 ton/hari Dengan demikian, maka penting sekali adanya perencanaan pendirian pabrik acetaldehyde di Indonesia. Hal ini membantu industri-industri dalam negeri seperti industri sintesa bahan kimia, pengawet makanan, tekstil, pewarna, dalam penyediaan bahan baku dan bila memungkinkan untuk komoditi ekspor untuk meningkatkan devisa negara.
I.4. Sifat Bahan Baku dan Produk Bahan Baku : ed
I.4.A. Ethyl alcohol (Chemicalland21, Wikipedia, Perry 7 )
Nama Lain : Ethanol, Hydroxyethane Rumus Molekul : C
2 H
5 OH (komponen utama)
Rumus Bangun : Berat Molekul :
46 Warna : tidak berwarna Bau : berbau khas alkohol Bentuk : liquid
Specific gravity : 0,789
Melting point : -112 C (1 atm)
Boiling point : 78,4 atm)
C (1
Solubility , Water : ~ Solubility , Alcohol : larut Komposisi ethanol : (alibaba.com) Komponen % Berat
C H OH 99,50%
6
5 H
2 O 0,50%
100,00% ed
I.4.B. Oxygen (dalam udara) (Chemicalland21, Wikipedia, Perry 7 )
Nama Lain : Oksigen Rumus Molekul : O (komponen utama)
2 Rumus Bangun : O – O
Berat Molekul :
32 Warna : tidak berwarna Bau : tidak berbau Bentuk : gas
Specific gravity : 1,000 (gas)
: -218,4 atm)
Melting point C (1
Boiling point : -183 C (1 atm)
Solubility, Cold Water : 4,89 kg/100 kg H O (H O = 0 C)2
2 Solubility, Hot Water : 1,70 kg/100 kg H
2 O (H
2 O = 100 C) Solubility , Alcohol : larut
Komposisi udara kering : Komponen % Berat
O
2 21,00%
N
2 79,00%
100,00%
Produk : ed
I.4.C. Acetaldehyde (Chemicalland21, Wikipedia, Perry 7 )
Nama Lain : Ethanal, Acetic aldehyde Rumus Molekul : CH
3 CHO (komponen utama)
Rumus Bangun : Berat Molekul :
44 Warna : tidak berwarna Bau : tidak berbau Bentuk : liquid
Specific gravity : 0,783 Melting point : -123,5 C Boiling point : 20,2
C
Solubility , Water : ~ Solubility , Alcohol : ~ Komposisi Acetaldehyde : (chemicalland21.com)
Kadar Acetaldehyde = minimal 99,7%
BAB II SELEKSI DAN URAIAN PROSES II.1. Macam Proses Secara umum terdapat dua proses pembuatan acetaldehyde yaitu : oksidasi
dan dehydrogenasi. Untuk proses oksidasi terdapat beberapa cara tergantung pada bahan baku sedangkan untuk proses dehydrogenasi hanya menggunakan bahan baku ethyl alcohol. Secara ringkas macam pembuatan acetaldehyde adalah :
II.1.1. Proses Oksidasi
II.1.1.A. Oksidasi Ethylene
II.1.1.B. Oksidasi Ethyl Alcohol Silver-Gauze Process
II.1.1.C. Oksidasi Ethyl Alcohol Veba-Chemie Process
II.1.2. Proses Dehydrogenasi
II.1.1.A. Oksidasi Ethylene
Pada proses ini bahan baku yang digunakan adalah gas ethylene dengan kemurnian minimum 99,7% serta oxygen dengan kemurnian minimum 99%.
Campuran gas ethylene dan gas oxygen diumpankan pada reaktor vertikal yang
II - 1 berisi katalis larutan cupric chloride (CuCl
2 ) dan palladium chloride (PdCl 2 ).
Reaktor dijaga kondisi operasinya pada tekanan 100 psi (6,8 atm), dengan suhu 125 C-130C. Reaksi yang terjadi : CuCl ; PdCl 2 2 C
2 H 4(g) + ½ O 2(g) CH
3 CHO (g)
Produk atas reaktor berupa campuran acetaldehyde dan impuritis kemudian diumpankan ke kolom absorber untuk proses penyerapan uap acetaldehyde dengan air proses. Acetaldehyde yang terserap kemudian diumpankan ke kolom ke-2 untuk proses penguapan acetaldehyde dan memisahkan air dalam larutan acetaldehyde. Acetaldehyde kemudian diumpankan pada kolom terakhir untuk proses pemisahan limbah gas dan siap dikemas sebagai produk akhir. Yields untuk proses ini berkisar antara 95%.
II.1.1.B. Oksidasi Ethyl Alcohol Silver-Gauze Process
Pada proses ini bahan baku yang digunakan adalah ethyl alcohol dan udara. Pertama-tama ethyl alcohol diuapkan dan kemudian dicampur dengan udara untuk diumpankan ke reaktor yang berisi katalis silver-gauze. Reaktor dijaga kondisi operasinya pada tekanan 1 atm dengan suhu 375 C-550C. Reaksi yang terjadi : Ag
C
2 H
5 OH (g) + ½ O 2(g) CH
3 CHO (g) + H
2 O (g)
Produk reaktor berupa campuran acetaldehyde dan impuritis kemudian diumpankan ke kolom scrubber-1 untuk proses penyerapan uap acetaldehyde dengan ethyl alcohol encer (50%). Uap Acetaldehyde yang tidak terserap kemudian diserap dengan air proses pada kolom scrubber-2. Acetaldehyde yang terserap kemudian diumpankan ke kolom ke-1 untuk proses pemisahan acetaldehyde dan ethyl alcohol, dimana acetaldehyde dikondensasi dan siap untuk dikemas sebagai produk ahir, sedangkan ethyl alcohol dimurnikan sampai 95% pada kolom ke-2. Yields untuk proses ini berkisar antara 85-95%.
II.1.1.C. Oksidasi Ethyl Alcohol Veba-Chemie Process
Pada proses ini bahan baku yang digunakan adalah ethyl alcohol dan udara. Pertama-tama ethyl alcohol diuapkan dan kemudian dicampur dengan udara panas untuk diumpankan ke reaktor yang berisi katalis silver. Reaktor dijaga kondisi operasinya pada tekanan 1 atm dengan suhu 500 C-650C. Reaksi yang terjadi : Ag
C
2 H
5 OH (g) + ½ O 2(g) CH
3 CHO (g) + H
2 O (g)
Produk reaktor berupa campuran acetaldehyde dan impuritis didinginkan secara mendadak (quenching) pada cooler untuk kemudian diumpankan pada kolom scrubber. Pada kolom scrubber terjadi proses penyerapan acetaldehyde dengan air proses, dimana acetaldehyde yang terserap kemudian dimurnikan pada kolom distilasi, sedangkan campuran gas yang tidak terserap dibuang ke pengolahan limbah gas. Pada pemurnian acetaldehyde, produk bawah kolom berupa ethyl alcohol direcycle kembali ke reaktor, sedangkan produk atas kolom berupa acetaldehyde dikondensasi dan siap dikemas sebagai produk akhir. Yields untuk proses ini berkisar antara 97-99%.
II.1.2. Proses Dehydrogenasi
Pada proses ini bahan baku yang digunakan adalah ethyl alcohol dan udara. Pertama-tama ethyl alcohol diuapkan dan kemudian dicampur dengan udara untuk diumpankan ke reaktor yang berisi katalis chromium-copper. Reaktor dijaga kondisi operasinya pada tekanan 1 atm dengan suhu 375 C-550C. Reaksi Cr , Cu yang terjadi : C
2 H
5 OH (g) CH
3 CHO (g) + H 2(g)
Produk reaktor berupa campuran acetaldehyde dan impuritis kemudian diumpankan ke kolom scrubber-1 untuk proses penyerapan uap acetaldehyde dengan ethyl alcohol encer (50%). Uap Acetaldehyde yang tidak terserap kemudian diserap dengan air proses pada kolom scrubber-2. Acetaldehyde yang terserap kemudian diumpankan ke kolom ke-1 untuk proses pemisahan acetaldehyde dan ethyl alcohol, dimana acetaldehyde dikondensasi dan siap untuk dikemas sebagai produk ahir, sedangkan ethyl alcohol dimurnikan sampai 95% pada kolom ke-2. Yields untuk proses ini berkisar antara 85-95%.
II.2. Seleksi Proses Macam Proses Parameter Oksidasi Oksidasi Oksidasi Dehydrogenasi Ethylene Silver-Gauze Veba-Chemie
Bahan Baku Ethylene Ethyl Alcohol Ethyl Alcohol Ethyl Alcohol Pereaksi Oxygen Udara Udara Udara Katalis CuCl
2 ,PdCl
2 Silver-gauze Silver Cr,Cu o o o o
Suhu Operasi 125-130 C 375-550 C 500-650 C 375-550 C Tekanan operasi 6,8 atm 1 atm 1 atm 1 atm Waktu proses kontinyu kontinyu kontinyu kontinyu Instalasi Peralatan Kompleks Kompleks Sederhana Kompleks Yields produk 95% 85-95% 97-99% 85-95%
Dari uraian cara pembuatan acetaldehyde yang telah dijelaskan di atas, maka proses yang paling efisien adalah pembuatan acetaldehyde dengan Veba- Chemie process. Keuntungan dari proses ini adalah : 1.
Bahan lebih mudah didapat dan harganya murah.
2. Proses oksidasi hanya menggunakan udara bukan oxygen murni.
3. Katalis yang digunakan lebih sedikit dan ekonomis.
4. Tekanan operasi lebih rendah, sehingga biaya instalasi lebih ekonomis.
5. Yields dan kemurnian produk yang diperoleh lebih tinggi.
6. Investasi lebih ekonomis, dengan menggunakan instalasi sederhana.
II.3. Uraian Proses
Pada pra rencana pabrik ini, dapat dibagi menjadi 3 Unit pabrik, dengan pembagian unit sebagai berikut :
1. Unit Pengendalian Bahan Baku Kode Unit : 100
2. Unit Proses Kode Unit : 200
3. Unit Pengendalian Produk Kode Unit : 300 Adapun uraian proses pembuatan acetaldehyde dengan Veba-Chemie Process adalah sebagai berikut :
Pertama-tama ethyl alcohol dengan kadar 99,5% dari supplier ditampung pada tangki F-110, kemudian dipompa menuju ke vaporizer V-112 untuk proses penguapan dan pemanasan awal dengan suhu operasi 300 C. Uap ethyl alcohol kemudian dicampur dengan udara dari blower G-120 yang sudah dipanaskan pada heater E-121 sampai suhu 300 C. Campuran uap ethyl alcohol dan udara panas kemudian diumpankan pada bagian atas reaktor R-210.
Pada reaktor R-210 terjadi reaksi oksidasi ethyl alcohol menjadi acetaldehyde dengan bantuan katalis silver. Reaksi dijaga dengan kondisi operasi tekanan 1 atm dan suhu 500 C. Reaksi yang terjadi : Ag
C
2 H
5 OH (g) + ½ O 2(g) CH
3 CHO (g) + H
2 O (g) ed
Yields reaksi = 97% (Ullmann’s 6 : 7) Produk reaksi berupa campuran acetaldehyde dan gas sisa reaksi kemudian didinginkan pada sub-cooler E-220 sampai dengan suhu 130 C. Campuran kemudian diumpankan pada kolom absorber D-230 untuk proses penyerapan acetaldehyde dan ethyl alcohol dengan bantuan air proses dari utilitas. Produk atas kolom absorber berupa limbah gas kemudian dibuang ke pengolahan limbah, sedangkan produk bawah berupa larutan acetaldehyde, ethyl alcohol, dan air ditampung pada tangki kondensat F-232. Larutan kemudian dipompa menuju ke kolom distilasi-1 D-240 yang sebelumnya dipanaskan pada heater E-234 sampai mencapai suhu boiling point feed.
Pada kolom distilasi-1 D-240 terjadi proses pemisahan antara acetaldehyde, ethyl alcohol, dan air berdasarkan titik didih. Produk bawah berupa larutan ethyl alcohol dan air kemudian dimurnikan pada kolom distilasi-2 D-250 sampai dengan kadar 99,5% untuk kemudian direcycle kembali reaktor R-210.
Sedangkan produk atas berupa acetaldehyde dengan kadar minimal 99,7% kemudian ditampung pada tangki F-310 pada tekanan 2 atm dengan suhu kamar (32 C) dan siap dikemas sebagai produk akhir.