TUGAS AKHIR Prarancangan Pabrik Propilen Glikol Dari Propilen Oksida Dan Air Kapasitas 429.000 Ton Per Tahun.
TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK PROPILEN GLIKOL
DARI PROPILEN OKSIDA DAN AIR
KAPASITAS 429.000 TON PER TAHUN
Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Meraih Gelar Sarjana Teknik
Strata Satu pada Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oleh :
Agus Sulistiyono
D 500 080 008
Dosen Pembimbing
1. Dr. Ahmad M. Fuadi.
2. Rois Fatoni. Ph.D
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SURAKARTA
2012
INTISARI
Prarancangan pabrik Propilen Glikol dimaksudkan untuk memenuhi
kebutuhan propilen glikol dalam negeri dan tidak menutup kemungkinan untuk
diekspor. Propilen glikol dibuat melalui reaksi hidrasi propilen oksida dan air
dengan katalis asam sulfat. Proses produksi propilen glikol dilakukan di dalam
Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB). Reaksi berlangsung pada fase cair,
suhu 32ºC dan tekanan 1 atm. Untuk memurnikan propilen glikol dilakukan
proses dekantasi dan destilasi sehingga diperoleh produk propilen glikol dengan
kemurnian 99,95%.
Pabrik propilen glikol dengan kapasitas 429.000 ton per tahun ini
membutuhkan bahan baku propilen oksida sebanyak 329.996,19 ton per tahun
dan air sebanyak 2.429.901,67 ton per tahun. Utilitas yang dibutuhkan dalam
setiap tahunnya antara lain 13.071.371,57 ton air, 2.360.126,57 ton steam,
9.015.028,70 liter bahan bakar, 37.725.348,67 kW listrik. 10.866.905,36 ton brine
solution 20% dan 659.311,49 m3 udara tekan.
Dari hasil analisis ekonomi diperoleh hasil yaitu Percent Return On
Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 69,72% dan setelah pajak sebesar
48,80%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar 1,25 tahun sedangkan
setelah pajak sebesar 1,7 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 41,60%, dan
Shut Down Point (SDP) sebesar 30,38%. Discounted Cash Flow (DCF) sebesar
54,42%. Berdasarkan data di atas maka pabrik propilen glikol dari propilen
oksida dan air ini layak untuk didirikan.
Kata kunci : propilen glikol, hidrasi, RATB
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik
Dalam era industrialisasi sekarang ini, industri kimia mengalami
perkembangan yang sangat pesat, jumlahnya dari tahun ke tahun semakin
meningkat pesat, seiring dengan meningkatnya jumlah industri tersebut,
kebutuhan terhadap bahan baku juga semakin besar. Selain meningkatnya
kebutuhan bahan baku untuk industri, meningkatnya jumlah industri tersebut
berpengaruh terhadap meningkatnya kebutuhan tenaga kerja. Salah satu bahan
kimia yang dibutuhkan adalah Propilen glikol.
Propilen glikol yang disebut juga 1.2-propanediol merupakan salah
satu bahan kimia yang memiliki banyak fungsi dan digunakan di berbagai
industri kimia, antara lain :
1. Dalam industri makanan digunakan sebagai pengawet makanan.
2. Dalam industri kosmetik berfungsi sebagai pelembut dan pelembab.
3. Sebagai salah satu formula dalam industri farmasi.
4. Sebagai addictive dalam industri produksi cat, yang berfungsi sebagai
pengatur atau penstabil viscositas dan warna.
(Kirk dan Othmer, 1992)
Konsumsi industri dalam negeri terhadap propilen glikol dalam kurun
waktu 10 tahun terakhir ini semakin meningkat, namun belum ada satupun
industri kimia dalam negeri yang memproduksi Propilen glikol, sehingga
untuk mencukupi kebutuhan propilen glikol Indonesia harus impor hal ini
menunjukkan bahwa sangat diperlukan mendirikan pabrik propilen glikol di
Indonesia.
1.2 Tujuan pendirian pabrik
Dengan mendirikan pabrik ini maka dapa tmencukupi kebutuhan
propilen glikol didalam maupun luar negeri, sehingga dapat memberikan
pemasukan devisa bagi negara.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Macam-macam proses
Propilen glikol dapat diproduksi dengan cara hidrolisis propilen
oksida dengan air yang berlebih. Bisa juga dengan cara menambahkan
methanol pada reaktan yang berfungsi sebagai diluent karena propilen
oksida tidak larut dalam air.
Produksi propilen glikol dapat dilakukan dengan 3 proses, antara lain :
1. Hidrasi propilen oksida tanpa katalis
Reaksi :
CH2 – CH – CH3 + H2O → CH3 – CH – CH2
(1.2)
O
OH OH
Konversi yang dihasilkan dari proses ini mencapai 90%. Proses ini
berlangsung pada temperatur 120-190⁰C dengan tekanan 2.170 kPa.
(Chan dan Seider, 2004).
2. Hidrasi propilen oksida dengan katalis asam
Reaksi :
H+
CH2 – CH – CH3 + H2O → CH3 – CH – CH2
(1.3)
O
OH OH
Untuk proses ini telah dilakukan penelitian oleh Chan dan Seider pada
tahun 2004 dengan cara mereaksikan 43,04 lbmol propilen oksida
dengan 802,8 lbmol air dan 71,87 lbmol methanol sebagai diluent serta
20 lbmol asam sulfat sebagai katalis. Proses ini berlangsung pada
kondisi operasi 77-93⁰F dengan tekanan 1 atm. Diperoleh konversi
sebesar 95,5%.
(Chan dan Seider, 2004).
3. Hidrasi propilen oksida dengan katalis basa
Reaksi :
OHCH2 – CH – CH3 + H2O → CH3 – CH – CH2
(1.4)
O
OH OH
Proses produksi propilen glikol dengan katalis basa brlangsung pada
temperatur 70⁰C dengan tekanan 1 atm. Konversi yang dihasilkan 70%.
(Chan dan Seider, 2004).
Dengan memperhatikan kondisi proses (suhu dan tekanan)
serta konversi yang dihasilkan dari berbagai proses pembutan propilen
glikol dipilih proses hidrasi propilen oksida dengan katalis asam.
2.1.1
Kegunaan Produk
Propilen glikol secara luas digunakan dalam dunia industri kimia
makanan, yaitu sebagai solvent zat pewarna makanan, dan inhibitor
fermentasi makanan. Pada bidang farmasi dan obat-obatan digunakan
sebagai softening agent. Pada bidang otomotif sebagai pelumas mesin.
Dapat juga digunakan sebagai pembersih air yang membeku dalam lemari
es.
METODE PENELITIAN
3.1.Konsep Proses
3.1.1. Kondisi operasi
Reaksi produksi propilen glikol terjadi dalam reaktor alir tangki
berpengaduk (RATB) dengan kondisi operasi sebagai berikut :
Temperatur
: 32⁰C
Tekanan
: 1 atm
Fase
: cair
Perbandingan mol C3H6O : H2O
: 43,04 lbmol : 802,80 lbmol
Sifat reaksi
: eksotermis, irreversible
Kondisi operasi
: isotermal
Konversi
: 99,95%
(Chan dan Seider, 2004)
Kondisi operasi dipilih berdasarkan pertimbangan bahwa pada kondisi
tersebut laju pembentukan propilen glikol sangat optimal dan aman.
3.1.2. Mekanisme reaksi
Hidrasi propilen glikol menggunakan katalis asam disebut juga reaksi
spontan terjadi menurut reaksi berikut :
Reaksi :
H+
CH2 – CH – CH3 + H2O → CH3 – CH – CH2
(2.1)
O
OH OH
Propilen okside sangat reaktif terhadap senyawa yang mengandung ion
hidrogen labil, seperti air, amonia dan asam organik. H2O tertarik ke
propilen oksida kemudian terjadi pemecahan atom H pada H2O yang
kamudian berikatan dengan molekul propilen oksida membentuk
molekul propilen glikol.
(Kirk dan Othmer, 1992)
3.1.3. Tinjauan kinetika
Dengan membuat reaktan air berlebih, maka reaksi hidrasi propilen
oksida dengan air dinyatakan sebagai reaksi orde 1, dengan persamaan
kecepatan reaksi (-r A) :
-r A = kCA
(2.2)
(-E/RT)
K = A exp
(2.3)
Dimana :
k = konstanta kecepatan reaksi hidrasi propilen oksida menjadi
propilen glikol
CA = konsentrasi propilen oksida (kmol/jam)
A = faktor pre ekponential
= 4,711 x 109 /detik
R = konstanta gas ideal
= 1,9872 Btu/lbmol.R
3.1.4. Tinjauan termodinamika
Hidrasi propilen oksida menjadi propilen glikol berlangsung satu arah
(irreversible), karena harga kesetimbangan (K) sangat besar.
Reaksi :
C3H6O + H2O → C3H8O2
(2.4)
Harga konstanta kesetimbangan dapat dievaluasi menggunakan data
termodinamika energi bebas gibbs, sebagaimana ditunjukkan dalam
perhitungan berikut :
Tabel 2.1. Harga ΔGof masing-masing komponen
No
Komponen
ΔGof 298K (kJ/mol)
1 C3H6O
-25,77
2 H2O
-228,60
3 C3H8O2
-304,48
(Yaws, 1999)
o
o
o
Total ΔG f 298K = ∑ ΔG f (produk) - ∑ ΔG f (reaktan)
=-304,48 kJ/mol – (-25,77 kJ/mol + (-228,60 kJ/mol))
= -50,11 kJ/mol
= -50.110 kJ/kmol
Konstanta kesetimbangan pada saat Treff = 298 K
ΔGof = -RT LnK
Keterangan :
ΔGof = Energi bebas Gibbs standar (kJ/kmol)
K298K = Konstanta kesetimbangan
= 607.263.583
Nilai konstanta kesetimbangan reaksi pada temperatur 32⁰C :
Harga ΔHof masing-masing komponen pada temperatur 298 K adalah
sebgai berikut :
Tabel 2.2. Harga ΔHof masing-masing komponen
No
Komponen
ΔHof 298K (kJ/mol)
1 C3H6O
-92,76
2 H2O
-241,8
3 C3H8O2
-421,5
(Yaws,1999)
o
o
o
ΔH R 298K
= ∑ ΔH f (produk) - ∑ ΔH f (reaktan)
= -421,5 kJ/mol – (-92,76 kJ/mol +(-241,8 kJ/mol))
= -86,94 kJ/mol
= -86.940 kJ/kmol
o
Harga ΔH R menunjukkan harga negatif sehingga reaksi merupakan
reaksi eksotermis. Untuk nilai K pada temperatur operasi (T = 32 oC),
adalah :
= 0,45
K305 = 0,45 x K298 K
= 0,45 x 607.263.583
= 271.412.256,20
Karena harga K yang sangat besar, maka reaksi produksi propilen glikol
merupakan reaksi searah (irreversible).
3.1.5
Langkah proses
Proses produksi propilen glikol menggunakan bahan baku propilen
oksida dan air secara garis besar dibedakan menjadi 4 tahap, yaitu :
1. Tahap persiapan bahan baku
Dalam tahap ini dilakukan pencampuran bahan baku yang terdiri
dari propilen oksida, air dan metanol di dalam mixer . Penggunaan
metanol ditujukan agar propilen oksida dapat tercampur sempurna
dengan air. Suhu operasi mixer yaitu 32⁰C dengan tekanan 1 atm.
Bahan baku air proses diperoleh dari utilitas sedangkan bahan baku
propilen oksida disimpan dalam kondisi cair dengan kemurnian
99,95% dan disimpan dalam tanki dengan temperatur penyimpanan
32⁰C dan tekanan 1 atm. Pencampuran di mixer juga melibatkan
arus recycle dari hasil atas dekanter. Hasil dari mixer kemudian
dialirkan kedalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (R-01).
2. Tahap reaksi
Dengan menggunakan optimasi terhadap jumlah reaktor, maka
reaktor yang digunakan sebanyak 2 buah. Dalam reaktor R-01
konversi yang dihasilkan sebesar 88%, sedangkan dalam reaktor R02 konversi menjadi 97%.
Reaksi hidrasi dimaksudkan untuk mereaksikan bahan baku
propilen oksida dengan air didalam reaktor R-01 yang bereaksi
dalam kondisi operasi 32⁰C dan tekanan 1 atm. Di dalam R-01 juga
ditambahkan katalis asam sulfat. Setelah konversi 88%, hasil R-01
dialirkan ke R-02 untuk meningkatkan konversi menjadi 97%.
Reaksi berlangsung eksotermis, sehingga reaktor perlu diberi jaket
pendingin untuk menjaga temperatur operasi agar stabil.
3. Tahap netralisasi
Setelah dari reaktor R-02 kemudian diumpankan menuju MD-01
untuk mengambil katalis asam sulfat agar bisa digunakan lagi. Dari
MD-01 diumpankan menuju netralizer untuk menetralkan produk
yang masih mengandung sedikit asam sulfat. Didalam netralizer
asam sulfat dinetralkan dengan menambahkan NaOH yang
dialirkan dari unit utilitas.
4. Tahap pemurnian produk
Dalam tahap ini ditujukan untuk memurnikan produk yang masih
bercampur dengan propilen oksida dan metanol. Produk dari
netralizer dimasukkan kedalam Rotary drum vacum filter untuk
mengendapkan natrium sulfat yang terbentuk, kemudian hasil dari
rotary drum vacum filter yang berupa cairan dimasukkan kedalam
dekanter untuk memisahkan propilen oksida-metanol dan propilen
glikol-air. Produk atas (propilen oksida-metanol direcycle kembali
ke mixer dan produk bawah (propilen glikol-air) diumpankan ke
MD-02 untuk memperoleh kemurnian 99,95%.
HASIL PENELITIAN
Pabrik propilen glikol dengan kapasitas 429.000 ton per tahun ini
membutuhkan bahan baku propilen oksida sebanyak 329.996,19 ton per tahun dan
air sebanyak 2.429.901,67 ton per tahun. Utilitas yang dibutuhkan dalam setiap
tahunnya antara lain 13.071.371,57 ton air, 2.360.126,57 ton steam, 9.015.028,70
liter bahan bakar, 37.725.348,67 kW listrik. 10.866.905,36 ton brine solution 20%
dan 659.311,49 m3 udara tekan.
Dari hasil analisis ekonomi diperoleh hasil yaitu Percent Return On
Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 69,72% dan setelah pajak sebesar
48,80%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar 1,25 tahun sedangkan
setelah pajak sebesar 1,7 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 41,60%, dan
Shut Down Point (SDP) sebesar 30,38%. Discounted Cash Flow (DCF) sebesar
54,42%. Berdasarkan data di atas maka pabrik propilen glikol dari propilen oksida
dan air ini layak untuk didirikan.
KESIMPULAN
Analisa kelayakan ekonomi pabrik propilen glikol dinyatakan sebagai
berikut:
1. Kentungan sebelum pajak sebesar Rp. 2.416.473.352.929,48 per tahun dan
keuntungan setelah pajak sebesar Rp. 1.691.531.347.050,64 per tahun.
2. ROI (Return On Investment) sebelum pajak adalah 69,72%.
ROI (Return On Investment) sesudah pajak adalah 48,80%.
ROI (Return On Invesment) sebelum pajak untuk pabrik beresiko rendah
minimal 11% (Aries dan Newton, 1995).
3. POT (Pay Out Time) sebelum pajak adalah 1,25 tahun
POT (Pay Out Time) sesudah pajak adalah 1,7 tahun
POT (Pay Out Time) sebelum pajak untuk pabrik beresiko rendah
maksimal 5 tahun (Aries dan Newton, 1995).
4. BEP (Break Event Point) adalah 42,70% dan SDP (Shut Down Point)
adalah 28%. BEP untuk pabrik kimia pada umumnya berkisar antara 40%60%.
5. DCF (Discounted Cash Flow) adalah 54,42%. DCF yang dapat diterima
harus lebih besar dari bunga pinjaman di bank. Besarnya DCF untuk
pabrik beresiko rendah minimal 1,5 kali besarnya bunga bank. Untuk
perancangan pabrik propilen glikol ini bunga bank diperkirakan sebesar
37,5%.
Berdasarkan hasil dari analisa kelayakan ekonomi tersebut diperoleh
kesimpulan bahwa pabrik propilen glikol layak untuk didirikan dan dikaji lebih
lanjut.
DAFTAR PUSTAKA
Aries, R.S., Newton, RD., 1955, Chemical Engineering Cost Estimation ,
Mc.Graw Hill Book Company Inc, New York, Toronto, London.
Arinta, 2011, Macam-macam Struktur Organisasi, http:// arinta.blogspot.
com/2011/05/macam-macam struktur organisasi.html, diakses Jum’at, 2
Maret 2012, pukul 17.25.
Badan Pusat Statistik, 2011, Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia , http:
www.bps.go.id, diakses Jum’at, 25 Mei 2012, pukul 19:15 WIB.
Bardan, T.B., 2004, Belajar Merancang Pabrik Kimia (Bagian III): Sistem
Pengendalian dan Sistem Manajemen Pabrik serta Kajian Kelayakan
Ekonomi, http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/teknologi tepat_guna
/belajar_merancang_pabrik_kimia_bagian_III_sistem_pengendalian_dan
_sistem_manajemen_pabrik_serta_kajian_kelayakan_ekonomi, diakses
Jum’at, 2 Maret 2012, pukul 17.33.
Brown, G. G., 1978, Unit Operations, John Wiley and sons, Inc, New York.
Brownell, L. E., and Young, E. H. 1979, Process Equipment Design, Wiley
Easthern Limited, New Delhi.
Chan, Arthur., and Seider, Warren D., 2004, Batch Manufacture of Propylene
Glycol, Department of Chemical and Biomolecular Engineering
University of Pennsylvania, Pennsylvania.
Coulson, J. M. and Richardson, J. F., 1983, Chemical Engineering, 1st edition,
Volume 6, Pergason Press, Oxford.
EEA, 2011, Peralatan Energi Panas: Boiler & Pemanas Fluida Termis , UNEP.
Fessenden, Ralph J. and Fessenden, Joan. S.,1992, Kimia Organik, Erlangga.
Jakarta.
Hanum, F, 2002, Proses Pengolahan Air Sungai Untuk Keperluan Air Minum,
Fakultas Teknik Program Studi Teknik Kimia Universitas Sumatera
Utara.
Kakap, 2011, Udara Tekan dan Penggunaanya , http://kakap. wordpress.
com/2011/03/31/udara-tekan-dan-penggunaannya.
Kern, D.Q., 1950, Process Heat Transfer , Mc. Graw-Hill International Book
Company Inc., New York.
Kirk, R.E. and Othmer, D.F., 1992, Encyclopaedia of Chemical Technology, 3rd
medition, vol. 12, Interscience Publishing Inc., New York.
Kirk, R.E. and Othmer, D.F., 1992, Encyclopaedia of Chemical Technology, 3rd
edition, vol. 16, Interscience Publishing Inc., New York.
Mc Ketta, John, J., Cunningham W.A., 1984, Encyclopedia of Chemical
Processing and Design, Vol 20, Marcel Dekker Inc, New York.
Nurani,
2010, Pengertian Air Pendingin dan Karakteristiknya , http://
anakmangkang.blogspot.com/2010/07/pengertian-air-pendingin.html.
Permenkes, 2010, Persyaratan Kualitas Air Minum, Menteri Kesehatan Republik
Indonesia.
Peters and Timmerhaus, 1991, Plant Design and Economics for Chemical
Engineers, 4th ed, McGraw-Hill International Edition Chemical and
Petroleum Engineering Series
Perry’s, R.H., and Green, D., 1999, Perry’s Chemical Engineer’s Hand Book, 7th
edition, Mc. Graw Hill Book Company Inc., New York.
Powel, S.T., 1954, Water Containing for Industry, 1st ed, Mc.Graw Hill Book
Company Inc, New York, Toronto, London.
PT Petrokimia Gesik, 2002, Asam Sulfat, http://www.petrokimia-gresik.com
Rase, H. F, 1987, Chemical Reactor Design for Process Plant, vol. 1& 2, Mc.
Graw Hill Book Company Inc., Singapore.
Said and Ruliasih, 2011, Pengolahan Air Sungai Skala Rumah Tangga secara
Kontinyu, hal. 284-305.
Smith, J. M. and Van Ness, H. C., 1987, “Introduction to Chemical Engineering
Thermodynamic”, 3 edition, McGraw-Hill Kogakusha Ltd, Tokyo.
Sukandar, D, 2011, Perseroan Terbatas, http://legalakses.com. Diakses Selasa, 14
Pebruari 2011, pukul 15:24.
Sulaksono, B, 2010, Kelebihan dan Kelemahan Perseroan Terbatas ,
http://guslak.blogspot.com. Diakses Selasa, 14 Pebruari 2011, pukul
15.46.
Yahya, 2011, Break Event Point (BEP), http:// amrinyahya. blogspot. com/
2011_04_01_archive.html, diakses Jum’at, 3 Maret 2012, Pukul 14.12.
Yaws, 1979, Thermodynamic and Physical Properties Data, Mc Graw Hill Book
Co., Singapore.
PRARANCANGAN PABRIK PROPILEN GLIKOL
DARI PROPILEN OKSIDA DAN AIR
KAPASITAS 429.000 TON PER TAHUN
Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Meraih Gelar Sarjana Teknik
Strata Satu pada Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oleh :
Agus Sulistiyono
D 500 080 008
Dosen Pembimbing
1. Dr. Ahmad M. Fuadi.
2. Rois Fatoni. Ph.D
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SURAKARTA
2012
INTISARI
Prarancangan pabrik Propilen Glikol dimaksudkan untuk memenuhi
kebutuhan propilen glikol dalam negeri dan tidak menutup kemungkinan untuk
diekspor. Propilen glikol dibuat melalui reaksi hidrasi propilen oksida dan air
dengan katalis asam sulfat. Proses produksi propilen glikol dilakukan di dalam
Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB). Reaksi berlangsung pada fase cair,
suhu 32ºC dan tekanan 1 atm. Untuk memurnikan propilen glikol dilakukan
proses dekantasi dan destilasi sehingga diperoleh produk propilen glikol dengan
kemurnian 99,95%.
Pabrik propilen glikol dengan kapasitas 429.000 ton per tahun ini
membutuhkan bahan baku propilen oksida sebanyak 329.996,19 ton per tahun
dan air sebanyak 2.429.901,67 ton per tahun. Utilitas yang dibutuhkan dalam
setiap tahunnya antara lain 13.071.371,57 ton air, 2.360.126,57 ton steam,
9.015.028,70 liter bahan bakar, 37.725.348,67 kW listrik. 10.866.905,36 ton brine
solution 20% dan 659.311,49 m3 udara tekan.
Dari hasil analisis ekonomi diperoleh hasil yaitu Percent Return On
Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 69,72% dan setelah pajak sebesar
48,80%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar 1,25 tahun sedangkan
setelah pajak sebesar 1,7 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 41,60%, dan
Shut Down Point (SDP) sebesar 30,38%. Discounted Cash Flow (DCF) sebesar
54,42%. Berdasarkan data di atas maka pabrik propilen glikol dari propilen
oksida dan air ini layak untuk didirikan.
Kata kunci : propilen glikol, hidrasi, RATB
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik
Dalam era industrialisasi sekarang ini, industri kimia mengalami
perkembangan yang sangat pesat, jumlahnya dari tahun ke tahun semakin
meningkat pesat, seiring dengan meningkatnya jumlah industri tersebut,
kebutuhan terhadap bahan baku juga semakin besar. Selain meningkatnya
kebutuhan bahan baku untuk industri, meningkatnya jumlah industri tersebut
berpengaruh terhadap meningkatnya kebutuhan tenaga kerja. Salah satu bahan
kimia yang dibutuhkan adalah Propilen glikol.
Propilen glikol yang disebut juga 1.2-propanediol merupakan salah
satu bahan kimia yang memiliki banyak fungsi dan digunakan di berbagai
industri kimia, antara lain :
1. Dalam industri makanan digunakan sebagai pengawet makanan.
2. Dalam industri kosmetik berfungsi sebagai pelembut dan pelembab.
3. Sebagai salah satu formula dalam industri farmasi.
4. Sebagai addictive dalam industri produksi cat, yang berfungsi sebagai
pengatur atau penstabil viscositas dan warna.
(Kirk dan Othmer, 1992)
Konsumsi industri dalam negeri terhadap propilen glikol dalam kurun
waktu 10 tahun terakhir ini semakin meningkat, namun belum ada satupun
industri kimia dalam negeri yang memproduksi Propilen glikol, sehingga
untuk mencukupi kebutuhan propilen glikol Indonesia harus impor hal ini
menunjukkan bahwa sangat diperlukan mendirikan pabrik propilen glikol di
Indonesia.
1.2 Tujuan pendirian pabrik
Dengan mendirikan pabrik ini maka dapa tmencukupi kebutuhan
propilen glikol didalam maupun luar negeri, sehingga dapat memberikan
pemasukan devisa bagi negara.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Macam-macam proses
Propilen glikol dapat diproduksi dengan cara hidrolisis propilen
oksida dengan air yang berlebih. Bisa juga dengan cara menambahkan
methanol pada reaktan yang berfungsi sebagai diluent karena propilen
oksida tidak larut dalam air.
Produksi propilen glikol dapat dilakukan dengan 3 proses, antara lain :
1. Hidrasi propilen oksida tanpa katalis
Reaksi :
CH2 – CH – CH3 + H2O → CH3 – CH – CH2
(1.2)
O
OH OH
Konversi yang dihasilkan dari proses ini mencapai 90%. Proses ini
berlangsung pada temperatur 120-190⁰C dengan tekanan 2.170 kPa.
(Chan dan Seider, 2004).
2. Hidrasi propilen oksida dengan katalis asam
Reaksi :
H+
CH2 – CH – CH3 + H2O → CH3 – CH – CH2
(1.3)
O
OH OH
Untuk proses ini telah dilakukan penelitian oleh Chan dan Seider pada
tahun 2004 dengan cara mereaksikan 43,04 lbmol propilen oksida
dengan 802,8 lbmol air dan 71,87 lbmol methanol sebagai diluent serta
20 lbmol asam sulfat sebagai katalis. Proses ini berlangsung pada
kondisi operasi 77-93⁰F dengan tekanan 1 atm. Diperoleh konversi
sebesar 95,5%.
(Chan dan Seider, 2004).
3. Hidrasi propilen oksida dengan katalis basa
Reaksi :
OHCH2 – CH – CH3 + H2O → CH3 – CH – CH2
(1.4)
O
OH OH
Proses produksi propilen glikol dengan katalis basa brlangsung pada
temperatur 70⁰C dengan tekanan 1 atm. Konversi yang dihasilkan 70%.
(Chan dan Seider, 2004).
Dengan memperhatikan kondisi proses (suhu dan tekanan)
serta konversi yang dihasilkan dari berbagai proses pembutan propilen
glikol dipilih proses hidrasi propilen oksida dengan katalis asam.
2.1.1
Kegunaan Produk
Propilen glikol secara luas digunakan dalam dunia industri kimia
makanan, yaitu sebagai solvent zat pewarna makanan, dan inhibitor
fermentasi makanan. Pada bidang farmasi dan obat-obatan digunakan
sebagai softening agent. Pada bidang otomotif sebagai pelumas mesin.
Dapat juga digunakan sebagai pembersih air yang membeku dalam lemari
es.
METODE PENELITIAN
3.1.Konsep Proses
3.1.1. Kondisi operasi
Reaksi produksi propilen glikol terjadi dalam reaktor alir tangki
berpengaduk (RATB) dengan kondisi operasi sebagai berikut :
Temperatur
: 32⁰C
Tekanan
: 1 atm
Fase
: cair
Perbandingan mol C3H6O : H2O
: 43,04 lbmol : 802,80 lbmol
Sifat reaksi
: eksotermis, irreversible
Kondisi operasi
: isotermal
Konversi
: 99,95%
(Chan dan Seider, 2004)
Kondisi operasi dipilih berdasarkan pertimbangan bahwa pada kondisi
tersebut laju pembentukan propilen glikol sangat optimal dan aman.
3.1.2. Mekanisme reaksi
Hidrasi propilen glikol menggunakan katalis asam disebut juga reaksi
spontan terjadi menurut reaksi berikut :
Reaksi :
H+
CH2 – CH – CH3 + H2O → CH3 – CH – CH2
(2.1)
O
OH OH
Propilen okside sangat reaktif terhadap senyawa yang mengandung ion
hidrogen labil, seperti air, amonia dan asam organik. H2O tertarik ke
propilen oksida kemudian terjadi pemecahan atom H pada H2O yang
kamudian berikatan dengan molekul propilen oksida membentuk
molekul propilen glikol.
(Kirk dan Othmer, 1992)
3.1.3. Tinjauan kinetika
Dengan membuat reaktan air berlebih, maka reaksi hidrasi propilen
oksida dengan air dinyatakan sebagai reaksi orde 1, dengan persamaan
kecepatan reaksi (-r A) :
-r A = kCA
(2.2)
(-E/RT)
K = A exp
(2.3)
Dimana :
k = konstanta kecepatan reaksi hidrasi propilen oksida menjadi
propilen glikol
CA = konsentrasi propilen oksida (kmol/jam)
A = faktor pre ekponential
= 4,711 x 109 /detik
R = konstanta gas ideal
= 1,9872 Btu/lbmol.R
3.1.4. Tinjauan termodinamika
Hidrasi propilen oksida menjadi propilen glikol berlangsung satu arah
(irreversible), karena harga kesetimbangan (K) sangat besar.
Reaksi :
C3H6O + H2O → C3H8O2
(2.4)
Harga konstanta kesetimbangan dapat dievaluasi menggunakan data
termodinamika energi bebas gibbs, sebagaimana ditunjukkan dalam
perhitungan berikut :
Tabel 2.1. Harga ΔGof masing-masing komponen
No
Komponen
ΔGof 298K (kJ/mol)
1 C3H6O
-25,77
2 H2O
-228,60
3 C3H8O2
-304,48
(Yaws, 1999)
o
o
o
Total ΔG f 298K = ∑ ΔG f (produk) - ∑ ΔG f (reaktan)
=-304,48 kJ/mol – (-25,77 kJ/mol + (-228,60 kJ/mol))
= -50,11 kJ/mol
= -50.110 kJ/kmol
Konstanta kesetimbangan pada saat Treff = 298 K
ΔGof = -RT LnK
Keterangan :
ΔGof = Energi bebas Gibbs standar (kJ/kmol)
K298K = Konstanta kesetimbangan
= 607.263.583
Nilai konstanta kesetimbangan reaksi pada temperatur 32⁰C :
Harga ΔHof masing-masing komponen pada temperatur 298 K adalah
sebgai berikut :
Tabel 2.2. Harga ΔHof masing-masing komponen
No
Komponen
ΔHof 298K (kJ/mol)
1 C3H6O
-92,76
2 H2O
-241,8
3 C3H8O2
-421,5
(Yaws,1999)
o
o
o
ΔH R 298K
= ∑ ΔH f (produk) - ∑ ΔH f (reaktan)
= -421,5 kJ/mol – (-92,76 kJ/mol +(-241,8 kJ/mol))
= -86,94 kJ/mol
= -86.940 kJ/kmol
o
Harga ΔH R menunjukkan harga negatif sehingga reaksi merupakan
reaksi eksotermis. Untuk nilai K pada temperatur operasi (T = 32 oC),
adalah :
= 0,45
K305 = 0,45 x K298 K
= 0,45 x 607.263.583
= 271.412.256,20
Karena harga K yang sangat besar, maka reaksi produksi propilen glikol
merupakan reaksi searah (irreversible).
3.1.5
Langkah proses
Proses produksi propilen glikol menggunakan bahan baku propilen
oksida dan air secara garis besar dibedakan menjadi 4 tahap, yaitu :
1. Tahap persiapan bahan baku
Dalam tahap ini dilakukan pencampuran bahan baku yang terdiri
dari propilen oksida, air dan metanol di dalam mixer . Penggunaan
metanol ditujukan agar propilen oksida dapat tercampur sempurna
dengan air. Suhu operasi mixer yaitu 32⁰C dengan tekanan 1 atm.
Bahan baku air proses diperoleh dari utilitas sedangkan bahan baku
propilen oksida disimpan dalam kondisi cair dengan kemurnian
99,95% dan disimpan dalam tanki dengan temperatur penyimpanan
32⁰C dan tekanan 1 atm. Pencampuran di mixer juga melibatkan
arus recycle dari hasil atas dekanter. Hasil dari mixer kemudian
dialirkan kedalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (R-01).
2. Tahap reaksi
Dengan menggunakan optimasi terhadap jumlah reaktor, maka
reaktor yang digunakan sebanyak 2 buah. Dalam reaktor R-01
konversi yang dihasilkan sebesar 88%, sedangkan dalam reaktor R02 konversi menjadi 97%.
Reaksi hidrasi dimaksudkan untuk mereaksikan bahan baku
propilen oksida dengan air didalam reaktor R-01 yang bereaksi
dalam kondisi operasi 32⁰C dan tekanan 1 atm. Di dalam R-01 juga
ditambahkan katalis asam sulfat. Setelah konversi 88%, hasil R-01
dialirkan ke R-02 untuk meningkatkan konversi menjadi 97%.
Reaksi berlangsung eksotermis, sehingga reaktor perlu diberi jaket
pendingin untuk menjaga temperatur operasi agar stabil.
3. Tahap netralisasi
Setelah dari reaktor R-02 kemudian diumpankan menuju MD-01
untuk mengambil katalis asam sulfat agar bisa digunakan lagi. Dari
MD-01 diumpankan menuju netralizer untuk menetralkan produk
yang masih mengandung sedikit asam sulfat. Didalam netralizer
asam sulfat dinetralkan dengan menambahkan NaOH yang
dialirkan dari unit utilitas.
4. Tahap pemurnian produk
Dalam tahap ini ditujukan untuk memurnikan produk yang masih
bercampur dengan propilen oksida dan metanol. Produk dari
netralizer dimasukkan kedalam Rotary drum vacum filter untuk
mengendapkan natrium sulfat yang terbentuk, kemudian hasil dari
rotary drum vacum filter yang berupa cairan dimasukkan kedalam
dekanter untuk memisahkan propilen oksida-metanol dan propilen
glikol-air. Produk atas (propilen oksida-metanol direcycle kembali
ke mixer dan produk bawah (propilen glikol-air) diumpankan ke
MD-02 untuk memperoleh kemurnian 99,95%.
HASIL PENELITIAN
Pabrik propilen glikol dengan kapasitas 429.000 ton per tahun ini
membutuhkan bahan baku propilen oksida sebanyak 329.996,19 ton per tahun dan
air sebanyak 2.429.901,67 ton per tahun. Utilitas yang dibutuhkan dalam setiap
tahunnya antara lain 13.071.371,57 ton air, 2.360.126,57 ton steam, 9.015.028,70
liter bahan bakar, 37.725.348,67 kW listrik. 10.866.905,36 ton brine solution 20%
dan 659.311,49 m3 udara tekan.
Dari hasil analisis ekonomi diperoleh hasil yaitu Percent Return On
Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 69,72% dan setelah pajak sebesar
48,80%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar 1,25 tahun sedangkan
setelah pajak sebesar 1,7 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 41,60%, dan
Shut Down Point (SDP) sebesar 30,38%. Discounted Cash Flow (DCF) sebesar
54,42%. Berdasarkan data di atas maka pabrik propilen glikol dari propilen oksida
dan air ini layak untuk didirikan.
KESIMPULAN
Analisa kelayakan ekonomi pabrik propilen glikol dinyatakan sebagai
berikut:
1. Kentungan sebelum pajak sebesar Rp. 2.416.473.352.929,48 per tahun dan
keuntungan setelah pajak sebesar Rp. 1.691.531.347.050,64 per tahun.
2. ROI (Return On Investment) sebelum pajak adalah 69,72%.
ROI (Return On Investment) sesudah pajak adalah 48,80%.
ROI (Return On Invesment) sebelum pajak untuk pabrik beresiko rendah
minimal 11% (Aries dan Newton, 1995).
3. POT (Pay Out Time) sebelum pajak adalah 1,25 tahun
POT (Pay Out Time) sesudah pajak adalah 1,7 tahun
POT (Pay Out Time) sebelum pajak untuk pabrik beresiko rendah
maksimal 5 tahun (Aries dan Newton, 1995).
4. BEP (Break Event Point) adalah 42,70% dan SDP (Shut Down Point)
adalah 28%. BEP untuk pabrik kimia pada umumnya berkisar antara 40%60%.
5. DCF (Discounted Cash Flow) adalah 54,42%. DCF yang dapat diterima
harus lebih besar dari bunga pinjaman di bank. Besarnya DCF untuk
pabrik beresiko rendah minimal 1,5 kali besarnya bunga bank. Untuk
perancangan pabrik propilen glikol ini bunga bank diperkirakan sebesar
37,5%.
Berdasarkan hasil dari analisa kelayakan ekonomi tersebut diperoleh
kesimpulan bahwa pabrik propilen glikol layak untuk didirikan dan dikaji lebih
lanjut.
DAFTAR PUSTAKA
Aries, R.S., Newton, RD., 1955, Chemical Engineering Cost Estimation ,
Mc.Graw Hill Book Company Inc, New York, Toronto, London.
Arinta, 2011, Macam-macam Struktur Organisasi, http:// arinta.blogspot.
com/2011/05/macam-macam struktur organisasi.html, diakses Jum’at, 2
Maret 2012, pukul 17.25.
Badan Pusat Statistik, 2011, Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia , http:
www.bps.go.id, diakses Jum’at, 25 Mei 2012, pukul 19:15 WIB.
Bardan, T.B., 2004, Belajar Merancang Pabrik Kimia (Bagian III): Sistem
Pengendalian dan Sistem Manajemen Pabrik serta Kajian Kelayakan
Ekonomi, http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/teknologi tepat_guna
/belajar_merancang_pabrik_kimia_bagian_III_sistem_pengendalian_dan
_sistem_manajemen_pabrik_serta_kajian_kelayakan_ekonomi, diakses
Jum’at, 2 Maret 2012, pukul 17.33.
Brown, G. G., 1978, Unit Operations, John Wiley and sons, Inc, New York.
Brownell, L. E., and Young, E. H. 1979, Process Equipment Design, Wiley
Easthern Limited, New Delhi.
Chan, Arthur., and Seider, Warren D., 2004, Batch Manufacture of Propylene
Glycol, Department of Chemical and Biomolecular Engineering
University of Pennsylvania, Pennsylvania.
Coulson, J. M. and Richardson, J. F., 1983, Chemical Engineering, 1st edition,
Volume 6, Pergason Press, Oxford.
EEA, 2011, Peralatan Energi Panas: Boiler & Pemanas Fluida Termis , UNEP.
Fessenden, Ralph J. and Fessenden, Joan. S.,1992, Kimia Organik, Erlangga.
Jakarta.
Hanum, F, 2002, Proses Pengolahan Air Sungai Untuk Keperluan Air Minum,
Fakultas Teknik Program Studi Teknik Kimia Universitas Sumatera
Utara.
Kakap, 2011, Udara Tekan dan Penggunaanya , http://kakap. wordpress.
com/2011/03/31/udara-tekan-dan-penggunaannya.
Kern, D.Q., 1950, Process Heat Transfer , Mc. Graw-Hill International Book
Company Inc., New York.
Kirk, R.E. and Othmer, D.F., 1992, Encyclopaedia of Chemical Technology, 3rd
medition, vol. 12, Interscience Publishing Inc., New York.
Kirk, R.E. and Othmer, D.F., 1992, Encyclopaedia of Chemical Technology, 3rd
edition, vol. 16, Interscience Publishing Inc., New York.
Mc Ketta, John, J., Cunningham W.A., 1984, Encyclopedia of Chemical
Processing and Design, Vol 20, Marcel Dekker Inc, New York.
Nurani,
2010, Pengertian Air Pendingin dan Karakteristiknya , http://
anakmangkang.blogspot.com/2010/07/pengertian-air-pendingin.html.
Permenkes, 2010, Persyaratan Kualitas Air Minum, Menteri Kesehatan Republik
Indonesia.
Peters and Timmerhaus, 1991, Plant Design and Economics for Chemical
Engineers, 4th ed, McGraw-Hill International Edition Chemical and
Petroleum Engineering Series
Perry’s, R.H., and Green, D., 1999, Perry’s Chemical Engineer’s Hand Book, 7th
edition, Mc. Graw Hill Book Company Inc., New York.
Powel, S.T., 1954, Water Containing for Industry, 1st ed, Mc.Graw Hill Book
Company Inc, New York, Toronto, London.
PT Petrokimia Gesik, 2002, Asam Sulfat, http://www.petrokimia-gresik.com
Rase, H. F, 1987, Chemical Reactor Design for Process Plant, vol. 1& 2, Mc.
Graw Hill Book Company Inc., Singapore.
Said and Ruliasih, 2011, Pengolahan Air Sungai Skala Rumah Tangga secara
Kontinyu, hal. 284-305.
Smith, J. M. and Van Ness, H. C., 1987, “Introduction to Chemical Engineering
Thermodynamic”, 3 edition, McGraw-Hill Kogakusha Ltd, Tokyo.
Sukandar, D, 2011, Perseroan Terbatas, http://legalakses.com. Diakses Selasa, 14
Pebruari 2011, pukul 15:24.
Sulaksono, B, 2010, Kelebihan dan Kelemahan Perseroan Terbatas ,
http://guslak.blogspot.com. Diakses Selasa, 14 Pebruari 2011, pukul
15.46.
Yahya, 2011, Break Event Point (BEP), http:// amrinyahya. blogspot. com/
2011_04_01_archive.html, diakses Jum’at, 3 Maret 2012, Pukul 14.12.
Yaws, 1979, Thermodynamic and Physical Properties Data, Mc Graw Hill Book
Co., Singapore.