NASKAH PUBLIKASI Prarancangan Pabrik Maleic Anhydride Dari Lpg Dan Udara Kapasitas 35.000 Ton/Tahun.

NASKAH PUBLIKASI

PRARANCANGAN PABRIK MALEIC ANHYDRIDE
DARI N-BUTANA DAN UDARA
KAPASITAS 35.000 TON/TAHUN

Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Meraih Gelar Sarjana Teknik
Strata 1 pada Prodi Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta

Oleh :
PRASINTA PRIMA
D 500 100 016

Dosen Pembimbing :
HERRY PURNAMA, PhD.
ROIS FATONI, PhD.

PRODI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SURAKARTA

2014

INTISARI

Pabrik maleic anhydride dengan bahan baku n-butana dan udara dengan
kapasitas 35.000 ton per tahun direncanakan beroperasi selama 330 hari per tahun.
Proses pembuatan maleic anhydride dengan cara oksidasi n-butana dimana
udaradan n-butana direaksikan pada suhu 390oC dan tekanan diatas atmosferis (2
atm) di dalam reaktor fixed bed multitube yang berisi katalis vanadium
phosphorus oxide (VPO), reaksi yang terjadi merupakan reaksi eksotermis dan
nonadiabatis. Hasil samping dari reaksi tersebut adalah karbonmonoksida dan
karbondioksida.
Kebutuhan n-butana untuk pabrik ini sebanyak 3.948,507 kg/jam Produk
yang dihasilkan berupa maleic anhydride sebanyak 4.392,590 kg/jam. Utilitas
pendukung proses meliputi penyediaan air sebesar 322.713,992 kg/jam yang
diperoleh dari air sungai Mahakam, penyediaan saturated steam sebesar 29.174
kg/jam yang diperoleh dari reboiler . Kebutuhan bahan bakar solar baik unuk
generator, reboiler dan furnace sebesar 1.838,97 kg/jam, kebutuhan udara tekan
sebesar 2.884 kg/jam, kebutuhan listrik diperoleh dari PLN dan generator sebesar
839,3 kW. Pabrik ini didirikan di kawasan Bontang, Kalimantan Timur dengan

luas tanah 13.956 m2 dan jumlah karyawan 116 orang.
Pabrik maleic anhydride ini menggunakan modal tetap sebesar Rp
334.271.960.087 dan modal kerja sebesar Rp. 217.488.964.383. Dari analisis
ekonomi terhadap pabrik ini menunjukkan keuntungan sebelum pajak Rp
149.279.511.098 per tahun setelah dipotong pajak 25 % keuntungan mencapai Rp
111.959.633.324. Percent return on investment (ROI) sebelum pajak 44,66% dan
setelah pajak 33,49%. Pay out time (POT) sebelum pajak 1,83 tahun dan setelah
pajak 2,3 tahun. Break even point (BEP) sebesar 40,16%, dan shut down point
(SDP) sebesar 27,64% dan discounted cash flow (DCF) terhitung sebesar 42,55%.
Dari data analisis kelayakan di atas disimpulkan, bahwa pabrik ini
menguntungkan dan layak untuk didirikan.

Kata kunci: maleic anhydride, proses oksidasi n-butana, reaktor fixed bed
multitube

PENDAHULUAN
dengan

1.1. Latar Belakang
Indonesia merupakan salah satu

katalis

Maleic

vanadium

oxide.

banyak

anhydride

negara berkembang, yang memiliki

dimanfaatkan untuk bahan pembuat

banyak potensi. Salah satunya adalah

fiber glass, alkyl resin, agricultur

potensi bahan alam yang tersedia

chemical,

melimpah di negara ini. Bila potensi

(Krick & Othmer, 1978).

plastik

dan

lain-lain

ini diolah dengan baik tentunya dapat

Dari ketiga proses oksidasi yang

menjadi penyokong perekonomian.

ada, proses oksidasi butana paling

Tidak

bahwa

menguntungkan untuk digunakan.

perekonomian Indonesia dari waktu

Bahan baku ini dapat diperoleh dari

ke waktu mengalami perubahan yang

dalam negeri. Bahan baku n-butana

cukup

satu

dari PT. Badak NGL di Kalimantan

adalah

Timur. Dengan pertimbangan adanya

maleic

bahan

dapat

dipungkiri

signifikan.

pengolahan
industri

Salah

yang

tepat

kimia

anhydride.

yaitu

Dapat

dilihat

dari

baku

memadai

memungkinkan untuk

maka

mendirikan

kebutuhan ekspor maleic anhydride

pabrik maleic anhydride di Bontang

ke Indonesia dari tahun 2010-2012

Kalimantan Timur.

terus mengalami kenaikan, hal ini

1.2. Tujuan Penelitian

juga ditunjukkan oleh angka impor

Tujuan

yang terus meningkat di tahun

berikut:

tersebut(Data

1. Mengurangi

ekspor-impor

BPS,

2012). Dengan didirikannya pabrik

penelitian

sebagai

ketergantungan

impor maleic anhydride.

maleic anhydride diharapkan dapat

2. Melakukan diversifikasi produk

memenuhi kebutuhan dalam negeri

yang bernilai ekonomi tinggi yang

yang

nantinya dapat menambah devisa

semakin

meningkat

dan

memberikan lapangan kerja bagi
masyarakat Indonesia.
Maleic

anhydride

dapat

terbentuk dari oksidasi benzena,
oksidasi butana dan oksidasi butena

negara.

Indonesia

TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kapasitas

maleic

anhydride mengalami peningkatan

Rancangan

dalam tiga tahun terakhir terlihat

Produksi
Berdasarkan
perdagangan

kebutuhan

bik

data

statistik

dalam

maupun

pada Tabel 1 berikut:

Tabel 1 Data Ekspor Impor maleic anhydride Indonesia

No

Tuhun

Ekspor
(ton/tahun)

Impor
(ton/tahun)

1
2
3

2010
2011
2012

5.257,453
6.104,674
7.652,000

1.027,809
1.320,033
2.013,084

8000
y = 885.71x + 4358.9
R² = 0.9994

Kebutuhan (ton/tahun)

7000
6000
5000
4000

Impor
3000

Ekspor

y = 492.64x + 468.37
R² = 0.9477

2000
1000
0
0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Tahun ke-

Gambar 1. Grafik kebutuhan ekspor impor maleic anhydride

Dari data diatas diperoleh
bahwa

persamaan

garis

lurus

, diperkiran nilai
ekspor tahun dua ribu dua puluh
(2020) mencapai 14100,7 ton/tahun.
Sedangkan

,

untuk impor dapat mencapai 5886,9
ton/tahun. Sehingga pabrik maleic
anhyride

ton/tahun.

berkapasitas

35.000

2.2. Proses
Produksi
Maleic
Anhydride
Maleic anhydride diproses dari 3
cara yaitu
1. Reaksi oksidasi benzena
Proses
oksidasi
benzena

pada konversi 85%

menggunakan

katalis

sebagai

vanadium oxide

yang diletakkan

pembuatan maleic anhydride. Karena

dalam multitube dengan pendingin

reaksi yang terjadi merupakan reaksi

dari suatau larutan tang disirkulasi

analog dengan reaksi butena.

padat

(Krick &

Othmer, 1978).
3.

Reaksi oksidasi butena
Sedikit
pabrik

yang

menggunakan bahan baku butena
bahan

baku

dalam

melalui shell side dari reaktor.
DISKRIPSI PROSES

Recovery gas maleic anhydride yang

terbentuk

dicairkan

dengan

mengunakan

kondensasi

parsial,

sedangkan

gas

yang

belum

3.1 Tinjauan Termodinamika
Pembuatan

yang

untuk

irreversible.

sebagai

maleic

anhydride

merupakan reaksi oksidasi n-butana

terkondensasi dialirkan ke scrubber
dicuci

maleic

bersifat

eksotermis
Untuk

dan

mengetahui

anhydride dan proses selanjutnya

bagaimana

dilakukan proses pemurnian.

secara bolak-balik ataupun searah,

2.

dibutuhkan

Reaksi oksidasi butana
Maleic
anhydride

dengan

reaksi

berjalan

harga

baik

konstanta

kesetimbangnan reaksi (K). Reaksi:

oksidasi butana menggunakan katalis

C4H10 + 3,5 O2  C4H2O3 + 4 H2O

vanadium phophorus oxide (VPO)

Data

reaksi

komponen pada temperatur 298 K,

yang

berjalan

sangat

eksotermis.
Dalam

ΔHf

untuk

masing-masing

tekanan 1 atm adalah:
pembentukan

maleic

- n-C4H10

: -126,15 kJ/mol

anhydride dengan reaksi oksidasi

- H2O

: -241,80 kJ/mol

merupakan reaksi eksotermis. Panas

- O2

: 0 kJ/ mol

eksotemis reaksi yaitu 390-430 C.

- C4H2O3

: -398,30 kJ/mol

Reaksi

Sehingga ΔH 298 pada reaksi diatas

o

butan

menjadi

maleic

anhydride mencapai yeild maksimum

= ΔHfo produk - ΔHfo reaktan

= (ΔHfo C4H2O3 + 4 x ΔHfo H2O) –

katalis.

(ΔHf C4H2O3 + 3 ½ ΔHf O2)

dihasilkan produk samping berupa

= (-398,30 + 4 x (-241,80)) –

karbondioksida dan karbomonoksida.

(-126,15 + 3 x 0) kJ/mol

Persamaan

= -1365,5 – ( - 126,15) kJ/mol

pembentukan

= - 1239,35 kJ/mol

sebagai berikut :

o

o

Selain

reaksi bersifat eksotermis. Persamaan
(

ataupun

reversible

1 atm dan temperatur 298 K :
- n-C4H10

: -17,15 kJ/mol

- H2O

: -228,45 kJ/mol

- O2

: 0 kJ/ mol

- C4H2O3

: -355,60 kJ/mol

(

anhydride

)

)

(

irreversible. Data ΔGo pada tekanan

)

)

(
Dimana:

reaksi

maleic

(

Van’hoffuntuk mengetahui berjalan

utama,

kecepatan

ΔHo reaksi bernilai negatif sehingga

secara

produk

)

(

)

Sehingga ΔH 298 pada reaksi diatas

k1 : konstanta laju reaksi, kmol/

= ΔGfo produk - ΔGfo reaktan

(kg katalis s Pa) (k1 : 9,66.10-5 ; k2

= (ΔGfo C4H2O3 + 4 x ΔGfo H2O) –

: 1,72.10-5 ; k3 :

(ΔGfo C4H2O3 + 3 ½ ΔGfo O2)

r1

= (-355,60 + 4 x (-228,45)) –

s Pa)

2,21.10-5)

: laju reaksi, kmol/ (kg katalis

(-17,15 + 3 x 0) kJ/mol

kdiss : konstanta dissosiasi, Pa-1 (

= - 1251,71 kJ/mol

kdiss : 0,11.10-5 )
(Yaws, 1979)

ksorpt

: konstanta adsorpsi,

Pa-1 ( ksorpt : 0,42.10-5 )
3.2 Tinjauan Kinetika
Reaksi

pembentukan

maleic

anhydride dengan oksidasi butana

merupakan reaksi oksidasi katalitik
dengan

menggunakan

vanadium

phosphorous oxide (VPO) sebagai

(Schneider, Emig, & Hoffmann,
1987)

3.3

390oC

reaksi

Langkah Proses
Proses
pembuatan

maleic

tekanan

diatas

atmosferis (2 atm) didalam reaktor

anhydride dengan oksidasi butana

fixed

terbagi menjadi 3 tahap, yaitu:

vanadium phosphorous oxide (VPO).

1. Tahap penyiapan bahan baku

Konversi butana menjadi maleic

2. Tahap sintesa maleic anhydride

anhydride sebesar 85%, dengan yeild

3. Tahap pemurnian

50-60% dan selektivitasnya 65-75%.

Tahap pertama yaitu penyiapan
bahan baku, bahan baku yang berupa

bed

multitube

dan katalis

Reaksi:

C4H10 + 3,5 O2 C4H2O3 + 4 H2O

LPG butana yang disimpan dalam
tangki (T-01) dalam bentuk cair
dengan kondisi operasi 19,27

o

C

C4H10 + 6,5 O2 4 CO + 5 H2O

tekanan 2 atm, kemudian dipompa
(P-02) menuju vaporizer (VP-01)

C4H10 + 6,5 O2 4 CO2 + 5H2O

untuk merubah fasenya menjadi gas.
Udara yang merupakan sumber
oksigen (21%) dengan suhu 30oC
tekanan 1 atm. Udara yang diserap
dari

lingkungan

ini

dinaikan

tekanannya terlebih dahulu menjadi 2
atm

dengan

kompresor

(K-01).

Keluaran vaporizer yang berupa gas
butana akan di furnace (Fn-01)
bersama udara, untuk ditingkatkan
o

suhunya sebesar 390 C. Selanjutnya
masuk ke reaktor (R-01) untuk
proses

sintesa

menjadi

maleic

anhydride.

Tahap sintesa maleic anhydride
dengan mereaksikan n-butana dan
oksigen (O2) dengan kondisi operasi

(Krick & Othmer, 1978)
Reaksi yang berlangsung diatas
ialah reaksi eksotermis. Sehingga
dibutuhkan pendingin untuk menjaga
reaksi,

adapun

digunakan
Produk

pendingin

ialah

yang

yang

downtherm

dihasilkan

A.

reaktor

berupa campuran gas dengan suhu
376,603 oC dengan tekanan 1,76 atm.
Kemudian

produk

yang

telah

terbentuk dialirkan ke absoeber (AB01) untuk proses pemurnian.
Proses

pemurnian

anhydride melalui 3 alat,

maleic

yaitu

dengan absorber (AB-01), stripper 1
(S-01) kemudian stripper 2 (S-02).

Absorben

ini

memisahkan

bertujuan

untuk

anhydride dengan air dan sedikit

anhydride

dibuthyl

phlat

dengan oksigen, n-butana, i-butana,

stripper

1.

pentana

maleic

dan

bereaksi,

etana

serta

CO,

hasil

pemisahan

Diharapkan

produk

yang

tidak

stripper 2 (S-02) mengandung 99,5%

CO2

yang

maleic anhydride dan sedikit air.

merupakan produk samping sintesa

Sedangkan hasil atas absorber
(AB-01)

maleic anhydride.

Campuran gas yang keluar dari

yang

berisikan

hasil

samping dan sedikit produk serta

diturunkan

bahan yang tidak habis bereaksi

tekanannya menjadi 1,1 atm dengan

seperti n-butana, yang nantinya akan

expander (E-01) terlebih dahulu,

dibuang

kemudian didinginkan dengan cooler

karena jumlah n-butana yang tidak

(Co-01) untuk dialirkan ke absorber

habis bereaksi masih cukup banyak

(AB-01)

sehinnga perlu di recycle kembali

reaktor

(R-01)

melalui

bagian

bawah,

sedangkan penjerap yaitu dibuthyl
phalaet

dilewatkan melalui atas.

Keduanya

dikontakkan

secara

kelingkungan.

kedalam

reaktor

recycle

n-butana

pendinginan

pada

Namun

(R-01).

Proses

ini

dengan

chiller

dan

langsung, dimana campuran gas yang

dipisahkan dengan separator. Dimana

berisikan maleic anhydride akan

hasil bawah separator yang berupa

dijerap oleh dibuthyl phtalate keluar

cairan n-butana, i-butana, pentana

sebagai hasil bawah absorber (AB-

dan etana di recycle kemabli bersama

01). Selanjutkan dialirkan ke stripper

make-up bahan baku. Dan hasil atas

1 (S-01). Dalam stripper 1 (S-01)

akan dibuang kelingkungan.

dipisahkan antara maleic anhydride
dengan

penjerap.

Penjerap

yang

3.4 Spesifikasi Alat Utama Proses

keluar melalui bagian bawah akan di

Reaktor (R-01)

recycle kembali ke absorber (AB-01)

Fungsi

dan hasil atas yang kaya akan maleic

n-butana dengan oksigen menjadi

anhydride akan lanjut ke stripper 2

maleic anhydride

(S-02). Stripper 2 (S-02) bertugas

Tipe

untuk memurnikan larutan maleic

multitube

: Mereaksikan

: Fixed bed

Jumlah

: 1 buah

Tinggi menara

: 10,20 m

Bahan konstruksi

: Stainless

Tebal shell

: 0,01 m

Tebal head

: 0,01 m

steel

Kondisi operasi

:

Suhu

: 390oC

Tekanan

: 2 atm

Fase reaksi

: gas-gas

Dimensi

:

Fungsi
: Memisahkan
dibutyl phthalate dari maleic
anhydride
Tipe
: Packed tower

Diameter shell

: 2,28 m

Jumlah

: 1 buah

Tinggi shell

: 0,01 m

Bahan konstruksi

: Carbon steel

Tinggi head

: 0,30 m

Volume reaktor

:15,69 m

Tinggi reaktor

Stripper (S-01)

SA-283 grade C
3

Kondisi operasi

:

: 5,34 m

Suhu

: 105 oC

Katalis

:

Tekanan

: 1 atm

Nama

: Vanadium

Tinggi packing

: 2,75 m

Jenis packing

: Berl saddle

Diameter menara

: 2,03 m

Tinggi menara

: 4,65 m

: Menyerap

Tebal shell

: 0,02 m

maleic anhydride hasil reaksi dari

Tebal head

: 0,45 m

Phosphorous Oxide (VPO)

Absorber (AB-01)
Fungsi

reaktor
Tipe

: Packed tower

Stripper (S-02)

Jumlah

: 1 buah

Fungsi

Bahan konstruksi

: Carbon steel

SA-283 grade C

Kondisi operasi
Suhu

:

: 250 oC

: Memurnikan

maleic anhydride

Tipe

: Packed tower

Jumlah

: 1 buah

Bahan konstruksi

: Carbon steel

Tekanan

: 1,08 atm

SA-283 grade C

Tinggi packing

: 7,52 m

Kondisi operasi

:

Jenis packing

: Raschingring

Suhu

: 104 oC

Diameter menara

: 5,49 m

Tekanan

: 1 atm

Tinggi packing

: 3,45 m

Bahan konstruksi

Jenis packing

: Berl saddle

SA-283 grade C

Diameter menara

: 2,05 m

Kondisi operasi

:

Tinggi menara

: 5,32 m

Suhu

: -133,8 oC

Tebal shell

: 0,02 m

Tekanan

: 1,03 atm

Tebal head

: 0,43 m

Dimensi

:

Diameter

: 5,78 m

Tinggi

: 13,4 m

Volume

: 354,15 m3

gas cair keluaran chiller 01

Tebal shell

: 0,31 m

Tipe

: Vertikal

Tebal head

: 0,31 m

Jumlah

: 1 buah

Bahan konstruksi

: Carbon steel

ANALISIS EKONOMI
Total penjualan produk per tahun
:

Separator (SP-01)
Fungsi

: Memisahkan

: Carbon steel

separator flash drum

Rp. 924.000.000.000,00

SA-283 grade C

Kondisi operasi

:

Total biaya produksi

:

Suhu

: 16,65 oC

Rp. 774.720.488.902,00

Tekanan

: 1,07 atm

Keuntungan sebelum pajak

Dimensi

:

Rp. 149.279.511.098,00

Diameter

: 3,56 m

Pajak di Indonesia

Tinggi

: 8,39 m

25%

Volume

: 82,53 m3

Keuntungan setelah pajak

Tebal shell

: 0,44 m

Rp. 111.959.633.324,00

Tebal head

: 0,38 m

a. Percent return on invesment

:

(ROI)
Separator (SP-02)
Fungsi

ROI sebelum pajak : 44, 658 %
: Memisahkan

ROI setelah pajak

: 33,494 %

gas cair keluaran chiller 02

b. Pay out time (POT)

Tipe

POT sebelum pajak

: 1,83 tahun

POT setelah pajak

: 2,30 tahun

: Vertikal

separator flash drum

Jumlah

: 1 buah

:

c. Break event point (BEP)

:

BEP

: 40,155 %

SDP

: 27,638 %

d. Shut down point (SDP)

Gambar 2. Grafik analisis ekonomi
KESIMPULAN
Hasil
analisis
kelayakan
ekonomi adalah sebagai berikut:
1. Keuntungan sebelum pajak US$

Keuntungan setelah pajak US$

On

Investment)

(Return

On

Investment)

(Return

sebelum

pajak

On

Investment)

untuk

pabrik

beresiko tinggi minimal 44%.
3. POT (Pay Out Time) sebelum
pajak 1,83 tahun
POT (Pay Out Time) sesudah
pajak 2,30 tahun

untuk

27,638 %. BEP

pabrik

kimia

pada

60% dan SDP antara 20-30%
5. DCF (Discounted Cash Flow)

sesudah pajak 33,494 %
ROI

40,155 % dan SDP (Shut Down

umumnya berkisar antara 40% -

sebelum pajak 44, 658 %
ROI

maksimal 2 tahun.

Point) adalah

9.329.969,44 per tahun
(Return

pajak untuk pabrik beresiko tinggi

4. BEP (Break Even Point) adalah

12.439.959,26 per tahun

2. ROI

POT (Pay Out Time) sebelum

adalah 42,547%. DCF yang dapat
diterima harus lebih besar dari
bunga pinjaman di bank.
Dari
analisis

data

hasil

ekonomi

di

perhitungan
atas

dapat

disimpulkan bahwa pabrik maleic
anhydride layak untuk didirikan.

Kern, D. (1950). Process Heat

DAFTAR PUSTAKA

Transfer. New York: Mc Graw

Anonim.

(2010,

Chemical

September).

Engineering

Plant

Cost Index. Dipetik July 2014,

dari http://goliath.ecnext.com
Anonim.

(2014,

Dipetik

July).

July

Internasional

dari

http://www.matche.com

Book

Company.
Krick, R., & Othmer, D. (1978).
Encycloepedia

Matche.

2014,

Hill

of

New

Technology.

Chemical

York:

Willey Interscience Publication.
Ludwig, E. (1964). Applied Process

Anonim. (2011, April 1). Perbedaan

Design

for

Chemical

and

LPG, LNG dan Gas Alam.

Petrochmical

Dipetik May 6, 2014, dari

Gulf Publishing Company.

http://teknikmesinunbb.blogspot.
com

Perry,

R.

G.

Boston:

Plant.

(1997).

Perry's

Chemical Engineer's Handbook.

Aries, R., & Newton, R. (1955).
Chemical
Estimation.

Engineerring

New

York:

Cost

Mc

Graw Hill Book Co.

E.

(1960).

Transport

Phenomena. New York: John

Wiley and Sons.
G.

G.

New York: Mc Graw-HillBook
Company.
Peter, M., & Timmerhaus, K. (2003).
Plant Design and Economic for

Bird, R., Stewart, W., & Lightfoot,

Brown,

A

Chemical

York:

Unit

Mc

Graw

Hill

Internasional Book Company.
Schneider,

(1978).

New

Engineering.

A.,

Emig,

G.,

&

Hoffmann, H. (1987). Kinectics

Operation. New York: John

Investigation

Wiley and Sons.

Simulation for The Catalityc

Brownell, L., & Young, E. (1979).
Process Equipment Design. New

York: John Wiley and Sons.

Gas-Phase

Oxidation

Reactor

of

n-

Butana to Maleic Anhydride.
Smith, J., & Van Ness, H. (1975).

Coulson, J., & Richardson, J. (1983).

Introduction

Chemical Engineering Design.

Engineering

Oxford: Pergason Press.

and

to

Chemical

Thermodynamics.

Tokyo:

Mc

Graw

Hill

Treybal, R. (1980). Mass Trasfer
Operation. Tokyo: Mc Graw

Kogakusha.
Statistika, B. P. (2012, Desember).

Hill Kogakusha.

Luar

Ulrich, G. (1954). A Guide to

Negeri Indonesia. Dipetik April

Chemical Enguneering Process

2013, dari http://bps.co.id

Design and Economics. Canada:

Statistika

Perdagangan

Sukandar, D. (2011, March 18).
Perseroan

April

Terbatas.

2014,

John Wiley and Sons.

Dipetik

Yaws, C. (1979). Thermodynamic

dari

and Physical Properti Data.

http://hukum.kompasiana.com

Singapore: Mc Graw Hill Book
Co.