NASKAH PUBLIKASI Prarancangan Pabrik Resin Fenol Formaldehida Dari Fenol Dan Formaldehida Dengan Katalis Asam Sulfat Kapasitas 35.000 Ton Per Tahun.

NASKAH PUBLIKASI

PRARANCANGAN PABRIK RESIN FENOL FORMALDEHIDA

DARI FENOL DAN FORMALDEHIDA DENGAN

KATALIS ASAM SULFAT

KAPASITAS 35.000 TON PER TAHUN

Oleh : Agus Sriyanto D 500 080 014

Dosen Pembimbing : 1. Dr. Ahmad M Fuadi 2. Eni Budiyati ST., M.Eng

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

SURAKARTA

2013

ABSTRAK

Semakin berkembangnya industri-industri yang membutuhkan bahan resin fenol formaldehida mengakibatkan kebutuhan resin fenol formaldehida di dunia semakin meningkat. Tujuan dari prarancangan pabrik fenol formaldehid resin ini adalah untuk membantu memenuhi kebutuhan bahan baku fenol formaldehid resin dalam negeri maupun untuk diekspor.

Proses pembuatan fenol formaldehid resin dilakukan dengan menerapkan reaksi substitusi aromatik elektrofilik dari fenol berlebih dan formaldehid dengan bantuan katalis asam sulfat. Proses ini dilakukan dengan menggunakan Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB). Reaksi berlangsung pada fase cair, dengan suhu 94ºC dan tekanan 1 atm. Produk fenol formaldehid resin dimurnikan hingga 98% dengan melakukan proses dekantasi dan destilasi. Pabrik fenol formaldehid resin dengan kapasitas 35.000 ton per tahun ini membutuhkan bahan baku fenol sebanyak 29.182,5061 ton per tahun, formaldehid sebanyak 29.117,1477 ton per tahun, dan asam sulfat sebanyak 5.443,1597 ton per tahun. Utilitas yang dibutuhkan dalam setiap tahunnya meliputi 40.839.208,5185 liter air per tahun, 42.100,648 ton steam per tahun, 5.403,928 ton per tahun batu bara, 786.671,741 kW listrik per tahun, dan 804.038,40 m3 udara tekan.

Hasil analisis ekonomi diketahui parameter-parameter ekonomi sebagai berikut: Fixed Capital Investment sebesar Rp 211.087.891.589,42 dan Working Capital Investment sebesar Rp 155.902.882.398,58; Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 84,11% dan setelah pajak sebesar 58,87%; Pay Out Time (POT) sebelum pajak selama 1,06 tahun sedangkan setelah pajak sebesar 1,45 tahun; Break Even Point (BEP) sebesar 56,14%; Shut Down Point (SDP) sebesar 27,72%; dan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 31,36%. Berdasarkan hasil analisis ekonomi maka pabrik ini layak untuk didirikan.

A. Pendahuluan

Pelapis maupun pewarna (cat) sangat dibutuhkan untuk melindungi maupun memperindah penampilan suatu benda. Semakin berkembangnya zaman maka semakin banyak pula benda-benda yang diciptakan untuk mempermudah manusia dalam menjalankan kehidupannya sehari-hari, karenanya penggunaan pelapis maupun pewarna pada benda-benda tersebut juga semakit meningkat. Salah satu bahan yang sering digunakan dalam produksi pelapis maupun pewarna tersebut adalah fenol formaldehid resin atau yang biasa disebut dengan novolak resin.

C7H8O2 merupakan rumus kimia dari novolak resin. Resin ini memiliki kelebihan mudah dibentuk, mudah diwarnai, mudah dicetak dan tidak menimbulkan efek racun, serta dapat diolah kedalam berbagai bentuk seperti, lembaran, plat, maupun batang. Perkembangan fenol formaldehid untuk aplikasi vernis dan lacquer mampu menyaingi produk melamin formaldehid dikarenakan harganya yang lebih murah. Selain itu, hasil aplikasinya dapat digunakan untuk jenis vernis dan lacquer yang berwarna, sedangkan melamin formaldehid tidak berwarna, sehingga bila diinginkan hasil yang berwarna tidak perlu penambahan zat warna.

Semakin berkembangnya industri-industri yang membutuhkan bahan novolak resin seperti industri mobil, industri plastik, industri perekat, industri cat dan industri-industri lainnya mengakibatkan kebutuhan novolak resin di dunia semakin meningkat. Dan di Indonesia sendiri kebutuhan novolak resin masih belum dapat terpenuhi jika hanya bergantung produksi dalam negeri, sehingga masih membutuhkan impor dari luar. Karenanya kehadiran produsen novolak resin yang baru untuk memenuhi kebutuhan novolak resin dalam negeri sangat diperlukan.

B. Perancangan Kapasitas

Tabel 1. Ekspor Impor Novolak Resin diIndonesia No. Tahun Ekspor (Ton/thn) Impor (Ton/thn)

1. 2005 3.506,5 12.101,1

2. 2006 4.304,2 12.826,7

3. 2007 4.191,2 14.090,3

4. 2008 4.265,0 23.776,3

5. 2009 6.142,4 20.165,1

6. 2010 4.143,2 24.526,2

7. 2011 2.273,2 38.085,2

(BadanPusatStatistik Indonesia, 2012)

Dengan melihat Tabel 1.1 dapat diketahui bahwa impor novolak resin di Indonesia mengalami kenaikan setiap tahunnya dibandingkan dengan ekspornya. Hal ini menunjukkan bahwa kebutuhan fenol formaldehid resin di Indonesia semakin meningkat. Karenanya produksi novolak resin di dalam negeri perlu ditambah agar dapat mengurangi impor dari luar.

Berdasarkan kapasitas produksi pabrik novolak resin yang ada di dunia, kapasitas terendah diproduksi oleh Taita Chemical Co. Plant dari Jepang sebesar 15.000 ton per tahun dan kapasitas terbesar diproduksi oleh Mc. Dowell & Co. Ltd. dari India sebesar 100.000 ton per tahun. Sehingga kapasitas produksi novolak resin yang akan didirikan sebesar 35.000 ton per tahun diharapkan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri.

Bahan baku yang digunakan untuk memproduksi fenol formaldehid resin yaitu fenol dan formaldehid. Bahan baku fenol diambil dari PT. Global Makasar Petrosel dari Makasar. Dan formaldehid diambil dari PT. Binajaya Rodakarya dari Barito Kuala, Kalimantan Selatan. Oleh sebab itu pendirian pabrik fenol formaldehid resin ini direncanakan didirikan di Barito Kuala, Kalimatan Selatan yang dekat dengan pengambilan bahan baku untuk menghemat dan mempermudah trasnsportasi.

C. Pemilihan Jenis Proses

Berdasarkan perbandingan mol reaktan dan jenis katalis yang digunakan, resin fenol formaldehid dibagi menjadi 2 jenis yaitu:

a) Resol

Resol merupakan hasil reaksi antara fenol dan formaldehid berlebih dengan menggunakan katalis basa. Jenis katalis basa yang sering digunakan adalah natrium hidroksida dan ammonium hidroksida. Produk fenol formaldehid yang dihasilkan dengan katalis natrium hidroksida akan mempunyai sifat larut dalam air, dan sebaliknya jika menggunakan ammonium hidroksida (Martin, 1956).

b) Novolak

Novolak merupakan hasil reaksi antara fenol berlebih dengan formaldehid dengan menggunakan katalis asam. Jenis katalis asam yang sering digunakan adalah asam sulfat, dan asam klorida.

Pembuatan novoak resin dari fenol dan formaldehid merupakan reaksi katalitik fase cair. Reaksi ini merupakan reaksi eksotermis. Reaksi berlangsung didalam reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) menggunakan katalis asam sulfat, pada suhu 94°C dan tekanan 1 atm.

Pemurnian produk keluar reaktor menggunakan dekanter untuk memisahkan katalis H2SO4, sedangkan untuk mendapatkan produk yang diinginkan menggunakan menara distilasi. Sebagai hasil bawah menara distilasi berupa produk fenol formaldehid resin (C7H8O2).

D. Tinjauan Kinetika

Pembuatan fenol formaldehid resin (C7H8O2) dengan menggunakan fenol dan formaldehid dapat ditinjau melalui persamaan reaksi sebagai berikut:

C6H5OH + CH2O C7H8O2 ... (1) Agar reaksi hanya berjalan kearah kanan (irreversible) maka salah satu reaktan diumpankan secara berlebih. Karenanya perbandingan umpannya adalah fenol 1:0,8 terhadap formaldehid.

Untuk lebih memahami proses produksi fenol formaldehid resin dapat dilihat diagram alir pada Gambar 1 dan 2 berikut ini:

E. Spesifikasi Alat Utama Proses

1. Reaktor 1 (R-01), Reaktor 2 (R-02)

Kode : R-01 dan R-02

Fungsi : Untuk berlangsungnya reaksi antara fenol dengan formaldehid dengan katalis asam sulfat sehingga menjadi fenol formaldehid resin.

Jenis : RATB

Suhu : 94oC

Tekanan : 1 atm Fase reaksi : cair-cair Katalis : asam sulfat Diameter reaktor : 5,9990 m Volume reaktor : 208,9031 m3 Tinggi reaktor : 7,4894 m Tebal shell : 5/16 in Tebal head : 23 5/17 in Pendingin : jaket Jenis pengaduk : turbin Kecepatan putar : 55 rpm D.pengaduk : 1,9997 m Tinggi pengaduk : 0,3999 m Lebar bufle : 0,5999 m Jenis pipa : stainless steel

2. Dekanter (H)

Nama : Dekanter (H)

Fungsi : Memisahkan fenol formaldehid resin dari asam sulfat.

Operasi: : contiuous

Jenis : Drum

Volume : 2,8487 m3 Pajang : 4,6037 m Diameter : 1,2961 m Tekanan : 1 atm Temperatur : 45oC

3. Menara Distilasi 1 (D-1.1)

Kode : D-2.1

Fungsi : Memisahkan produk fenol formaldehid resin dengan pengotor

Jenis : platesieve tray Bahan : stainless steel

Tinggi : 5,0828 m

Jumlah plate minimum : 1,1825 stage Jumlah plate ideal : 4 stage Jumlah plate actual : 10 stage Seksi stripping (bawah) : 4 buah Seksi enriching (atas) : 6 buah Diameter D-01 : 1,8301 m Tebal head : 0,1875 in Tebal shell : 0,1875 in

∆Pt : 0,0068 atm

Umpan masuk : tray nomor 4 Kondisi atas:

 FLV : 0,02

 Uf : 0,0590 m/dt

 An : 2,1254 m2

 AD : 0,2898 m2

Kondisi bawah

 FLV : 0,03

 An : 2,5102 m2

 AD : 0,3423 m2

4. Menara Distilasi 2 (D-1.2)

Kode : D-2.2

Fungsi : Memisahkan asam sulfat dan air yang akan di recycle kembali ke reaktor

Jenis : plate sieve tray Bahan : Stainless steel

Tinggi : 11,6414 m

Jumlah plate minimum : 3,1462 stage Jumlah plate ideal : 10 stage Jumlah plate aktual : 23 stage Seksi stripping (bawah) : 18 buah Seksi enriching (atas) : 5 buah

Diameter : 3,6994 m

Tebal head : 0,1875 in Tebal shell : 0,1875 in

∆Pt : 0,0821 atm

Umpan masuk : tray nomor 18 Kondisi atas

 FLV : 0,02

 Uf : 0,08053 m/dt

 An : 21,0430 m2

 AD : 2,8695 m2

Kondisi bawah

 FLV : 0,04

 Uf : 0,58468 m/dt

 An : 18,4334 m2

F. Analisis Ekonomi

Pabrik imi membutuhkan Fixed Capital Investment sebesar Rp 211.087.891.589,42 dan Working Capital Investment sebesar Rp 155.902.882.398,58. Dari hasil analisis ekonomi dapat diketahui parameter-parameter ekonomi sebagai berikut: Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 84,11% dan setelah pajak sebesar 58,87%, Pay Out Time (POT) sebelum pajak selama 1,06 tahun sedangkan setelah pajak sebesar 1,45 tahun, Break Even Point (BEP) sebesar 56,14%, Shut Down Point (SDP) sebesar 27,72%, dan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 31,36%. Untuk memahami hasil analisis ekonomi lebih jelas dapat dilihat pada grafik berikut ini:

Gambar 3. Grafik analisis ekonomi

G. Kesimpulan

Pabrik fenol formaldehid resin yang akan didirikan ini termasuk pabrik yang memiliki resiko cukup rendah, sebab pabrik beroperasi pada suhu dan tekanan yang tidak terlalu tinggi.

Analisa kelayakan ekonomi pabrik fenol formaldehid resin dinyatakan sebagai berikut:

1. Kentungan sebelum pajak sebesar Rp 177.539.253.139,08 per tahun, dan setelah pajak sebesar Rp 124.277.477.197,35 per tahun.

0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00 800,00 900,00 1000,00

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Mi lyar (R up iah) per T ahu n

Kapasitas Produksi per Tahun (%)

Fa Va Ra Sa BEP SDP Ra

2. Return On Investment (ROI) sebelum pajak adalah 84,11%, dan setelah pajak adalah 58,87%. ROI yang dihasilkan sebelum pajak untuk pabrik beresiko rendah minimal 11% (Aries dan Newton, 1955).

3. Pay Out Time (POT) sebelum pajak adalah 1,06 tahun, dan setelah pajak adalah 1,45 tahun. POT yang dihasilkan sebelum pajak untuk pabrik beresiko rendah maksimal 5 tahun (Aries dan Newton, 1955).

4. Break Event Point (BEP) sebesar 56,14% dan Shut Down Point (SDP) sebesar 27,72%. BEP untuk pabrik kimia pada umumnya berkisar antara 40%-60%.

5. Discounted Cash Flow (DCF) adalah 31,36%. DCF yang bisa diterima harus lebih besar dibanding bunga bank. Besarnya DCF untuk pabrik yang beresiko rendah minimal 1,5 kali lebih besar dari bunga bank. Untuk perancangan pabrik fenol formaldehid resin, bunga bank diperkirakan sebesar 30,5%.

Berdasarkan hasil dari analisis kelayakan ekonomi, diperoleh kesimpulan bahwa pabrik fenol formaldehid resin ini layak untuk didirikan dan dikaji lebih lanjut.

DAFTAR PUSTAKA

Aninom, 2012, “Process Evaluation/Research Planning Program – Phenol Formaldehyde Resin (Novolak-Epoxy)”, http://www.ChemSystems.com/ about/cs/news/items/000

Anonim, 2012, “Phenol Formaldehyde Resins”,http://www.ihs.com/ products/chemical/planning/ceh/phenol-formaldehyde-resin.aspx

Anonim, 2013, “StatistikPerdaganganLuarNegeri Indonesia”, Badan Pusat Statistik,Jakarta, http://www.bps.go.id.

Aries, R.S., dan Newton R.D.,1955, “Chemical Engineering Cost Estimation”, Mc.Graw Hill Book Company, New York

Frisch, K.C., (1967), “Phenolic Resin and Plastics” dalam Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 15 Edisi 2, Mei Ya Publication Inc

Kirk, R.E. and Othmer, D.F., 1992, “Encyclopedia of Chemical Technology”, 3rd edition, vol. 4, Interscience Publishing Inc., New York

Martin, R. W., (1956), “The Chemistry of Phenolic Resins”, John Willey & Sons Inc, New York

Peters, M.S., and Timmerhaus, E.D.,2003, “Plant Design and Economics for Chemical Engineers”, 4th ed, McGraw-Hill International Edition Chemical and Petroleum Engineering Series.

Tobianson, F. L., “Phenolic Resin Adhesieve”, di dalam Hand Book of Adhesieve, New York.

Weissermel, K., dan Jurgen, H., 2003, “Industrial Organic Chemistry”, John Wiley and Son’s Publishing, Germany.

Yahya, 2011, “Break Event Point (BEP)”, http:// amrinyahya. blogspot. com/ 2011_04_01_archive.html

E. Spesifikasi Alat Utama Proses

1. Reaktor 1 (R-01), Reaktor 2 (R-02)

Kode : R-01 dan R-02

Fungsi : Untuk berlangsungnya reaksi antara fenol dengan formaldehid dengan katalis asam sulfat sehingga menjadi fenol formaldehid resin.

Jenis : RATB

Suhu : 94oC

Tekanan : 1 atm Fase reaksi : cair-cair Katalis : asam sulfat Diameter reaktor : 5,9990 m Volume reaktor : 208,9031 m3 Tinggi reaktor : 7,4894 m Tebal shell : 5/16 in Tebal head : 23 5/17 in Pendingin : jaket Jenis pengaduk : turbin Kecepatan putar : 55 rpm D.pengaduk : 1,9997 m Tinggi pengaduk : 0,3999 m Lebar bufle : 0,5999 m Jenis pipa : stainless steel

2. Dekanter (H)

Nama : Dekanter (H)

Fungsi : Memisahkan fenol formaldehid resin dari asam sulfat.

Operasi: : contiuous

Jenis : Drum

Volume : 2,8487 m3 Pajang : 4,6037 m Diameter : 1,2961 m Tekanan : 1 atm Temperatur : 45oC

3. Menara Distilasi 1 (D-1.1)

Kode : D-2.1

Fungsi : Memisahkan produk fenol formaldehid resin dengan pengotor

Jenis : platesieve tray

Bahan : stainless steel

Tinggi : 5,0828 m

Jumlah plate minimum : 1,1825 stage

Jumlah plate ideal : 4 stage

Jumlah plate actual : 10 stage

Seksi stripping (bawah) : 4 buah Seksi enriching (atas) : 6 buah Diameter D-01 : 1,8301 m Tebal head : 0,1875 in Tebal shell : 0,1875 in

∆Pt : 0,0068 atm

Umpan masuk : tray nomor 4 Kondisi atas:

 FLV : 0,02

 Uf : 0,0590 m/dt

 An : 2,1254 m2

 AD : 0,2898 m2

Kondisi bawah

 FLV : 0,03

 An : 2,5102 m2

 AD : 0,3423 m2

4. Menara Distilasi 2 (D-1.2)

Kode : D-2.2

Fungsi : Memisahkan asam sulfat dan air yang akan di recycle kembali ke reaktor

Jenis : plate sieve tray

Bahan : Stainless steel

Tinggi : 11,6414 m

Jumlah plate minimum : 3,1462 stage

Jumlah plate ideal : 10 stage

Jumlah plate aktual : 23 stage

Seksi stripping (bawah) : 18 buah Seksi enriching (atas) : 5 buah

Diameter : 3,6994 m

Tebal head : 0,1875 in Tebal shell : 0,1875 in

∆Pt : 0,0821 atm

Umpan masuk : tray nomor 18 Kondisi atas

 FLV : 0,02

 Uf : 0,08053 m/dt

 An : 21,0430 m2

 AD : 2,8695 m2

Kondisi bawah

 FLV : 0,04

 Uf : 0,58468 m/dt

 An : 18,4334 m2

F. Analisis Ekonomi

Pabrik imi membutuhkan Fixed Capital Investment sebesar Rp 211.087.891.589,42 dan Working Capital Investment sebesar Rp 155.902.882.398,58. Dari hasil analisis ekonomi dapat diketahui parameter-parameter ekonomi sebagai berikut: Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 84,11% dan setelah pajak sebesar 58,87%, Pay Out Time (POT) sebelum pajak selama 1,06 tahun sedangkan setelah pajak sebesar 1,45 tahun, Break Even Point (BEP) sebesar 56,14%, Shut Down Point (SDP) sebesar 27,72%, dan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 31,36%. Untuk memahami hasil analisis ekonomi lebih jelas dapat dilihat pada grafik berikut ini:

Gambar 3. Grafik analisis ekonomi

G. Kesimpulan

Pabrik fenol formaldehid resin yang akan didirikan ini termasuk pabrik yang memiliki resiko cukup rendah, sebab pabrik beroperasi pada suhu dan tekanan yang tidak terlalu tinggi.

Analisa kelayakan ekonomi pabrik fenol formaldehid resin dinyatakan sebagai berikut:

1. Kentungan sebelum pajak sebesar Rp 177.539.253.139,08 per tahun, dan setelah pajak sebesar Rp 124.277.477.197,35 per tahun.

0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00 800,00 900,00 1000,00

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Mi lyar (R up iah) per T ahu n

Kapasitas Produksi per Tahun (%)

Fa Va Ra Sa BEP SDP Ra

2. Return On Investment (ROI) sebelum pajak adalah 84,11%, dan setelah pajak adalah 58,87%. ROI yang dihasilkan sebelum pajak untuk pabrik beresiko rendah minimal 11% (Aries dan Newton, 1955).

3. Pay Out Time (POT) sebelum pajak adalah 1,06 tahun, dan setelah pajak adalah 1,45 tahun. POT yang dihasilkan sebelum pajak untuk pabrik beresiko rendah maksimal 5 tahun (Aries dan Newton, 1955).

4. Break Event Point (BEP) sebesar 56,14% dan Shut Down Point (SDP) sebesar 27,72%. BEP untuk pabrik kimia pada umumnya berkisar antara 40%-60%.

5. Discounted Cash Flow (DCF) adalah 31,36%. DCF yang bisa diterima harus lebih besar dibanding bunga bank. Besarnya DCF untuk pabrik yang beresiko rendah minimal 1,5 kali lebih besar dari bunga bank. Untuk perancangan pabrik fenol formaldehid resin, bunga bank diperkirakan sebesar 30,5%.

Berdasarkan hasil dari analisis kelayakan ekonomi, diperoleh kesimpulan bahwa pabrik fenol formaldehid resin ini layak untuk didirikan dan dikaji lebih lanjut.

DAFTAR PUSTAKA

Aninom, 2012, “Process Evaluation/Research Planning Program – Phenol Formaldehyde Resin (Novolak-Epoxy)”, http://www.ChemSystems.com/ about/cs/news/items/000

Anonim, 2012, “Phenol Formaldehyde Resins”,http://www.ihs.com/ products/chemical/planning/ceh/phenol-formaldehyde-resin.aspx

Anonim, 2013, “StatistikPerdaganganLuarNegeri Indonesia”, Badan Pusat Statistik,Jakarta, http://www.bps.go.id.

Aries, R.S., dan Newton R.D.,1955, “Chemical Engineering Cost Estimation”, Mc.Graw Hill Book Company, New York

Frisch, K.C., (1967), “Phenolic Resin and Plastics” dalam Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 15 Edisi 2, Mei Ya Publication Inc

Kirk, R.E. and Othmer, D.F., 1992, “Encyclopedia of Chemical Technology”, 3rd edition, vol. 4, Interscience Publishing Inc., New York

Martin, R. W., (1956), “The Chemistry of Phenolic Resins”, John Willey & Sons

Inc, New York

Peters, M.S., and Timmerhaus, E.D.,2003, “Plant Design and Economics for Chemical Engineers”, 4th ed, McGraw-Hill International Edition Chemical and Petroleum Engineering Series.

Tobianson, F. L., “Phenolic Resin Adhesieve”, di dalam Hand Book of Adhesieve,

New York.

Weissermel, K., dan Jurgen, H., 2003, “Industrial Organic Chemistry”, John Wiley and Son’s Publishing, Germany.

Yahya, 2011, “Break Event Point (BEP)”, http:// amrinyahya. blogspot. com/ 2011_04_01_archive.html