Prarancangan pabrik etil asetat dari etanol dan asam asetat kapasitas 10.000 ton/tahun 35

DARI ETANOL DAN ASAM ASETAT

KAPASITAS 10.000 TON / TAHUN

Oleh :

JONAS NASTITI I 0502031

HERMAWAN SAPUTRO I 0505034

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2010

ii

KAPASITAS 10.000 TON / TAHUN

Oleh : JONAS NASTITI

NIM. I 0502031 HERMAWAN SAPUTRO

NIM. I 0505034

Dosen pembimbing

Ir. Endah Retno D., MT. NIP. 19690719 200003 2 001 Dipertahankan di depan Tim Penguji :

1. Dwi Ardiana S.,ST.,MT 1. ... NIP. 19730131 199802 2 001

2. Ari Diana S.,ST.,MT. 2. ... NIP. 19750123 200812 2 002

Disahkan, Ketua Jurusan Teknik Kimia

Ir. Arif Jumari, M.Sc. NIP. 19650315 199702 1 001

xiii

Kimia, Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Etil asetat dengan rumus molekul (CH3COOC2H5) adalah salah satu bahan

kimia yang digunakan sebagai bahan pelarut terutama dalam industri farmasi dan kosmetik. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, dirancang pabrik etil asetat dari etanol dan asam asetat dengan kapasitas 10.000 ton/tahun. Bahan baku etanol (C2H5OH) sebanyak 7101 ton/tahun diperoleh dari PT. Molindo Raya, Lawang,

Jawa Timur sedangkan asam asetat sebanyak 5631 ton/tahun diperoleh dari PT. Indo Acidatama, Solo, Jawa Tengah. Pabrik direncanakan berdiri di Lawang, Jawa Timur pada tahun 2015 dan beroperasi selama 330 hari dalam satu tahun dan proses produksi berlangsung selama 24 jam per hari.

Tahapan proses yang terjadi meliputi persiapan bahan baku etanol dan asam asetat, reaksi pembentukan etil asetat dalam reaktor menara Reactive Distillation. Etil asetat dibuat dengan cara mereaksikan etanol dan asam asetat dengan cara esterifikasi. Reaksi berlangsung dalam reaktor yang berupa menara Reactive Distillation secara adiabatic-non isothermal. Reaksi yang terjadi bersifat eksotermis. Konversi etil asetat untuk reaksi ini mencapai 100 %. Kondisi operasi reaktor berlangsung pada tekanan 3 atm dan suhu 90 – 110 oC dengan katalis resin aktif amberlyst 35 wet. Pemisahan bahan dilakukan dalam dekanter dan pemisahan produk dengan sisa reaktan dilakukan dalam Stripping Column. Hasil atas Stripping Column dikembalikan lagi ke dalam dekanter. Sedangkan hasil bawah Stripping Column merupakan produk etil asetat dengan kemurnian 99,75 %.

Unit pendukung proses pabrik meliputi unit pengadaan air, steam, udara tekan, tenaga listrik. Kebutuhan air untuk umpan boiler, air konsumsi, air pendingin dan sanitasi diperoleh dari air sungai Brantas, sedangkan untuk steam diperoleh dari boiler dengan suhu 138 oC dan tekanan 3,37 atm. Kebutuhan udara tekan disediakan oleh sebuah kompresor. Kebutuhan listrik diperoleh dari PLN dan sebuah generator sebagai cadangan. Pabrik juga didukung laboratorium yang mengontrol mutu bahan baku dan produk serta limbah.

Bentuk perusahaan yang dipilih Perseroan Terbatas (PT), dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non-shift. Jumlah karyawan keseluruhan adalah 191 orang, dimana karyawan shift 76 orang dan karyawan non-shift 115 orang.

Dari hasil analisis ekonomi diperoleh, ROI (Return on Investment) sebelum dan sesudah pajak sebesar 66,67 % dan 56,67 %, POT (Pay Out Time) sebelum dan sesudah pajak selama 1,3 dan 1,5 tahun, BEP (Break Even Point) 50,89 %, dan SDP (Shut Down Point) sebesar 33,37 %, DCF (Discounted Cash Flow) sebesar 21,45 %. Jadi dari segi ekonomi pabrik tersebut layak untuk didirikan di Indonesia.

rahmat dan hidayah-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Etil Asetat Dari Etanol dan Asam Asetat Kapasitas 10.000 Ton / tahun”.

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena itu sudah sepantasnya penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Ir. Endah Retno D, MT selaku Dosen Pembimbing atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir.

2. Ir. Arif Jumari, M.Sc. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia FT UNS.

3. Ir. Arif Jumari, M.Sc. dan Adrian Nur, ST,MT. selaku Pembimbing Akademik atas bimbingan dan arahannya.

4. Dwi Ardiana S, ST., MT. dan Ari Diana S., ST., MT. selaku Dosen Penguji yang telah memberikan masukan pada tugas akhir

5. Segenap Civitas Akademika, atas semua bantuannya.

Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.

Surakarta, Januari 2010 Penulis

v

Halaman Pengesahan ii

Motto dan Persembahan iii

Kata Pengantar iv

Daftar Isi v

Daftar Tabel xii

Daftar Gambar xiv

Intisari xv

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik 1

1.2 Penentuan Kapasitas Perancangan Pabrik 2

1.2.1 Kapasitas Pabrik Etil Asetat di Dunia 3

1.2.2 Kebutuhan Produk di Indonesia 4

1.2.3 Ketersediaan Bahan Baku 4

1.2.4 Kapasitas Pabrik Minimum 4

1.3 Penentuan Lokasi Pabrik 4

1.4 Tinjauan Pustaka 6

1.4.1 Macam – Macam Proses 6

1.4.2 Kegunaan Produk 11

1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk 12

vi

2.1.2 Spesifikasi Katalis 16

2.1.3 Spesifikasi Produk Utama 17

2.1.4 Spesifikasi Produk Samping 17

2.2 Konsep Proses 18

2.2.1 Dasar Reaksi 18

2.2.2 Mekanisme Reaksi dan Kinetika Reaksi 18

2.2.3 Tinjauan Termodinamika 19

2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses 21

2.3.1 Diagram Alir Proses 21

2.3.2 Tahapan Proses 21

2.3.2.1 Tahap Penyimpanan Bahan Baku 21

2.3.2.1 Tahap Penyiapan Bahan Baku 21

2.3.2.2 Tahap Sintesis 22

2.3.2.3 Tahap Pemurnian Produk 22

2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas 23

2.4.1 Neraca Massa 23

2.4.2 Neraca Panas 27

2.5 Tata letak Pabrik dan Peralatan 30

2.5.1 Tata Letak Pabrik 30

vii

3.3 Tangki Penyimpan Produk Etil Asetat (T-03) 42

3.4 Menara Reactive Destillation 43

3.5 Stripping Column 44

3.6 Decanter 45

3.7 Pompa I (P-01) 55

3.8 Pompa II (P-02) 56

3.9 Pompa III (P-03) 57

3.10 Heat Exchanger I (HE-01) 57

3.11 Heat Exchanger II (HE-02) 58

3.12 Heat Exchanger III (HE-03) 58

3.13 Reboiler I (RE-01) 59

3.14 Reboiler II (RE-02) 59

3.15 Kondenser I 59

3.15 Kondenser II 59

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM 60

4.1 Unit Pendukung Proses 61

4.1.1 Unit Pengadaan dan Pengolahan Air 61

4.1.2 Unit Pengadaan Steam 69

4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan 70

viii

4.2.2 Alat-alat Utama Laboratorium 75

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN 76

5.1 Bentuk Perusahaan 76

5.2 Struktur Organisasi 78

5.3 Tugas dan Wewenang 89

5.3.1 Pemegang Saham 74

5.3.2 Dewan Komisaris 74

5.3.3 Dewan Direksi 74

5.3.4 Kepala Bagian 74

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan 93

5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah 93

5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji 93

5.7 Kesejahteraan Karyawan 97

BAB VI ANALISA EKONOMI 99

6.1 Dasar Perhitungan 103

6.2 Penafsiran Harga Peralatan 106

6.3 Penentuan Total Capital Investment (TCI) 106

6.3.1 Fixed Capital Invesment (FCI) 108

6.3.2 Working Capital Investment (WCI) 108

ix

6.4.3 Fixed Manufacturing Cost (FMC) 110

6.4.4 Total Manufacturing Cost (TMC) 110

6.5 Penentuan Total Production Cost (TPC) 106

6.5.1 General Expense (GE) 110

6.5.2 Total Production Cost (TPC) 110

6.6 Profitability 106

6.7 Analisa Kelayakan 106

6.7.1 Percent Return On Investment (%ROI) 111

6.7.2 Pay Out Time (POT) 111

6.7.1 Break Even Point (BEP) 111

6.7.1 Shut Down Point (SDP) 111

6.7.1 Discounted Cash Flow (DCF) 111

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

Lampiran A Data Sifat Fisis Bahan Lampiran B Neraca Massa

Lampiran C Neraca Panas

xiv

Gambar 1.2 Lokasi Pendirian Pabrik Etil Asetat 3

Gambar 2.1 Diagram Alir Proses 31

Gambar 2.2 Diagram Alir Kualitatif 32

Gambar 2.3 Diagram Alir Kuantitatif 33

Gambar 2.4 Layout Pabrik 38

Gambar 2.5 Layout Peratan Proses Pabrik 39

Gambar 2.5 Sistem Pengolahan Air Pabrik Etil Asetat 39

Gambar 2.5 Proses pengolahan Limbah Pabrik Etil Asetat 39

Gambar 5.1 Struktur Organisasi Perusahaan 81

Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index 105

xii

Tabel 1.2 Impor Etil Asetat di Indonesia tahun 2003-2007 4

Tabel 1.3 Perbandingan Beberapa Proses Produksi Etil Asetat 14

Tabel 2.1 Komponen Dalam Tiap Arus 23

Tabel 2.2 Neraca Massa Overall 24

Tabel 2.3 Neraca Massa di sekitar Reactive Destillation 25

Tabel 2.4 Neraca Massa di sekitar Decanter 25

Tabel 2.5 Neraca Massa di sekitar Stripping Column 25

Tabel 2.6 Neraca Panas Overall 27

Tabel 2.7 Neraca Panas di sekitar Reactive Destillation 27

Tabel 2.8 Neraca Panas di sekitar Decanter 28

Tabel 2.9 Neraca Panas di sekitar Stripping Column 29

Tabel 4.1 Kebutuhan Air Untuk Steam 92

Tabel 4.2 Kebutuhan Air Pendingin 94

Tabel 4.3 Kebutuhan Listrik Untuk Keperluan Proses dan Utilitas 96

Tabel 4.4 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan 96

Tabel 4.5 Total Kebutuhan Listrik Pabrik 96

Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift Operasi 96

Tabel 5.2 Jadwal Pembagian Kelompok Shift Keamanan 96

Tabel 5.3 Jumlah Karyawan Sesuai Dengan Tingkat Pendidikan 96

xiii

Tabel 6.4 Direct Manufacturing Cost 109

Tabel 6.5 Indirect Manufacturing Cost 109

Tabel 6.6 Fixed Manufacturing Cost 110

Tabel 6.7 General Expense 110

Bab I Pendahuluan

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik

Perkembangan industri sebagai bagian dari usaha pembangunan ekonomi jangka panjang diarahkan untuk menciptakan struktur ekonomi yang lebih kokoh dan seimbang dengan titik berat industri maju yang didukung oleh sektor – sektor lain yang kokoh. Dengan adanya globalisasi perdagangan, memacu kita untuk lebih cermat menemukan terobosan – terobosan baru sehingga produk yang dihasilkan mempunyai pangsa pasar, daya saing tinggi, efektif dan efisien disamping harus ramah terhadap lingkungan.

Salah satu produk industri yang dibutuhkan saat ini adalah etil asetat yang merupakan suatu senyawa yang banyak digunakan sebagai pelarut dalam industri cat dan tinta. Selain itu juga banyak digunakan dalam industri kosmetik dan parfum.

Etil asetat mempunyai nama kimia etil etanoat dan mempunyai rumus kimia CH3COOC2H5. Etil asetat berbentuk cairan yang tidak

berwarna, dan mendidih pada temperatur 77 ºC.

Dengan bertambah banyaknya industri – industri kimia, terutama industri cat, dan kosmetik di Indonesia, juga meningkatnya permintaan akan etil asetat di dunia, maka dapat dipastikan kebutuhan akan etil asetat

Bab I Pendahuluan

sebagai salah satu bahan pelarut yang ramah terhadap lingkungan akan semakin meningkat. Sehingga penting sekali adanya perencanaan pendirian pabrik etil asetat di Indonesia, untuk membantu menyediakan bahan pembantu serta diharapkan juga dapat menjadi komoditi ekspor.

1.2. Penentuan Kapasitas Rancangan Pabrik

Ada beberapa pertimbangan dalam pemilihan kapasitas pabrik etil asetat. Penentuan kapasitas pabrik etil asetat dengan pertimbangan – pertimbangan sebagai berikut:

1.2.1. Kapasitas produksi pabrik etil asetat di dunia

Kapasitas produksi pabrik etil asetat di dunia dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel 1.1 Data Kapasitas Produksi Pabrik Etil Asetat di Dunia

Perusahaan Lokasi Kapasitas ( x 103

Ton/ tahun)

Aliachem Pardubice Czech Republic 12

Atanor Buenos Aires,

Argentina

10

BP Chemicals Hull UK 220

Celanese La Cangrejera, Mexico 92

Pampa, Texas, US 60

Pulau Sakra Singapore 60

Chiba Ethyl Acetate Ichihar Japan 50

Bab I Pendahuluan

Perusahaan Lokasi Kapasitas ( x 103

Ton/ tahun)

Longview Texas, US 32

Ercros Tarragona, Spain 60

International Ester Ulsan, South Korea 75

Jubilant Organosys Gajraula and Nira, India 32

Korea Alcohol Industry Yokkaichi, Japan 40

Laxmi Organic Industries Mahad, India 35

Rhodia Brasil Paulinia, Brazil 100

Sasol Secunda, South Africa 50

Shandong Jinyimeng Chemical Shandong, China 80

Shanghai Jinyimeng Chemical Wujing, China 30

Showa Denko Nanyo, Japan 150

Showa Esterindo Indonesia Merak, Indonesia 60

Indo Acidatama Solo, Indonesia 7,5

Massachusetts US 14

Treton Michigan, US 11

Svensk Etanolkemi Domsjo, Sweden 35

Union Carbide Stockholm, Swede 30

Yangtze River Acetyls Chongging, China 30

1432

Yang Lain 83

Total 1515

Sekitar 60% permintaan etil asetat di dunia digunakan dalam industri pelapisan. Sebagai pelarut termasuk di dalamnya industri farmasi dan organik serta tinta menyerap 30 %. Dan sisanya 10% digunakan oleh industri kosmetik. Dari survei internasional permintaan etil asetat setiap

Bab I Pendahuluan

tahunnya akan mengalami kenaikan 5-6 % sehingga diperkirakan pada tahun 2015 permintaan etil asetat akan mencapai angka 2,722 juta ton.

(www.chemweek.com)

1.2.2. Kebutuhan produk di Indonesia

Meskipun etil asetat telah diproduksi di dalam negeri,namun hingga kini Indonesia masih mengimpor komoditi tersebut. Impor etil asetat ini didatangkan dari beberapa negara antara lain China, India dan Singapura. Data yang diperoleh dari BPS, prediksi kebutuhan etil asetat mengalami peningkatan. Perkembangan impor etil asetat di Indonesia dapat dilihat pada tabel sebagai berikut :

Tabel 1.2 Impor etil asetat di Indonesia

Tahun Impor ( ton )

2003 7.721,240

2004 11.862,336

2005 10.433,602

2006 12.401,710

2007 14.547,188

( www.bps.go.id)

Dari tabel diatas dapat diperoleh persamaan garis lurus antara data tahun sebagai sumbu x dan data impor sebagai sumbu y yaitu :

Bab I Pendahuluan

y = 1419.1x - 3E+06

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 tahun k a p a s it a s ( to n )

Gambar 1.1 Grafik Impor Etil Asetat di Indonesia

Jika direncanakan mendirikan pabrik pada tahun 2015, maka diperkirakan kebutuhan etil asetat cukup besar yaitu sekitar 17.456,6 ton/tahun. Kapasitas pabrik etil asetat yang telah ada di Indonesia yaitu PT. Indo Acidatama sebesar 7500 ton/tahun, maka dengan didirikannya pabrik dengan kapasitas 10.000 ton/tahun diharapkan dapat memenuhi kebutuhan etil asetat di Indonesia.

1.2.3. Ketersediaan bahan baku

Bahan baku pembuatan etil asetat adalah etanol (C2H5OH) dan asam

asetat (CH3COOH). Kebutuhan etanol disuplai dari PT. Molindo Raya

dengan kapasitas 40.000 kL/tahun yang berlokasi di Lawang, Jawa Timur. Sedangkan asam asetat diperoleh dari PT. Indo Acidatama dengan kapasitas 33.000 ton/tahun yang berlokasi di Solo, Jawa Tengah.

Bab I Pendahuluan

1.2.4. Kapasitas pabrik minimum

Kapasitas pabrik yang akan berdiri minimal sama dengan kapasitas pabrik yang paling kecil yang telah berdiri, dimana dengan kapasitas tersebut pabrik sudah mendapatkan keuntungan. Kapasitas minimal pabrik yang layak berdiri dapat diketahui dari kapasitas pabrik – pabrik yang telah ada, yaitu PT Indo Acidatama yang memproduksi etil asetat dengan kapasitas 7500 ton / tahun.

Berdasarkan pertimbangan di atas maka kapasitas pabrik yang akan dibangun sebesar 10.000 ton/tahun, dimana diharapkan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri.

1.3. Penentuan Lokasi Pabrik

Pemilihan lokasi pabrik merupakan salah satu faktor utama yang sangat menentukan keberhasilan dan kelangsungan hidup suatu pabrik. Lokasi pabrik dapat mempengaruhi kedudukan pabrik dalam persaingan maupun penentuan kelangsungan produksinya. Pemilihan lokasi pabrik yang tepat, ekonomis, dan menguntungkan dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu :

Bab I Pendahuluan

1. Ketersediaan bahan baku

Bahan baku pembuatan etil asetat adalah etanol yang diperoleh dari PT. Molindo Raya yang terletak di daerah Lawang, Jawa Timur. Sedangkan untuk kebutuhan asam asetat berasal dari PT. Indo Acidatama dan katalis resin Amberlyst-35 wet diperoleh dari PT. Rajawali Mas, Surabaya.

2. Pemasaran

Etil asetat digunakan untuk industri tinta, thinner, cat dan lain sebagainya. Pemilihan lokasi di Lawang, dekat dengan pemasaran produk etil asetat yang sebagian konsumennya tersebar di daerah Surabaya.

3. Tenaga kerja mudah didapatkan

Daerah Lawang yang dekat dengan Surabaya sehingga untuk mendapatkan tenaga kerja ahli maupun tenaga kerja biasa dari daerah sekitar industri cukup mudah.

4. Sumber tenaga dan bahan bakar

Kebutuhan listrik didapatkan dari PLN dan generator sebagai cadangan apabila listrik dari PLN mengalami gangguan, dimana bahan bakarnya diperoleh dari Pertamina

5. Kondisi geografis

Penentuan suatu kawasan industri terkait dengan masalah tanah, yaitu tidak rawan terhadap bahaya tanah longsor, gempa maupun banjir, jadi pemilihan lokasi pendirian pabrik di kawasan Lawang tepat, walaupun masih diperlukan kajian lebih lanjut tentang masalah tanah sebelum pabrik didirikan. Kondisi iklim di Lawang pada umumnya tidak membawa

Bab I Pendahuluan

pengaruh yang besar terhadap jalannya proses produksi. Selama ini bencana banjir, gunung meletus, atau bencana alam lainnya belum pernah menimpa daerah Lawang ( stabil ).

6. Sarana dan Prasarana

Pendirian pabrik di daerah Lawang dengan mempertimbangkan bahwa di daerah ini telah memiliki sarana dan prasarana yang meliputi jalan, bank-bank, dan jaringan telekomunikasi yang baik dan lengkap. 7. Faktor-faktor lain

Lawang merupakan kawasan industri sehingga hal–hal yang sangat dibutuhkan dalam kelangsungan proses produksi suatu pabrik telah tersedia dengan baik seperti sarana transportasi, energi, keamanan lingkungan, faktor sosial, serta perluasan pabrik.

Gambar 1.2 Lokasi pendirian pabrik Etil asetat

Lokasi Pendirian Pabrik

S. Brantas Lokasi Pendirian Pabrik

Bab I Pendahuluan

1.4. Tinjauan Pustaka 1.4.1. Macam – macam proses

Ada 4 macam proses pembuatan etil asetat dan 2 diantaranya merupakan proses yang komersial, yaitu :

1. Proses Tischchenko Reaksi yang terjadi :

2 CH3CHO CH3COOCH2CH3

Proses ini pertama kali dikembangkan oleh Tischchenko, dimana konversinya 61 %. Bahan baku yang digunakan adalah asetaldehid dengan katalis alumina etoksida pada T = -20 °C. Proses ini dikembangkan pada industri di Eropa selama satu setengah abad dimana aseteldehid menjadi bahan intermediate yang penting dibandingkan dengan asetilen.

( McKetta, 1976) 2. Etil Asetat dari etilen dan asam asetat

Reaksi yang terjadi :

CH3COOH + C2H4 CH3COOC2H5

Proses berlangsung dengan menggunakan katalis Phorporic acid 10 – 90 %, dengan suhu 100°C - 300 °C dan tekanan 1 atm, konversi yang didapat adalah sebesar 43,6 %.

3. Proses esterifikasi dengan katalis asam sulfat Reaksi yang terjadi :

Bab I Pendahuluan

Proses berlangsung dengan menggunakan katalis asam sulfat pada suhu 155 ºC dan tekanan atmosferis dengan konversi kesetimbangan sebesar 66,57 %.

( Faith Keyes, 1957) 4. Proses esterifikasi dengan Reactive Destillation

Reaksi yang terjadi :

CH3COOH + C2H5OH katalis resin CH3COOC2H5 + H2O

Proses pembutan ester dapat dilakukan dengan menggunakan Reactive Distillation. Reactive Distillation merupakan suatu alat yang

menggabungkan antara proses reaksi kimia dan proses distilasi ke dalam satu unit proses. Dalam beberapa penggunaan khusus di banyak kasus, ketika keseimbangan reaksi termodinamika dapat membatasi konversi yang diperoleh, Reactive Distillation didesain sedemikian rupa sehingga produk reaksi meninggalkan zona reaksi, dengan demikian dapat meningkatkan konversi dan selektivitas secara signifikan. Penggabungan antara proses reaksi dan distilasi tersebut menghasilkan suatu bentuk penyederhana proses yang intensif, selain itu dapat menghasilkan sedikit arus recycle serta berkurangnya kebutuhan untuk pengolahan limbah sehingga dapat mengurangi biaya operasional dan investasi. Katalis yang digunakan dalam aplikasi Reactive Distillation adalah resin aktif yang mempunyai ion H+. Ion ini berperan dalam mempercepat reaksi esterifikasi sebagai contoh adalah amberlyst-35. Proses dijalankan pada

Bab I Pendahuluan

suhu antara 90-110 oC, konversi maksimal yang di dapat juga lebih besar yaitu 100%

(Lai et all, 2007) Tabel 1.3 Perbandingan Beberapa Proses Produksi Etil Asetat

Pertimbangan Tishchenko Etilen dan asam asetat Esterifikasi Etanol berkatalis asam Esterifikasi Reactive Distillation Bahan baku ketersediaan asetaldehid cukup banyak di pasar

ketersediaan etilen di pasar terbatas, karena terbatasi oleh minyak bumi

ketersediaan etanol di pasar cukup

ketersediaan etanol di pasar cukup

Konversi 61% 43,6% 66,57% ~100%

T operasi -20˚C 100-300˚C 155˚C 90-110˚C

Korosifitas kecil kecil besar sekali sangat kecil

Unit pemisahan katalis

dibutuhkan dibutuhkan dibutuhkan tidak dibutuhkan Biaya operasi tinggi sekali tinggi tinggi rendah

Dari beberapa pertimbangan di atas dipilih proses esterifikasi menggunakan katalis resin aktif karena :

1. Bahan baku mudah di peroleh di dalam negeri 2. Konversi yang didapat sangat tinggi

3. Temperatur relatif rendah 4. Tingkat korosivitas kecil

5. Tidak diperlukan unit pemisahan katalis 6. Mengurangi arus recycle

Bab I Pendahuluan

1.4.2. Kegunaan Produk

Kegunaan utama dari etil asetat adalah sebagai pelarut dalam industri cat, tinta, kosmetik, essens, parfum, dan film foto grafik. Selain itu digunakan dalam bidang farmasi digunakan untuk pemekatan dan pemurnian antibiotik

1.4.3. Sifat–sifat fisik dan kimia bahan baku dan produk a. Bahan Baku

1. Etanol

Sifat fisik etanol :

- Bentuk : cairan tidak berwarna

- Rumus molekul : C2H5OH

- Berat molekul,gr/grmol : 46,069

- Titik leleh, °C : -112

- Titik didih, °C : 78,4

- Temperatur kritis, °C : 243,1

- Tekanan kritis, atm : 63,1

- Densitas pada 25°C, g/ml : 0,78506

(Yaws, 1999) Sifat kimia Etanol

- Etanol dapat dibuat dari fermentasi glukosa C6O12O6 enzim C2H5OH + CO2

- Sangat larut dalam air, eter

Bab I Pendahuluan

2. Asam Asetat

Sifat fisik Asam Asetat :

- Bentuk : cairan tidak berwarna

- Rumus molekul : CH3COOH

- Berat molekul,gr/grmol : 60,053

- Titik leleh, °C : 16,635

- Titik didih, °C : 118,1

- Temperatur kritis, °C : 321,6

- Tekanan kritis, atm : 57,2

- Densitas pada 25°C, g/ml : 1,044

(Yaws, 1999) Sifat kimia Asam asetat :

- Asam asetat dibuat dari oksidasi asetaldehid CH3CHO [O] CH3COOH

(Faith Keyes, 1957)

b. Katalis

Amberlyst 35 wet

- Bentuk : padatan

- Bentuk ion : H+

- Matrix : Polystyrene Divinyl Benzene

- Densitas, g/liter : 800

- Surface area, m2/g : 50

Bab I Pendahuluan

- Diameter pori, Amstrong : 300

- Total pori, ml/g : 0,35

(Rhom and Haas Company)

c. Produk

1. Etil Asetat

Sifat fisik Etil Asetat :

- Bentuk : cairan tidak berwarna

- Rumus molekul : CH3COOC2H5

- Berat molekul,gr/grmol : 88,016

- Titik didih, °C : 77,1

- Temperatur kritis, °C : 250,1

- Tekanan kritis, atm : 37,8

- Densitas pada 25°C, g/ml : 1,85

(Yaws,1999) Sifat kimia

- Merupakan senyawa derivat dari asam karboksilat

- Etil asetat adalah senyawa yang mudah terbakar dan mempunyai resiko peledakan ( bersifat eksplosif ).

- Etil asetat dapat dibuat dari esterifikasi antara asam asetat dan etanol.

(Faith Keyes, 1957) 2. Air

Sifat fisik Air :

Bab I Pendahuluan

- Berat molekul, gr/gmol : 18,015 - Spesifik gravity : 1

(Yaws,1999) Sifat kimia Air :

- Pelarut kimia yang baik (paling sering digunakan) - Merupakan reagen penghidrolisa pada reaksi hidrolisa - Memiliki sifat netral (pH 7 )

(Faith Keyes,1957)

1.4.4. Tinjauan Pustaka

Etil asetat dihasilkan dari reaksi esterifikasi antara etanol dan asam asetat. Reaksi yang terjadi bersifat reversible. Katalis yang digunakan adalah resin aktif Amberlyst 35 wet. Reaksi berlangsung dalam reaktor yang berupa menara Reactive Distillation secara non-isothermal adiabatic pada suhu 90 – 110 oC dan tekanan 3 atm.

Reactive Distillation adalah suatu menara destilasi yang disertai

dengan reaksi. Terdiri dari dua bagian yaitu seksi enriching dan seksi reaksi. Dalam seksi reaksi berisi padatan katalis. Etanol dan asam asetat masuk reaktor yang berupa menara Reactive Distillation pada bagian base coloumn dimana terdapat padatan katalis paling banyak .

Hasil atas menara yang berupa etil asetat, etanol dan air kemudian dikondensasikan. Selanjutnya bersama dengan hasil atas Stripping Column dimasukkan ke dalam dekanter. Dalam dekanter terjadi proses pemisahan

Bab I Pendahuluan

cair-cair berdasarkan berat jenis. Dekanter digunakan untuk memisahkan antara etil asetat dan air. Campuran yang mengandung sebagian besar etil asetat akan keluar sebagai hasil atas (Light Component). Light Component ini sebagian dikembalikan ke reaktor menara Reactive Distillation dan sebagian lagi diumpankan ke ke Stripping Column untuk selanjutnya mengalami pemurnian.. Hasil bawah Stripping Column akan diambil sebagai produk dengan kemurnian etil asetat 99,75%. Sedangkan hasil atas diumpankan kembali ke dalam dekanter.

Bab I Pendahuluan

Bab I I

Deskripsi Proses

BAB II

DESKRIPSI PROSES

2.1. Spesifikasi Bahan Baku, Bahan Pendukung dan Produk

2.1.1. Spesifikasi bahan baku

a. Etanol

- Bentuk : Cairan tidak berwarna

- Rumus molekul : C2H5OH

- Berat molekul,gr/grmol : 46,069

- Titik leleh, °C : -112

- Titik didih, °C : 78,4

- Densitas pada 25°C, g/ml : 0,78506

- Kemurnian : 95,58 %

- Komposisi : Etanol 96,5 % volum

Air 3,5 % volum

(PT. Molindo Raya) b.Asam Asetat

- Bentuk : Cairan tidak berwarna

- Rumus molekul : CH3COOH

- Berat molekul,gr/grmol : 60,053

- Titik leleh, °C : 16,635

Bab I I

Deskripsi Proses

- Densitas pada 25°C, g/ml : 1,044

- Komposisi : Asam asetat 99 % berat

Air 1% berat

( PT. Indo Acidatama)

2.1.2. Spesifikasi bahan pendukung (katalis)

Amberlyst 35 wet

- Bentuk : Padatan

- Bentuk ion : H+

- Matrix : Polystyrene Divinyl Benzene

- Densitas, g/liter : 800

- Surface area, m2/g : 50

- Ukuran, mm : 0,7-0,95

- Diameter pori, Amstrong : 300

- Total pori, ml/g : 0,35

(Rhom and Haas Company )

2.1.3. Spesifikasi produk

a. Etil Asetat

- Bentuk : Cairan tidak berwarna

- Rumus molekul : CH3COOC2H5

- Berat molekul,gr/grmol : 88,106

- Titik didih, °C : 77,1

- Temperatur kritis, °C : 250,1

Bab I I

Deskripsi Proses

- Densitas pada 25°C, g/ml : 1,85

- Komposisi : Etil asetat 99,5 % berat min

: Air 0,05 % berat max

(www.davyprotech.com) b. Air

- Rumus Molekul : H2O

- Berat Molekul : 18,015 g/gmol

- Wujud : Cair

- Warna : Tidak berwarna

( Yaws,1999)

2.2. Konsep Proses 2.2.1. Dasar Reaksi

Pembuatan etil asetat dengan bahan baku etanol dan asam asetat merupakan reaksi esterifikasi.

Reaksinya adalah sebagai berikut :

C2H5OH + CH3COOH CH3COOC2H5 + H2O

Reaksi terjadi pada fase cair dengan katalis padat yaitu resin Amberlyst 35 wet. Reaksi berlangsung dalam reaktor yang berupa menara

Reactive Distillation yang beroperasi secara non-isothermal adiabatic.

Sehingga pada setiap stage terjadi perubahan suhu. Reaksi bersifat eksotermis, panas reaksi yang dihasilkan digunakan untuk menguapkan produk yang terbentuk. Pada reaksi reversible ( (bolak-balik ) apabila

Bab I I

Deskripsi Proses

produk dari suatu sistem diambil maka kesetimbangan akan bergeser ke arah produk yang diambil.

Reaksi dilakukan pada suhu 90 – 110 oC dengan perbandingan mol antara asam asetat dan etanol = 0,985

( Lai et all, 2007 )

2.2.2. Mekanisme Reaksi

Reaksi yang terjadi:

C2H5OH + CH3COOH CH3COOC2H5 + H2O

( E ) ( A ) ( EA ) ( W )

Mekanisme reaksi :

Tahapan-tahapan yang mengontrol kecepatan reaksi berkatalis resin dapat dikelompokan menjadi tiga yaitu :

1. Reaksi permukaan 2. Difusi internal 3. Difusi eksternal

( Phallak, 2004 ) Reaksi esterifikasi antara asam asetat dengan etanol dengan katalis resin, difusi eksternal dan internal pada katalis resin dapat diabaikan. Difusi eksternal merupakan difusi dari bulk liquid ke permukaan resin. Ketika cairan melewati permukaan resin maka akan terbentuk lapisan diam (stagnant boundary layer) dimana kecepatan cairan mendekati nol. Pada lapisan ini kecepatan transfer dipengaruhi oleh perbedaan konsentrasi pada lapisan diam serta koefisien difusivitas. Pada bulk liquid kecepatan transfer

k1 k2

Bab I I

Deskripsi Proses

hanya dipengaruhi difusivitas. Proses difusi eksternal untuk resin sangat cepat karena lapisan yang timbul sangat tipis pada kecepatan cairan yang rendah. Difusi eksternal juga tidak mengontrol kecepatan reaksi untuk viskositas reaktan yang cukup rendah. Namun untuk viskositas yang tinggi atau kecepatan pengadukan yang rendah difusi eksternal perlu diperhitungkan.

Difusi internal partikel merupakan difusi cairan dari permukaan resin melalui pori. Difusi internal terjadi sangat cepat, karena ukuran partikelnya yang relatif kecil. Sehingga difusi internal dapat diabaikan dan tahanan transfer massa juga dapat diabaikan.

Pada reaksi esterifikasi asam asetat dengan etanol dengan katalis resin, reaktan yang bersifat polar adalah etanol. Ion H+ yang berada dalam katalis bergerak bebas dan terlarut sebagaimana pada reaksi homogen. Ikatan polimer resin dengan –SO3H akan terdisosiasi. Ion H+ akan bergerak

bebas dalam cairan pada pori-pori resin sebagai bagian aktif (active sites) yang akan menjadi agen katalis untuk mempercepat terjadinya reaksi esterifikasi. Sementara itu –SO3 akan tetap berada pada permukaan polimer.

Pendekatan ini dapat diambil jika cairan bersifat polar. Sehingga kecepatan reaksi dapat didekati dengan Pseudo-homogenous model. Yang berarti reaksi dapat dianggap sebagai reaksi homogen.

Bab I I

Deskripsi Proses

2.2.3. Tinjauan Kinetika

Dari hasil studi kinetik, konstanta kecepatan reaksi pada proses pembentukan etil asetat dengan katalis resin dapat dihitung dengan persamaan :

r = mkat(k1CA CE – k2 CEA CW )………( 2.1)

k1 = 1,24 x 109 exp (-6105,6 / T )

k2 = 1,34 x 108 exp (-5692,1 / T )

dengan

r = kecepatan reaksi ( mol /min ) mkat = massa katalis ( gram )

k = konstanta kecepatan reaksi ( cm6 mol-1 g-1 min-1 ) CA = konsentrasi asam asetat (mol/liter)

CE = konsentrasi etanol ( mol/liter )

CEA = konsentrasi etil asetat ( mol/liter )

CW = konsentrasi air ( mol/liter )

T = suhu ( K )

( Lai et all, 2007 )

2.2.3. Tinjauan Termodinamika

Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi (endotermis/eksotermis) dan arah reaksi (reversible/ irreversible). Penentuan panas reaksi berjalan secara eksotermis atau endotermis dapat dihitung dengan perhitungan panas pembentukan standart (Hfo) pada P= 1

Bab I I

Deskripsi Proses

Reaksi yang terjadi antara asam asetat dan etanol : CH3COOH + C2H5OH katalis CH3COOC2H5 + H2O

Data Ho f298 untuk tiap mol masing-masing komponen : 298

f o H

 CH3COOH = -484.500 J

298 f o H

 C2H5OH = -277.690 J 298

f o H

 CH3COOC2H5 = -480.000 J 298

f o H

 H2O = -285.830 J

298 o H

 = - 480.000 - 285.830 + 484.500 + 277.690 = - 3640 J

Harga H o298 bernilai negatif sehingga reaksi bersifat eksotermis

Data Gof298 _{untuk tiap mol masing –masing komponen :} 298

f o G

 CH3COOH = - 389.900 J

298 f o G

 C2H5OH = -174.780 J 298

f o G

 CH3COOC2H5 = - 322.200 J 298

f o G

 H2O = -237.130 J

298 o G

 = - 322.200 - 237.130 + 389.900 + 174.780 = -1.650 J

ln K298 =

RT Go298   = 298 314 , 8 4650

x = 1,8759 K298 = 6,5266

Pada suhu reaksi 109,658 oC = 382,658 K, harga K dapat dihitung dari Smith Van Ness Equation 15.17 sebagai berikut :

Bab I I Deskripsi Proses ln 289 T K K = R Ho298   _       298 1 1 T _{………..(2.2)} ln 5266 , 6 K_T =       298 1 -658 , 382 1 314 , 8 3640

KT = 4, 8586

Nilai K kecil sehingga reaksi bersifat reversible.

(Smith JM, 2001)

2.3. Diagram Alir Proses Dan Tahapan Proses 2.3.1 Diagram Alir Proses

Diagram alir ada tiga macam, yaitu : a. Diagram alir proses (gambar 2.1) b. Diagram alir kualitatif (gambar 2.2) c. Diagram alir kuantitatif (gambar 2.3)

2.3.2 Tahapan Proses

Proses pembuatan etil asetat dapat dibagi dalam tiga tahap yaitu : 1. Tahap persiapan bahan baku

2. Tahap reaksi pembentukan etil asetat 3. Tahap pemurnian produk

2.3.2.1. Tahap persiapan bahan baku

Bahan baku yang berupa etanol dan asam asetat disimpan pada suhu 30 oC dan tekanan 1 atm dalam fase cair. Asam asetat dari tangki penyimpan (T-01) dipompa melalui P-01 kemudian dipanaskan di HE-01 sehingga suhunya menjadi 109,66 oC dan tekanan 3 atm. Sedangkan etanol

Bab I I

Deskripsi Proses

dari tangki penyimpan (T-02) dipompa melalui P-02 kemudian dipanaskan di HE-02 sehingga suhunya juga menjadi 109,66 oC dan tekanan 3 atm.

2.3.2.2. Tahap reaksi pembentukan etil asetat

Asam asetat dan etanol diumpankan pada bagian base coloumn reaktor menara Reactive Distillation yang berisi katalis resin amberlyst 35 wet. Reaktor beroperasi secara non isothermal-adiabatic pada tekanan 3

atm dan suhu 90 – 110 oC. Reaksi esterifikasi etil asetat terjadi pada fase cair dan bersifat eksotermis.

Reaktor yang berupa menara Reactive Distillation terdiri dari dua bagian yaitu seksi enriching dan seksi reaksi. Seksi enriching berada pada bagian atas menara. Pada seksi ini tidak terjadi reaksi melainkan terjadi pemurnian produk yakni memisahkan etil asetat terhadap komponen yang lebih berat. Pada seksi reaksi terdapat 12 stage termasuk pada base column. Sebelas seksi reaksi berisi katalis resin amberlyst 35 seberat 1 kg.

Sedangkan pada base column berat katalis adalah 10,642 kg. Suhu atas menara sebesar 92,85 oC dan suhu bawah menara sebesar 109,66 oC. Dengan kondisi yang seperti ini, penggabungan antara performa dari seksi enriching dan seksi reaksi maka konversi dapat mencapai 100%. Hasil atas

yang keluar dari reaktor menara Reactive Distillation (RD-01) berupa campuran etil asetat, etanol dan air. Sedangkan asam asetat telah habis bereaksi.

Bab I I

Deskripsi Proses

2.3.2.3. Tahap pemurnian produk

Arus keluar dari reaktor Reactive Distillation (RD-01) dikondensasikan dengan kondenser (CD-01) kemudian dipisahkan dalam Dekanter (DC-01) bersamaan dengan hasil atas Stripping Column (SC-01). Dekanter (DC-01) beroperasi pada suhu 92,85 oC dan tekanan 2,8 atm. Dekanter digunakan untuk memisahkan campuran yang berupa etil asetat, etyanol dan air. Arus keluar dari Dekanter (DC-01) berupa 2 fase yaitu Light component (fase ringan)dan Heavy component (fase berat). Arus

fase ringan akan keluar sebagai hasil atas dan arus fase berat akan keluar sebagai hasil bawah. Arus fase ringan yang sebagian besar mengandung etil asetat dipompa melalui P-03 sebagai refluk menuju reaktor menara Reactive Distillation (RD-01) dan sebagian lagi diumpankan ke Stripping

Column (SC-01). Sedangkan arus fase berat yang sebagian besar

mengandung air dialirkan menuju unit pengolahan limbah.

Di dalam Stripping Column (SC-01) campuran etil asetat akan dimurnikan lebih lanjut. Stripping Column (SC-01) merupakan packed tower dengan bahan isian rasching ring keramik. Kondisi operasi

berlangsung pada tekanan 2,7 atm. Hasil bawah Stripping Column (SC-01) yang bersuhu 101,463 oC diambil sebagai produk dengan kemurnian etil asetat 99,75 %berat, etanol 0,2 % berat dan air 0,05 % berat. Selanjutnya hasil ini akan ditampung dalam tangki penyimpan produk (T-03) yang sebelumnya terlebih dahulu didinginkan melalui HE-03 sampai suhu 35

o

Bab I I

Deskripsi Proses

dikondensasikan dalam kondenser (CD-02), kemudian diumpankan lagi ke dalam Dekanter (DC-01).

Bab I I

Deskripsi Proses

Bab I I

Deskripsi Proses

Bab I I

Deskripsi Proses

Bab I I

Deskripsi Proses

2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas

Produk : Etil asetat 99,75 %

Kapasitas perancangan : 10.000 ton/tahun Waktu operasi selama 1 tahun : 330 hari

Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam

2.4.1 Neraca Massa

Diagram alir neraca massa sistem tabel

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Satuan : kg

Tabel 2.1 Komponen dalam tiap arus

komponen

Arus

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Asam asetat v - - - -

Etanol - v v v v v v v v

Etil asetat - - v v v v v v v

Bab I I

Deskripsi Proses

 Neraca Massa Total

Tabel 2.2 Neraca Massa Total

komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Arus 1 Arus 2 Arus 5 Arus 7

Etil asetat 0,0000 0,0000 26,0500 1259,4697

Etanol 0,0000 682,6244 21,1086 2,5253

Air 8,9662 28,4427 297,9061 0,6313

Asam asetat 887,6577 0,0000 0,0000 0,0000

total 896,6239 711,0670 345,0647 1262,6263

1607,6909 1607,6909

 Neraca Massa di sekitar Reactive Distillation

Tabel 2.3 Neraca massa di sekitar Reactive Distillation

komponen

Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam )

Arus 1 Arus 2 Arus 4 Arus 3

Etil asetat 0,0000 0,0000 5301,6269 6587,1465

Etanol 0,0000 682,6244 180,1278 203,7617

Air 8,9662 28,4427 414,3127 712,8501

Asam asetat 887,6577 0,0000 0,0000 0,0000

total 896,6239 711,0670 5896,0674 7503,7584

7503,7584 7503,7584

 Neraca Massa di sekitar Dekanter

Tabel 2.4 Neraca massa di sekitar Dekanter

komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Arus 3 Arus 8 Arus 9 Arus 5

Etil asetat 6587,1465 3688,6937 10249,7903 26,0500

Etanol 203,7617 165,5933 348,2464 21,1086

Air 712,8501 386,0589 801,0029 297,9061

Asam asetat 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

total 7503,7584 4240,3459 11399,0396 345,0647

Bab I I

Deskripsi Proses

 Neraca Massa di sekitar Stripping Coloumn

Tabel 2.5 Neraca massa di sekitar Stripping Coloumn

komponen

Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Arus 6 Arus 7 Arus 8

Etil asetat 4948,1634 1259,4697 3688,6937

Etanol 168,1185 2,5253 165,5933

Air 386,6902 0,6313 386,0589

Asam asetat 0,0000 0,0000 0,0000

total 5502,9721 1262,6263 4240,3459

5502,9721 5502,9721

2.4.2 Neraca Panas

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Satuan : kJ

 Neraca panas total

Tabel 2.6 Neraca panas total

Arus Input (kJ/jam) Output (kJ/jam)

Q arus 1 171991,3537 0,0000

Q arus 2 152600,4903 0,0000

Q arus 5 0,0000 97151,0656

Q arus 7 0,0000 227440,7783

total 324591,8440 324591,8440

 Neraca panas di sekitar Reactive Distillation Tabel 2.7 Neraca panas di sekitar Reactive Distillation

Arus input (kJ/jam) output (kJ/jam)

Q arus 1 171991,3537 0,0000

Q arus 2 152600,4903 0,0000

Q arus 3 0,0000 747694,8826

Q arus 4 2045893,1026 0,0000

Q reaksi 2414894,6196 0,0000

Bab I I

Deskripsi Proses

Q reboiler 8722253,7741 0,0000

total 13507633,3404 13507633,3404

 Neraca panas di sekitar Dekanter

Tabel 2.8 Neraca panas di sekitar Dekanter

arus input kJ/jam output kJ/jam

Q arus 8' 1457800,4956 0,0000

Q arus 3' 2594737,3046 0,0000

Q arus 5 0,0000 97151,0656

Q arus 9 0,0000 3955386,7346

4052537,8003 4052537,8003

 Neraca panas di sekitar Stripping Column

Tabel 2.9 Neraca panas di sekitar Stripping Column

 Neraca panas di sekitar HE-01

Tabel 2.10 Neraca panas di sekitar HE-01

arus input kJ/jam output kJ/jam

Q arus 1' 9432,025 0,000

Q HE 162268,457 0,000

Q arus 1 171991,354

total 171991,354 171991,354

Arus

Input (kJ/jam)

Output (kJ/jam)

Q arus 6 1956130,7612 0,0000

Q arus 7 0,0000 227440,7783

Q arus 8 0,0000 3023557,1774

Q r 1294867,1945 0,0000

Bab I I

Deskripsi Proses

 Neraca panas di sekitar HE-02

Tabel 2.11 Neraca panas di sekitar HE-02

arus input kJ/jam output kJ/jam

Q arus 2' 15435,584 0,000

Q HE 137164,906 0,000

Q arus 2 0,000 152600,490

total 152600,490 152600,490

 Neraca panas di sekitar HE-03

Tabel 2.12 Neraca panas di sekitar HE-03

arus input kJ/jam output kJ/jam

Q arus 3’ 227440,778 0,000

Q HE 0,000 167377,642

Q arus 3 0,000 60063,1360

Bab I I

Deskripsi Proses

2.5 Tata Letak Pabrik dan Peralatan 2.5.1 Tata Letak Pabrik

Tata letak pabrik merupakan suatu pengaturan yang optimal dari seperangkat fasilitas-fasilitas dalam pabrik. Tata letak yang tepat sangat penting untuk mendapatkan efisiensi, keselamatan, dan kelancaran kerja para pekerja serta keselamatan proses.

Untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik adalah :

1. Kemungkinan perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik di masa depan.

2. Faktor keamanan sangat diperlukan untuk bahaya kebakaran dan ledakan, maka perencanaan tata letak selalu diusahakan jauh dari sumber api, bahan panas, dan dari bahan yang mudah meledak, juga jauh dari asap atau gas beracun.

3. Sistim kontruksi yang direncanakan adalah out door untuk menekan biaya bangunan dan gedung, dan juga karena iklim Indonesia memungkinkan konstruksi secara out door.

4. Harga tanah amat tinggi sehingga diperlukan efisiensi dalam pemakaian dan pengaturan ruangan / lahan.

(Vilbrant, 1959) Secara garis besar tata letak dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu :

Bab I I

Deskripsi Proses

Merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran operasi. Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendalian proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang dijual

b. Daerah proses

Merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses berlangsung.

c. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk.

Merupakan daerah untuk tangki bahan baku dan produk. d. Daerah gudang, bengkel dan garasi.

Merupakan daerah untuk menampung bahan-bahan yang diperlukan oleh pabrik dan untuk keperluan perawatan peralatan proses.

e. Daerah utilitas

Merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung proses berlangsung dipusatkan.

Bab I I

Deskripsi Proses

Gambar 2.4 Tata Letak Pabrik 2

6

20

10

7 5

9 15

16

4

21

19

15 16 14

11 12

13 17

18

8

8

Jalan Raya

________________________________________________________________________________________________

Bab I I

Deskripsi Proses

Keterangan :

1. Area perluasan 2. Bahan baku

3. Area proses dan bahan baku 4. Ruang kontrol dan kualiti kontrol 5. Laboratorium

6. Area parkir forklift 7. Bengkel teknik 8. Hydrant

9. Utilitas

10.Gudang produk 11.Kantor

12.Gedung serba guna

13.Area parkir mobil dan bus karyawan 14.Poliklinik

15.Mushola 16.Kantin 17.Pintu utama 18.Pintu darurat 19.Pos satpam 20.Parkir truk

Bab I I

Deskripsi Proses

2.5.2 Tata Letak Peralatan

Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan tata letak peralatan proses pada pabrik etil asetat, antara lain :

1. Aliran bahan baku dan produk

Pengaliran bahan baku dan produk yang tepat akan memberikan keuntungan ekonomi yang besar serta menunjang kelancaran dan keamanan produksi.

2. Aliran udara

Aliran udara di dalam dan di sekitar area proses perlu diperhatikan kelancarannya. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya stagnasi udara pada suatu tempat sehingga mengakibatkan akumulasi bahan kimia yang dapat mengancam keselamatan pekerja.

3. Cahaya

Penerangan seluruh pabrik harus memadai dan pada tempat-tempat proses yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu adanya penerangan tambahan.

4. Lalu lintas manusia

Dalam perancangan tata letak pabrik perlu diperhatikan agar pekerja dapat mencapai seluruh alat proses dangan cepat dan mudah. Hal ini bertujuan apabila terjadi gangguan pada alat proses dapat segera diperbaiki. Keamanan pekerja selama menjalani tugasnya juga diprioritaskan.

Bab I I

Deskripsi Proses

5. Pertimbangan ekonomi

Dalam menempatkan alat-alat proses diusahakan dapat menekan biaya operasi dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi pabrik. 6. Jarak antar alat proses

Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi tinggi sebaiknya dipisahkan dengan alat proses lainnya, sehingga apabila terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut maka kerusakan dapat diminimalkan.

(Vilbrant, 1959) Tata letak alat-alat proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga :

- Kelancaran proses produksi dapat terjamin - Dapat mengefektifkan luas lahan yang tersedia

- Karyawan mendapat kepuasan kerja agar dapat meningkatkan produktifitas kerja disamping keamanan yang terjadi

Bab I I

Deskripsi Proses

Gambar 2.5 Tata Letak Peralatan

Keterangan :

1. Tangki Asam asetat (T-01) 2. Tangki Etanol (T-02) 3. Tangki Etil Asetat (T-03) 4. Pompa (P-01, P-02, P-03)

Bab I I

Deskripsi Proses

6. Pendingin / cooler (HE-03) 7. Reboiler (RB-01, RB-02) 8. Kondenser (CD-01, CD-02)

9. Reaktor Menara Reactive Distillation (RD-01) 10.Dekanter (DC-01)

Bab I I I

Spesif ikasi Peralat an Proses

BAB III

SPESIFIKASI PERALATAN PROSES

3.1.Tangki Penyimpan Asam Asetat

Kode : T-01

Fungsi : Menyimpan bahan baku asam asetat selama satu bulan

Jenis : Tangki silinder tegak dengan alas datar (flat bottom) dengan bagian atas conical roof

Jumlah : 1 Buah

Bahan : Stainless steel SA 167 grade 3

Kondisi operasi : Tekanan : 1 atm Suhu : 30˚C Dimensi :

Diameter tangki : 10,6681 m Tinggi tangki : 9,1441m

Tebal tangki : Course 1 : 0,0143 m

Course 2 : 0,0127 m

Course 3 : 0,0127 m

Course 4 : 0,0111 m

Course 5 : 0,0111 m

Tebal Head : 0,0064 m

Tinggi Head : 1,9403 m

Bab I I I

Spesif ikasi Peralat an Proses

3.2.Tangki Penyimpan Etanol

Kode : T-02

Fungsi : Menyimpan bahan baku etanol selama dua minggu Jenis : Tangki silinder tegak dengan alas datar (flat bottom)

dengan bagian atas conical roof

Jumlah : 1 Buah

Bahan : Carbon steel SA 283 grade C

Kondisi operasi : Tekanan : 1 atm Suhu : 30 ˚C Dimensi :

Diameter Tangki : 9,1441 m Tinggi Tangki : 5,4865 m

Tebal Tangki : Course 1 : 0,0143 m

Course 2 : 0,0127 m

Course 3 : 0,0127 m

Tebal Head : 0,0079 m

Tinggi Head : 1,2244 m

Tinggi total : 6,7109 m

3.3.Tangki Penyimpan Produk Etil Asetat

Kode : T-03

Fungsi : Menyimpan produk etil asetat selama satu bulan Jenis : Tangki silinder tegak dengan alas datar (flat bottom)

Bab I I I

Spesif ikasi Peralat an Proses

Jumlah : 1 Buah

Bahan : Carbon Steel SA 283 grade C

Kondisi operasi : Tekanan : 1 atm Suhu : 35˚C Dimensi :

Diameter Tangki : 12,1921 m Tinggi Tangki : 10,9729 m

Tebal Tangki : Course 1 : 0,0222 m

Course 2 : 0,0206 m

Course 3 : 0,0191 m

Course 4 : 0,0175 m

Course 5 : 0,0175 m

Tebal Head : 0,0111 m

Tinggi Head : 1,6326 m

Tinggi Total : 12,6055 m

3.4. Reaktor Menara Reactive Distillation

Kode : RD-01

Fungsi : Mereaksikan asam asetat dengan etanol menjadi etil asetat

Tipe : Sieve Tray Tower

Material : Stainless steel SA 167 grade 3

Bab I I I

Spesif ikasi Peralat an Proses

Kondisi operasi

 Puncak : T = 92,85 oC

 Bawah : T = 109,66 oC

Shell

 Diameter : 1,016 m

 Tebal shell : 0,00635 m

 Tinggi shell : 9,556 m Head

 Tipe : Torispherical head

 Tebal head : 0,00635 m

 Tinggi head : 0,219 m

Tinggi total : 12,823 m

3.5. Dekanter

Kode : DC-01

Fungsi : Memisahkan etil asetat hasil atas RD sebagai Light component dan air sebagai Heavy component

Jenis : Horisontal drum dengan torispherical head

Jumlah : 1 Buah

Volume : 4,41 m3

Bahan : Carbon Steel SA 283 Grade C

Kondisi : Tekanan : 2,8 atm

Bab I I I

Spesif ikasi Peralat an Proses

Dimensi :

Diameter tangki : 1,23 m Panjang tangki : 3,698 m

Tebal : 0,0064 m

Head

Tipe : Torispherical Dished Head

Tebal Head : 0,0064 m

Waktu tinggal : 15,33 menit

3.6. Stripping Column

Kode : SC-01

Fungsi : Memurnikan produk etil asetat dari air dan etanol

Tipe : Packed tower

Material : Carbon Steel SA 283 grade C

P : 2,7 atm

Kondisi operasi

 Puncak : T = 92,85 oC

 Bawah : T = 101,46 oC

Bahan isian : Rasching Ring Keramik

Shell

 Diameter : 0,88 m

 Tebal shell : 0,00476 m

Bab I I I

Spesif ikasi Peralat an Proses Head

 Tipe : Torispherical head

 Tebal head : 0,00476 m

 Tinggi head : 0,23 m

Tinggi total : 15,13 m

3.7.Pompa I

Kode : P-01 A/B

Fungsi : Mengalirkan asam asetat dari tangki penyimpan asam asetat (T-01) ke reaktor menara Reactive Distillation (RD-01)

Jenis : Single Stage Centrifugal Pump

Bahan : Stainless steel SA 167 grade 3

Jumlah : 2 Buah

Kapasitas : 6,08 gpm

Power Pompa : 0,25 HP

Power Motor : 0,5 HP

Tegangan : 220/380 volt

Frekuensi : 50 Hz

NPSH required : 0,95 ft = 0,2896 m NPSH available : 47,83 ft = 14,2786 m Pipa yang digunakan:

D, Nominal Size : 1 in =0,0254 m Schedule Number : 40

Bab I I I

Spesif ikasi Peralat an Proses

ID : 1,049 in = 0,0266 m

OD : 1,32 in = 0,0335m

3.8.Pompa II

Kode : P-02 A/B

Fungsi : Mengalirkan etanol dari tangki penyimpanan etanol (T-02) ke reaktor menara Reactive Distillation (RD-01)

Jenis : Single Stage Centrifugal Pump

Bahan : Carbon Steel SA 283 Grade C

Jumlah : 2 Buah

Kapasitas : 4,76 gpm

Power Pompa : 0,25 HP

Power Motor : 0,33 HP

NPSH required : 0,8 ft = 0,2438 m NPSH available : 44,18 ft =13,4661 m Pipa yang digunakan:

D, Nominal Size : 1 in = 0,0254 m Schedule Number : 40

ID : 1,049 in =0,0266 m

Bab I I I

Spesif ikasi Peralat an Proses 3.9.Pompa III

Kode : P-03 A/B

Fungsi : Mengalirkan light component dari Dekanter (DC-01) ke reaktor menara Reactive Distillation (RD-01) dan Stripping Column (SC-01)

Jenis : Single Stage Centrifugal Pump

Bahan : Carbon Steel SA 283 Grade C

Jumlah : 2 Buah

Kapasitas : 73,82 gpm

Power Pompa : 6 HP

Power Motor : 9 HP

NPSH required : 4,995 ft = 1,5224 m NPSH available : 71,94 ft =21,9273 m Pipa yang digunakan:

D, Nominal Size : 3 in =0,0762 m Schedule Number : 40

ID : 3,068 in =0,0779 m

OD : 3,5 in =0,0889 m

3.10. Heat Exchanger I

Kode : HE-01

Fungsi : Memanaskan asam asetat dari Tangki penyimpan asam asetat (T-01) sebelum masuk ke reaktor menara Reactive Distillation (RD-01)

Bab I I I

Spesif ikasi Peralat an Proses

Jenis : Double Pipe Heat Exchanger

Jumlah : 1 buah

Beban panas : 162268,457 kJ/jam Luas area transfer : 20,88 ft2

Bahan konstruksi : Stainless steel SA 167 grade 3 Pipa dalam

 Fluida : Saturated steam

 Kapasitas : 91,3918 lb/jam

 Suhu masuk : 138 oC

 Suhu keluar : 138 oC

 IPS : 2 in = 0,0508 m

 SN : 40

 Diameter luar : 2,38 in = 0,0605 m

 Diameter dalam : 2,067 in =0,0525 m

 Panjang hairpin : 12 ft =3,6576 m

 Jumlah hairpin : 2 buah Pipa luar

 Fluida : Umpan asam asetat

 Kapasitas : 1976,697 lb/jam

 Suhu masuk : 30 oC

 Suhu keluar : 109,66 oC

 IPS : 3 in = 0,0762 m

Bab I I I

Spesif ikasi Peralat an Proses

 Diameter luar : 3,5 in =0,0889 m

 Diameter dalam : 3,068 in = 0,0779 m

3.11. Heat Exchanger II

Kode : HE-02

Fungsi : Memanaskan etanol dari tangki penyimpan etanol (T-02) sebelum masuk ke ke reaktor menara Reactive Distillation (RD-01)

Jenis : Double Pipe Heat Exchanger

Jumlah : 1 buah

Beban panas : 137164,906 kJ/jam Luas area transfer : 20,88 ft2

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 Grade C Pipa dalam

 Fluida : Saturated steam

 Kapasitas : 92,2954 lb/jam

 Suhu masuk : 138 oC

 Suhu keluar : 138 oC

 IPS : 2 in = 0,0508 m

 SN : 40

 Diameter luar : 2,38 in = 0,0605 m

 Diameter dalam : 2,067 in = 0,0525 m

 Panjang hairpin : 12 ft = 3,6576 m

Bab I I I

Spesif ikasi Peralat an Proses

Pipa luar

 Fluida : Umpan etanol

 Kapasitas : 1567,6184 lb/jam

 Suhu masuk : 30 oC

 Suhu keluar : 109,66 oC

 IPS : 3 in =0,0762 m

 SN : 40

 Diameter luar : 3,5 in = 0,0889 m

 Diameter dalam : 3,068 in = 0,0779 m

3.12. Heat Exchanger III

Kode : HE-03

Fungsi : Mendinginkan hasil bawah Stripping Column (SC-01) sebelum masuk ke tangki penyimpanan produk (T-03)

Jenis : Double Pipe Heat Exchanger

Jumlah : 1 buah

Beban panas : 471201,6963 kJ/jam Luas area transfer : 156,6 ft2

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 Grade C Pipa dalam

 Fluida : Air pendingin

 Kapasitas : 9323,2165 lb/jam

Bab I I I

Spesif ikasi Peralat an Proses

 Suhu keluar : 50 oC

 IPS : 1,25 in = 0,0318 m

 SN : 40

 Diameter luar : 1,66 in = 0,0422 m

 Diameter dalam : 1,38 in =0,0350 m

 Panjang hairpin : 12 ft = 3,6576 m

 Jumlah hairpin : 15 buah Pipa luar

 Fluida : Hasil bawah Stripping Column (SC-01)

 Kapasitas : 2783,5859 lb/jam

 Suhu masuk : 101,46 oC

 Suhu keluar : 35 oC

 IPS : 2,5 in =0,0635 m

 SN : 40

 Diameter luar : 2,88 in = 0,0732 m

 Diameter dalam : 2,469 in = 0,0627 m

3.13. Reboiler I

Kode : RB-01

Fungsi : Menguapkan hasil bawah reactor menara Reactive Distillation (RD-01)

Jenis : Kettle Reboiler

Jumlah : 1 Buah

Bab I I I

Spesif ikasi Peralat an Proses

Beban Panas : 8267068,957 Btu/jam

Bahan konstruksi :

Tube : Stainless steel SA 167 grade 3

Shell : Stainless steel SA 167 grade 3 Spesifikasi Tube :

OD : 1 in =0,0254 m

ID : 0,732 in =0,0186 m

BWG : 10

Susunan : Triangular Pitch, Pt = 1,25 in = 0,0318 m

Jumlah Tube : 294

Passes : 2

Panjang Tube : 16 ft = 4,8768 m Spesifikasi Shell

ID : 25 in = 0,635 m

Baffle Spacing : 7,5 in = 0,1905 m

Passes : 1

3.14. Reboiler II

Kode : RB-02

Fungsi : Menguapkan sebagian hasil bawah Stripping Column (SC-01)

Jenis : Kettle Reboiler

Jumlah : 1 Buah

Bab I I I

Spesif ikasi Peralat an Proses

Beban Panas : 1215957,922 Btu/jam

Bahan konstruksi :

Tube : Carbon steel SA 283 grade C

Shell : Carbon steel SA 283 grade C

Spesifikasi Tube :

OD : 0,75 in = 0,0191 m

ID : 0,482 in =0,0122 m

BWG : 10

Susunan : Triangular Pitch, Pt = 1 in = 0,0254 m

Jumlah Tube : 92

Passes : 2

Panjang Tube : 10 ft =3,048 m Spesifikasi Shell :

ID : 12 in = 0,3048 m

Baffle Spacing : 3,6 in = 0,0914 m

Passes : 1

3.15. Kondenser I

Kode : CD-01

Fungsi : Mengkondensasikan hasil atas reaktor menara Reactive Distillation (RD-01)

Jenis : Double Pipe Heat Exchanger

Jumlah : 1 buah

Bab I I I

Spesif ikasi Peralat an Proses

Luas area transfer : 179,136 ft2

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 Grade C Pipa dalam

 Fluida : Air pendingin

 Kapasitas : 26875,3903 lb/jam

 Suhu masuk : 30oC

 Suhu keluar : 50 oC

 IPS : 2 in = 0,0508 m

 SN : 40

 Diameter luar : 2,38 in =0,0605 m

 Diameter dalam : 2,067 in = 0,0525 m

 Panjang hairpin : 12 ft =3,6576 m

 Jumlah hairpin : 12 buah Pipa luar

 Fluida : Hasil atas reaktor menara Reactive Distillation (RD-01)

 Kapasitas : 16542,7857lb/jam

 Suhu masuk : 92,85 oC

 Suhu keluar : 92,82 oC

 IPS : 3 in = 0,0762 m

 SN : 40

 Diameter luar : 3,5 in = 0,0889 m

Bab I I I

Spesif ikasi Peralat an Proses 3.16. Kondenser II

Kode : CD-02

Fungsi : Mengkondensasikan hasil atas Stripping Column (SC-01)

Jenis : Double Pipe Heat Exchanger

Jumlah : 1 Buah

Beban panas : 3378331,1270 kJ/jam

Luas area transfer : 110,04 ft2

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 Grade C Pipa dalam

 Fluida : Air

 Kapasitas : 89115,4624 lb/jam

 Suhu masuk : 30 oC

 Suhu keluar : 50 oC

 IPS : 3 in =0,0762 m

 SN : 40

 Diameter luar : 3,5 in = 0,0889 m

 Diameter dalam : 3,068 in = 0,0779 m

 Panjang hairpin : 20 ft = 6,096 m

 Jumlah hairpin : 3 buah Pipa luar

 Fluida : Hasil atas Stripping Column (SC-01)

Bab I I I

Spesif ikasi Peralat an Proses

 Suhu masuk : 92,85 oC

 Suhu keluar : 92,38 oC

 IPS : 4 in = 0,1016 m

 SN : 40

 Diameter luar : 4,5 in = 0,1143 m

Bab I V

U nit Pendukung Proses dan L aborat orium

BAB IV

UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM

4.1 Unit Pendukung Proses

Unit pendukung proses atau sering disebut unit utilitas merupakan sarana penunjang yang penting untuk kelancaran suatu proses dalam pabrik. Unit pendukung proses yang terdapat dalam pabrik Etil asetat adalah :

1. Unit pengadaan dan pengolahan air

Berfungsi untuk menyediakan kebutuhan air mulai dari pengolahannya hingga siap digunakan sebagai air sanitasi, air umpan boiler, dan air pendingin.

2. Unit pengadaan steam

Digunakan sebagai media pemanas dalam alat penukar panas. 3. Unit pengadaan tenaga listrik

Berfungsi sebagai tenaga penggerak untuk peralatan proses, maupun untuk pendingin dan penerangan. Listrik utama disuplai dari PLN dan generator sebagai cadangan.

4. Unit pengadaan bahan bakar

Berfungsi menyediakan bahan bakar yang digunakan untuk boiler dan generator.

5. Unit pengadaan udara tekan

Udara tekan digunakan untuk menjalankan sistem instrumentasi di seluruh area proses dan utilitas.

Bab I V

U nit Pendukung Proses dan L aborat orium

4.1.1 Unit Pengadaan dan Pengolahan Air 1. Unit Pengadaan Air

Kebutuhan air dalam pabrik etil asetat ini dipenuhi dari Sungai Brantas yang mengalir di dekat pabrik sebagai raw water. Pertimbangan digunakan air sungai sebagai sumber untuk mendapatkan air adalah :

 Air sungai merupakan sumber air yang kontinuitasnya relatif tinggi sehingga kekurangan air dapat dihindari.

 Pengolahan air sungai relatif lebih mudah dan sederhana serta biaya pengolahan relatif murah.

Air yang diperlukan di lingkungan pabrik etil asetat ini antara lain untuk: a. Air sanitasi

Air sanitasi digunakan untuk keperluan air minum, laboratorium, kantor dan perumahan.

Syarat air sanitasi meliputi: Syarat fisik:

 Warna jernih

 Tidak mempunyai rasa

 Tidak berbau Syarat kimia :

 Tidak mengandung zat organik maupun anorganik

 Tidak beracun. Syarat bakteriologis:

Bab I V

U nit Pendukung Proses dan L aborat orium

b. Air pendingin

Pada umumnya digunakan air sebagai media pendingin karena faktor-faktor berikut:

 Air merupakan materi yang dapat diperoleh dalam jumlah besar

 Mudah dalam pengaturan dan pengolahannya

 Dapat menyerap sejumlah panas per satuan volume yang tinggi

 Tidak terdekomposisi

Air pendingin pada pabrik ini digunakan untuk condenser dan cooler. Hal-hal yang perlu diperhatikan pada air pendingin, meliputi:

 Kesadahan (hardness), yang dapat menyebabkan kerak.

 Besi, yang dapat menimbulkan korosi.

 Silika, yang dapat menyebabkan kerak

 Oksigen terlarut, yang dapat menyebabkan korosi c. Air umpan boiler

Merupakan air yang digunakan untuk menghasilkan steam dan untuk kelangsungan proses. Meskipun kelihatan jernih, tetapi pada umumnya air masih, mengandung larutan garam dan asam yang dapat merusak metal pada sistem steam.

Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam penanganan air umpan boiler adalah sebagai berikut:

 Zat – zat yang dapat menyebabkan korosi.

Korosi yang terjadi dalam boiler disebabkan karena air mengandung larutan asam dan gas – gas yang terlarut seperti O2, CO2, H2S dan NH3.

Bab I V

U nit Pendukung Proses dan L aborat orium

 Zat yang menyebabkan kerak (scale forming).

Pembentukan kerak disebabkan karena adanya kesadahan dan suhu tinggi, yang biasanya berupa garam – garam karbonat dan silika.

 Zat yang menyebabkan foaming

Air yang diambil dari proses pemanasan biasanya menyebabkan foaming pada boiler karena adanya zat – zat organik, anorganik dan

zat-zat yang tak larut dalam jumlah besar. Efek pembusaan terjadi akibat adanya alkalinitas yang tinggi.

d. Air hidrant

Air ini digunakan untuk mencegah kebakaran. Pada umumnya air ini tidak memiliki persyaratan yang spesifik.

2. Unit Pengolahan air

Kebutuhan air suatu pabrik dapat diperoleh dari sumber air yang ada disekitar pabrik dengan pengolahan terlebih dahulu agar memenuhi syarat untuk digunakan. Pengolahan tersebut dapat meliputi pengolahan secara fisik dan secara kimia dengan menambahkan desinfectant maupun dengan penggunaan ion exchanger.

Tahapan proses pengolahan air dari air sungai secara umum meliputi : a. Unit Pengolahan Air Tahap Awal

Mula – mula raw water diumpankan ke bak penampung I (BU-01), yang sebelumnya melewati penyaring screen yang berupa bilah-bilah besi yang ditata berjajar. Dengan adanya screen akan menyaring bahan-bahan pengotor berupa sampah-sampah, kayu, dan lain-lain. Air masuk ke bak

Bab I V

U nit Pendukung Proses dan L aborat orium

penampung I (BU-01) dan bak penampung II (BU-02) akan mengalami proses pengendapan. Pengendapan merupakan proses mekanis memisahkan padatan-padatan atau lumpur yang terdapat di dalam air dengan menggunakan gaya gravitasi, pada bak pengandapan dilengkapi dengan penyekat yang berfungsi untuk memisahkan padatan atau lumpur yang telah jatuh sehingga tidak terikut oleh aliran air.

Air kemudian masuk ke dalam flokulator (FL). Dalam flokulator air diaduk dengan putaran tinggi sambil diinjeksikan bahan-bahan kimia :

 Polielektrolit yang berfungsi sebagai coagulant untuk mempercepat proses pengendapan dengan membentuk flok lebih cepat dan lebih besar, sehingga menyempurnakan pengendapan lumpur. Pada tahap ini digunakan tawas (Al2(SO4)3) yang berfungsi sebagai koagulan untuk

mengikat partikel-partikel kecil yang menyebabkan keruhnya air menjadi flok-flok yang lebih besar

 Kapur sebagai pengatur pH

Keluar dari flokulator (FL) air dimasukkan ke dalam clarifier (CL) dimana flok-flok yang terbentuk diendapkan secara gravitasi. Lumpur yang diendapkan di blowdown sedangkan air yang keluar dari bagian atas diumpan ke sand filter (SF). Air yang berasal dari clarifier (CL) kemungkinan masih mengandung partikel-partikel kotoran yang halus disaring, kemudian ditampung dalam Bak penampung III (BU-03). Air kemudian diinjeksikan larutan kaporit dari tangki IV (TU-04). Air dalam Bak penampung III (BU-03) kemudian dialirkan ke Unit Demineralisasi dan sebagian dialirkan ke:

Bab I V

U nit Pendukung Proses dan L aborat orium

1. Bak penampung IV (BU-04) berfungsi untuk menampung air yang digunakan untuk keperluan make up air pendingin

2. Portable water storage tank (TU-05) berfungsi untuk menampung

air yang digunakan untuk keperluan sehari-hari di pabrik dan pemukiman.

b. Unit Demineralisasi Air

Unit ini berfungsi untuk menghilangkan mineral-mineral yang terkandung di dalam air, seperti Ca2+, Fe2+, Mg2+, Na2+, HCO3-, SO42-, Cl-,

dan lain-lain dengan menggunakan resin. Air yang diperoleh adalah air bebas mineral yang akan diproses lebih lanjut menjadi air umpan ketel (Boiler Feed Water /BFW).

Dimineralisasi diperlukan karena Boiler Feed Water harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut :

 Tidak menimbulkan kerak pada kondisi steam yang dikehendaki maupun pada tube heat exchanger, jika steam digunakan sebagai pemanas. Hal ini akan menyebabkan turunnya efisiensi operasi, bahkan bisa mengakibatkan tidak beroperasi sama sekali.

 Bebas dari segala gas-gas yang mengakibatkan terjadinya korosi terutama gas oksigen dan gas karbondioksida.

Pengolahan air di unit demineralisasi meliputi beberapa tahap, yaitu : 1. Cation resin exchanger (KE)

Air keluaran Bak penampung III (BU-03) diumpankan ke dalam cation exchanger (KE) untuk menghilangkan kation-kation mineralnya.

Bab I V

U nit Pendukung Proses dan L aborat orium

Kemungkinan jenis kation yang ditemui adalah Ca2+, Fe2+, Mg2+, Na2+, Al3+.

Cation exchanger merupakan silinder baja tegak yang berisi resin

R-H, yaitu suatu polimer dengan rantai karbon R yang mengikat ion H+. Reaksi yang terjadi :

Mn2+ + nR-H RnM + nH+

(logam) (resin)

Ion Mn+ dalam operasi akan digantikan oleh ion H+ dari resin R-H sehingga air yang dihasilkan bersifat asam dengan pH sekitar 3,2-3,3. Regenerasi dilakukan jika resin sudah berkurang keaktifannya (jenuh), biasanya dilakukan dalam selang waktu tertentu atau berdasarkan jumlah air yang telah melewati unit ini.

Regenerasi ini dilakukan dengan menggunakan asam sulfat dan dilakukan dalam tiga tahap, yaitu back wash atau cuci balik, regenerasi dengan menggunakan bahan kimia asam sulfat, dan pembilasan dengan air demin. Reaksi yang terjadi pada proses regenerasi adalah kebalikan dari reaksi operasi, yaitu :

RnM + H2SO4 nR-H + MSO4 (resin jenuh) 2. Anion resin exchanger (AE)

Air yang keluar dari cation exchanger kemudian diumpankan ke anion exchanger untuk menghilangkan anion-anion mineralnya. Jenis anion yang dihilangkan adalah HCO3-, SO42-, Cl-, dan SiO3-.

Bab I V

U nit Pendukung Proses dan L aborat orium

Seperti pada cation exchanger, anion exchanger juga merupakan silinder baja tegak yang berisi resin. Resin yang terdapat pada anion exchanger dapat dituliskan dengan simbol ROH.

Reaksi yang terjadi pada unit ini adalah sebagai berikut :

Xn- + nR-OH RnX + nOH

-Pada saat operasi reaksi akan berjalan ke kanan, sehingga ion negatif Xn -akan digantikan oleh ion OH- dari resin R-OH. Air yang dihasilkan diharapkan mempunyai pH sekitar 8.6-8.9. Regenerasi dilakukan dengan menggunakan NaOH 4 %. Reaksi yang terjadi pada proses regenerasi adalah

RnX + nNaOH nR-OH + nNaX

Air yang keluar dari unit ini diharapkan mempunyai pH sekitar 6.1-6.9 dan selanjutnya dikirim ke unit air umpan ketel sebelum digunakan sebagai air umpan ketel uap (Boiler Feed Water).

c. Unit Air Umpan Ketel ( Boiler Feed Water )

Air yang sudah mengalami demineralisasi masih mengandung gas-gas terlarut terutama oksigen dan karbondioksida. Gas-gas tersebut harus dihilangkan dari air karena dapat menimbulkan korosi. Gas-gas tersebut dihilangkan dalam suatu deaerator. Pada deaerator, gas diturunkan sampai kadar 5 ppm. Proses deaerasi dilakukan dengan cara air diumpankan ke deaerator, sedangkan dari bagian bawah deaerator di spray uap tekanan rendah, sampai air mencapai suhu sedikit di atas titik didihnya. Proses penghilangan gas dilakukan dengan cara mengontakkan air umpan boiler

Bab I V

U nit Pendukung Proses dan L aborat orium

dengan uap tekanan rendah (stripping gas) mengakibatkan sebagian besar gas terlarut dalam air umpan terlepas dan dikeluarkan ke atmosfer.

Air hasil deaerasi diinjeksian zat-zat kimia sebagai berikut :

 Hidrazin yang berfungsi mengikat oksigen berdasarkan reaksi berikut : 2 N2H2 + O2 2 N2 + H2O

 NaH2PO4 untuk mencegah terbentuknya kerak silika dan kalsium pada

steam drum dan boiler tube. Sebelum diumpankan ke boiler, air terlebih dulu diberi dispersan untuk mencegah terjadinya penggumpalan atau pengendapan fosfat.

d. Unit Air Pendingin

Air pendingin yang digunakan dalam proses sehari-hari berasal dari air pendingin yang telah digunakan dalam pabrik yang kemudian didinginkan pada cooling tower. Kehilangan air karena penguapan, terbawa tetesan oleh udara maupun dilakukan blown down di cooling tower diganti dengan air umpan (make up) yang disediakan oleh Bak penampung IV (BU-04).

Air pendingin harus mempunyai sifat-sifat yang tidak korosif, tidak menimbulkan kerak dan tidak mengandung mikroorganisme yang dapat menimbulkan lumut. Untuk mengatasi hal di atas, maka ke dalam air pendingin diinjeksikan bahan-bahan kimia sebagai berikut :

 Phosphate, berguna untuk mencegah timbulnya kerak.

 Klorine untuk membunuh mikroorganisme.

 Zat dispersan untuk mencegah terjadinya penggumpalan (pengendapan phosphate).

Bab I V

U nit Pendukung Proses dan L aborat orium 3. Kebutuhan Air

a. Kebutuhan air untuk steam

Kebutuhan air untuk steam dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 4.1 Kebutuhan air untuk steam

No Kode Alat Nama Alat Kebutuhan (kg/jam)

1 HE-01 Heat Exchanger-01

41,4551

2 HE-02 Heat Exchanger-02

41,8649

3 RB-01 Reboiler – 01

4056,8622

4 RB-02 Reboiler – 02

596,7017

Total kebutuhan air untuk steam = 4736,8839 kg/jam

Diperkirakan air yang hilang sebesar 20 % (Severn hal 40) sehingga kebutuhan make up air untuk steam (air umpan boiler) = 0,2 x 4736,8839 = 947,3768 kg/jam.

b. Kebutuhan air pendingin

Kebutuhan air pendingin dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 4.2 Kebutuhan air pendingin

No Kode Alat Nama Alat Kebutuhan (kg/jam)

1 CD-01 Kondenser-01

16241,7851

2 CD-02 Kondenser-02

40416,0814

3 HE-03 Heat Exchanger-03

4228,9833

Kebutuhan total air pendingin = 60886,8498 kg/jam

Diperkirakan air yang hilang sebesar 10 % sehingga kebutuhan make up air untuk pendingin = 0,1 x 60886,8498 = 6088,6850 kg/jam.

6.5.2. Total Production Cost (TPC)

TPC = TMC + GE = Rp.163.933.924.119,-

6.6. Profitability

Profitability (keuntungan) adalah selisih antara total penjualan

produk dengan total biaya produksi yang dikeluarkan. Profitability sebelum pajak dapat diketahui dengan perhitungan dibawah ini :

Profitability = Total penjualan produk - Total biaya produksi

Profitability = Rp. 189.686.721.489,- – Rp. 163.933.924.119,-

= Rp. 25.752.797.370,-

(Donald, 1989) Jika pajak sebesar 15% dari profitability sebelum pajak maka akan didapat

profitability setelah pajak sebesar Rp. 21.889.877.764,-

6.7 Analisa Kelayakan

6.7.1 Percent Return 0n Investment (% ROI)

Percent Return 0n Investment adalah rasio keuntungan tahunan

dengan mengukur kemampuan perusahaan dalam mengembalikan modal investasi.

ROI membandingkan laba rata - rata terhadap Fixed Capital Investment.

Prb = F

a b

I r P

Pra =

F a a

I r P

Pra = % ROI setelah pajak

Pb = Keuntungan sebelum pajak

Pa = Keuntungan setelah pajak

ra = Annual production rate

IF = Fixed Capital Investment

(Aries-Newton, 1955)

6.7.2 Pay Out Time (POT)

Pay Out Time adalah jumlah tahun yang diperlukan untuk

mengembalikan Fixed Capital Investment berdasarkan profit yang diperoleh.

D =

F a b F I 0,1 r P I 

D = Pay Out time, tahun

Pb = Keuntungan sebelum pajak

ra = Annual production rate

IF = Fixed Capital Investment

(Aries-Newton, 1955)

6.7.3 Break Even Point (BEP)

BEP adalah titik impas, besarnya kapasitas produksi dapat menutupi

biaya keseluruhan, dimana pabrik tidak mendapatkan keuntungan namun tidak menderita kerugian.

ra =





a a a a a R 0,7 -V -S Z R 0,3 F 

ra = Annual production rate

Fa = Annual fixed expense at max production

Ra = Annual regulated expense at max production

Sa = Annual sales value at max production

Va = Annual variable expense at max production

Z = Annual max production

(Peters & Timmerhaus, 2003)

6.7.4 Shut Down Point (SDP)

Shut Down Point adalah suatu titik dimana pabrik mengalami kerugian

sebesar Fixed Cost yang menyebabkan pabrik harus tutup.

ra =

a a a a R 0,7 -V -S Z R 0,3

(Peters & Timmerhaus, 2003)

6.7.5 Discounted Cash Flow (DCF)

Discounted Cash Flow adalah interest rate yang diperoleh ketika seluruh modal

yang ada digunakan semuanya untuk proses produksi. DCF dari suatu pabrik dinilai menguntungkan jika melebihi satu setengah kali bunga pinjaman bank. DCF (i) dapat dihitung dengan metode Present Value Analysis dan Future

Value Analysis.

Present Value Analysis :

(FC + WC) = ) 1

( i

C

 + 2

) 1 ( i

C

 + 3

) 1 ( i

C

 + ….+ n

i C

) 1

(  + i n WC

) 1

(  + i n

SV

) 1 ( 

(FC + WC) (1 + i)n = (WC + SV) +



(1i)n1(1i)n2...1



× C dengan trial solution diperoleh nilai i = %

(Peters & Timmerhaus, 2003) Dari perhitungan yang telah dilakukan diperoleh hasil seperti pada tabel berikut :

Tabel 6.8 Analisa Kelayakan

No. Keterangan Perhitungan Batasan

1. Percent Return On Investment (% ROI)

ROI sebelum pajak _{66,67 %} min.44 %

ROI setelah pajak _{56,67 %}

2. Pay Out Time (POT), tahun

POT sebelum pajak _{1,3 tahun} max 2 tahun

POT setelah pajak _{1,5 tahun}

3. Break Even Point (BEP) _{50,89 %} 40 - 60 %

4. Shut Down Point (SDP) _{33,37 %}