TUGAS AKHIRPRARANCANGAN PABRIK DIMETIL ETER Prarancangan Pabrik Dimetil Eter Proses Dehidrasi Metanol Dengan Katalis Alumina Kapasitas 20.000 Ton Per Tahun.
TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK DIMETIL ETER
PROSES DEHIDRASI METANOL DENGAN KATALIS ALUMINA
KAPASITAS 20.000 TON PER TAHUN
Oleh :
Indra Setiawan
D 500 110 006
Dosen Pembimbing :
Kusmiyati, S.T., M.T., Ph.D
Tri Widayatno, S.T., M.Sc., Ph.D
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SURAKARTA
2015
PERSEMBAHAN
Karya ini kupersembahkan untuk.....
Allah SWT yang telah memberikan ilmu yang bermanfaat kepada saya....
Baginda Nabi Muhammad SAW yang telah berjuang dari zaman jahiliyah
hingga zaman yang penuh dengan ilmu pengetahuan seperti saat ini....
Kedua orang tua yang selalu mendukung dan mendo akan kami.....
Serta, orang
orang yang selalu menyayangi kami.....
Karya ini bukan merupakan akhir dari perjalanan,
namun merupakan sebagian perjalanan untuk menggapai cita-cita......
INTISARI
Dimetil eter (DME) merupakan energi alternatif dan termasuk bahan bakar
ramah lingkungan yang digunakan untuk menggantikan bahan bakar LPG dan
diesel. Pabrik dimetil eter (DME) direncanakan akan didirikan di daerah Bontang,
Kalimantan Timur dengan kapasitas sebesar 20.000 ton/tahun. Bahan baku yang
digunakan adalah metanol sebanyak 30.491,34 ton/tahun yang diperoleh dari PT.
Kaltim Methanol Industry di Bontang, Kalimantan Timur.
Dimetil eter (DME) diproduksi melalui proses dehidrasi metanol dengan
katalis alumina (Al2O3) pada tekanan 14,9 atm dan suhu 2500C. Reaktor yang
digunakan dalam pembuatan DME adalah reaktor fixed bed multitube. Reaksi
bersifat eksotermis dan beroperasi pada kondisi non isothermal non adiabatis.
Produk dimetil eter (DME) yang keluar dari reaktor dimurnikan ke dalam menara
distilasi hingga mencapai kemurnian 99,5% berat. Unit pendukung proses yang
digunakan untuk menunjang proses produksi pabrik terdiri dari unit pengadaan air
yang diperoleh dari air sungai sebanyak 3.284,91 kg/jam, unit pengadaan udara
tekan sebanyak 50 m3/jam, unit pengadaan listrik sebesar 2.518 kW, unit
pengadaan steam sebanyak 1.593,54 kg/jam, unit pengadaan bahan bakar solar
sebanyak 255,7 L/jam, dan laboratorium yang digunakan untuk menjaga kualitas
dari bahan baku dan produk, agar sesuai dengan spesifikasi yang ditentukan.
Bentuk perusahaan yang dirancang adalah Perseroan Terbatas (PT) dengan
struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian
jam kerja karyawan yang terdiri dari karyawan non shift dan shift. Berdasarkan
hasil analisa ekonomi diperoleh Percent Return on Investment (ROI) sebelum
pajak sebesar 18,54% dan sesudah pajak sebesar 12,98%, Pay Out Time (POT)
sebelum pajak sebesar 3,50 tahun dan sesudah pajak sebesar 4,4 tahun, Break
Even Point (BEP) sebesar 58,25%, Shut Down Point (SDP) sebesar 29,32%, dan
Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 34,06%. Jadi, pabrik dimetil eter (DME)
dengan kapasitas 20.000 ton/tahun dapat dipertimbangkan untuk didirikan di
Indonesia.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah SWT, Pencipta alam semesta, yang mana atas
rahmat dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir dengan
judul “Prarancangan Pabrik Dimetil Eter Proses Dehidrasi Metanol dengan
Katalis Alumina Kapasitas 20.000 Ton Per Tahun”.
Tugas Prarancangan Pabrik merupakan salah satu syarat untuk
menyelesaikan program Strata Satu Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dengan tugas ini diharapkan kemampuan
penalaran dan penerapan teori-teori yang diperoleh selama perkuliahan dapat
berkembang dan dapat dipahami dengan baik. Dalam menyelesaikan Tugas
Prarancangan Pabrik ini penulis banyak mendapatkan bantuan, bimbingan, dan
pengalaman dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan kali ini
perkenankanlah penulis menghaturkan terima kasih kepada :
1. Ibu Kusmiyati, S.T., M.T., Ph.D., selaku Dosen Pembimbing I Teknik
Kimia UMS.
2. Bapak Tri Widayatno, S.T., M.Sc., Ph.D., selaku Dosen Pembimbing II
Teknik Kimia UMS.
3. Bapak Rois Fatoni, S.T., M.Sc, Ph.D., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia
UMS.
4. Kedua Orang Tua dan keluarga atas Do’a dan dukungan dengan
keikhlasan dan pengorbanannya yang selalu mendukung dalam keadaan
kesulitan.
5. Teman-teman angkatan 2011 Teknik Kimia UMS.
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih ada kekurangan
serta kekeliruan dalam penyajiannya. Oleh karena itu, penulis mengharapkan
kritik dan saran yang bersifat membangun. Penulis berharap semoga laporan tugas
akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya dan pembaca pada umumnya.
Surakarta, Maret 2015
Penulis
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
i
HALAMAN PENGESAHAN
ii
PERSEMBAHAN
iii
INTISARI
iv
KATA PENGANTAR
v
DAFTAR ISI
vi
DAFTAR TABEL
vii
DAFTAR GAMBAR
viii
BAB I. PENDAHULUAN
1
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik
1
1.2. Kapasitas Pabrik
1
1.3. Lokasi Pabrik
4
1.4.Tinjauan Pustaka
5
1.4.1. Macam-macam Proses
5
1.4.2. Kegunaan Produk
6
1.4.3. Sifat Fisis dan Kimia
6
1.4.4. Tinjauan Proses
9
BAB II. DESKRIPSI PROSES
2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk
10
10
2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku
10
2.1.2. Spesifikasi Produk
10
2.1.3. Spesifikasi Katalis
11
2.2. Konsep Proses
11
2.2.1. Dasar Reaksi
11
2.2.2. Mekanisme Reaksi
11
2.2.3. Kondisi Operasi
12
2.2.4. Tinjauan Kinetika
12
2.2.5. Tinjauan Termodinamika
12
2.2.6. Langkah Proses
14
2.3. Diagram Alir Proses
16
2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas
19
2.4.1. Neraca Massa
19
2.4.2. Neraca Panas
21
2.5. Tata Letak Pabrik dan Peralatan
24
2.5.1. Tata Letak Pabrik
24
2.5.2. Tata Letak Peralatan
28
BAB III. SPESIFIKASI ALAT PROSES
30
BAB IV. UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM
44
4.1. Unit Pendukung Proses (Utilitas)
44
4.2. Laboratorium
58
BAB V. MANAJEMEN PERUSAHAAN
62
5.1. Bentuk Perusahaan
62
5.2. Struktur Organisasi
63
5.3. Tugas dan Wewenang
66
5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan
71
5.5. Kesejahteraan Karyawan
75
BAB VI. ANALISA EKONOMI
77
6.1. Cost Index
80
6.2. Fixed Capital Investment
83
6.3. Working Capital
83
6.4. Manufacturing Cost
84
6.5. General Expenses
84
6.6. Fixed Manufacturing Cost
85
6.7. Variable Cost
85
6.8. Regulated Cost
85
BAB VII. KESIMPULAN
88
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Data Impor Dimethyl Ether di Indonesia
2
Tabel 1.2 Data Produksi Metanol di Indonesia
3
Tabel 1.3 Data Kapasitas Produksi DME di Dunia
3
Tabel 2.1 Komponen tiap Arus
19
Tabel 2.2 Neraca Massa di Inline Mixing
19
Tabel 2.3 Neraca Massa di Reaktor (R-101)
20
Tabel 2.4 Neraca Massa di Menara Distilasi 1 (D-101)
20
Tabel 2.5 Neraca Massa di Menara Distilasi 2 (D-102)
20
Tabel 2.6 Neraca Massa Total
21
Tabel 2.7 Neraca Panas di Inline Mixing
21
Tabel 2.8 Neraca Panas di Heat Exchanger (E-101)
21
Tabel 2.9 Neraca Panas di Vaporizer (V-101)
22
Tabel 2.10 Neraca Panas di Heat Exchanger (E-102)
22
Tabel 2.11 Neraca Panas di Reaktor (R-101)
22
Tabel 2.12 Neraca Panas di Ekspander 1 (N-101)
22
Tabel 2.13 Neraca Panas di Cooler 1 (E-201)
23
Tabel 2.14 Neraca Panas di Menara Distilasi 1 (D-101)
23
Tabel 2.15 Neraca Panas di Ekspander 2 (N-102)
23
Tabel 2.16 Neraca Panas di Heat Exchanger (E-103)
23
Tabel 2.17 Neraca Panas di Menara Distilasi 2 (D-102)
24
Tabel 2.18 Neraca Panas Total
24
Tabel 2.19 Perincian Luas Tanah Bangunan Pabrik
26
Tabel 4.1 Kebutuhan Air Pendingin
51
Tabel 4.2 Kebutuhan Air Umpan Boiler
51
Tabel 4.3 Kebutuhan Air Domestik
52
Tabel 4.4 Kebutuhan Air Sungai
52
Tabel 4.5 Kebutuhan Listrik Keperluan Proses dan Utilitas
54
Tabel 4.6 Jumlah Lumen berdasarkan Luas Bangunan
55
Tabel 4.7 Total Kebutuhan Listrik
56
Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift
72
Tabel 5.2 Jumlah Karyawan dan Jabatan
73
Tabel 5.3 Perincian Golongan dan Gaji Karyawan
75
Tabel 6.1 Chemical Enggineering Plant Cost Index
81
Tabel 6.2 Total Fixed Capital Investment
83
Tabel 6.3 Working Capital
83
Tabel 6.4 Manufacturing Cost
84
Tabel 6.5 General Expenses
84
Tabel 6.6 Fixed Manufacturing Cost
85
Tabel 6.7 Variable Cost
85
Tabel 6.8 Regulated Cost
85
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Impor DME di Indonesia
2
Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif
17
Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif
18
Gambar 2.3 Diagram Alir Neraca Massa
19
Gambar 2.4 Diagram Alir Neraca Panas
21
Gambar 2.5 Layout Pabrik
27
Gambar 2.6 Layout Peralatan Proses
29
Gambar 4.1 Pengolahan Air Sungai
50
Gambar 5.1 Struktur Organisasi
65
Gambar 6.1 Hubungan antara Tahun dengan Cost Index
82
Gambar 6.2 Analisa Ekonomi
87
PRARANCANGAN PABRIK DIMETIL ETER
PROSES DEHIDRASI METANOL DENGAN KATALIS ALUMINA
KAPASITAS 20.000 TON PER TAHUN
Oleh :
Indra Setiawan
D 500 110 006
Dosen Pembimbing :
Kusmiyati, S.T., M.T., Ph.D
Tri Widayatno, S.T., M.Sc., Ph.D
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SURAKARTA
2015
PERSEMBAHAN
Karya ini kupersembahkan untuk.....
Allah SWT yang telah memberikan ilmu yang bermanfaat kepada saya....
Baginda Nabi Muhammad SAW yang telah berjuang dari zaman jahiliyah
hingga zaman yang penuh dengan ilmu pengetahuan seperti saat ini....
Kedua orang tua yang selalu mendukung dan mendo akan kami.....
Serta, orang
orang yang selalu menyayangi kami.....
Karya ini bukan merupakan akhir dari perjalanan,
namun merupakan sebagian perjalanan untuk menggapai cita-cita......
INTISARI
Dimetil eter (DME) merupakan energi alternatif dan termasuk bahan bakar
ramah lingkungan yang digunakan untuk menggantikan bahan bakar LPG dan
diesel. Pabrik dimetil eter (DME) direncanakan akan didirikan di daerah Bontang,
Kalimantan Timur dengan kapasitas sebesar 20.000 ton/tahun. Bahan baku yang
digunakan adalah metanol sebanyak 30.491,34 ton/tahun yang diperoleh dari PT.
Kaltim Methanol Industry di Bontang, Kalimantan Timur.
Dimetil eter (DME) diproduksi melalui proses dehidrasi metanol dengan
katalis alumina (Al2O3) pada tekanan 14,9 atm dan suhu 2500C. Reaktor yang
digunakan dalam pembuatan DME adalah reaktor fixed bed multitube. Reaksi
bersifat eksotermis dan beroperasi pada kondisi non isothermal non adiabatis.
Produk dimetil eter (DME) yang keluar dari reaktor dimurnikan ke dalam menara
distilasi hingga mencapai kemurnian 99,5% berat. Unit pendukung proses yang
digunakan untuk menunjang proses produksi pabrik terdiri dari unit pengadaan air
yang diperoleh dari air sungai sebanyak 3.284,91 kg/jam, unit pengadaan udara
tekan sebanyak 50 m3/jam, unit pengadaan listrik sebesar 2.518 kW, unit
pengadaan steam sebanyak 1.593,54 kg/jam, unit pengadaan bahan bakar solar
sebanyak 255,7 L/jam, dan laboratorium yang digunakan untuk menjaga kualitas
dari bahan baku dan produk, agar sesuai dengan spesifikasi yang ditentukan.
Bentuk perusahaan yang dirancang adalah Perseroan Terbatas (PT) dengan
struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian
jam kerja karyawan yang terdiri dari karyawan non shift dan shift. Berdasarkan
hasil analisa ekonomi diperoleh Percent Return on Investment (ROI) sebelum
pajak sebesar 18,54% dan sesudah pajak sebesar 12,98%, Pay Out Time (POT)
sebelum pajak sebesar 3,50 tahun dan sesudah pajak sebesar 4,4 tahun, Break
Even Point (BEP) sebesar 58,25%, Shut Down Point (SDP) sebesar 29,32%, dan
Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 34,06%. Jadi, pabrik dimetil eter (DME)
dengan kapasitas 20.000 ton/tahun dapat dipertimbangkan untuk didirikan di
Indonesia.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah SWT, Pencipta alam semesta, yang mana atas
rahmat dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir dengan
judul “Prarancangan Pabrik Dimetil Eter Proses Dehidrasi Metanol dengan
Katalis Alumina Kapasitas 20.000 Ton Per Tahun”.
Tugas Prarancangan Pabrik merupakan salah satu syarat untuk
menyelesaikan program Strata Satu Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dengan tugas ini diharapkan kemampuan
penalaran dan penerapan teori-teori yang diperoleh selama perkuliahan dapat
berkembang dan dapat dipahami dengan baik. Dalam menyelesaikan Tugas
Prarancangan Pabrik ini penulis banyak mendapatkan bantuan, bimbingan, dan
pengalaman dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan kali ini
perkenankanlah penulis menghaturkan terima kasih kepada :
1. Ibu Kusmiyati, S.T., M.T., Ph.D., selaku Dosen Pembimbing I Teknik
Kimia UMS.
2. Bapak Tri Widayatno, S.T., M.Sc., Ph.D., selaku Dosen Pembimbing II
Teknik Kimia UMS.
3. Bapak Rois Fatoni, S.T., M.Sc, Ph.D., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia
UMS.
4. Kedua Orang Tua dan keluarga atas Do’a dan dukungan dengan
keikhlasan dan pengorbanannya yang selalu mendukung dalam keadaan
kesulitan.
5. Teman-teman angkatan 2011 Teknik Kimia UMS.
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih ada kekurangan
serta kekeliruan dalam penyajiannya. Oleh karena itu, penulis mengharapkan
kritik dan saran yang bersifat membangun. Penulis berharap semoga laporan tugas
akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya dan pembaca pada umumnya.
Surakarta, Maret 2015
Penulis
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
i
HALAMAN PENGESAHAN
ii
PERSEMBAHAN
iii
INTISARI
iv
KATA PENGANTAR
v
DAFTAR ISI
vi
DAFTAR TABEL
vii
DAFTAR GAMBAR
viii
BAB I. PENDAHULUAN
1
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik
1
1.2. Kapasitas Pabrik
1
1.3. Lokasi Pabrik
4
1.4.Tinjauan Pustaka
5
1.4.1. Macam-macam Proses
5
1.4.2. Kegunaan Produk
6
1.4.3. Sifat Fisis dan Kimia
6
1.4.4. Tinjauan Proses
9
BAB II. DESKRIPSI PROSES
2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk
10
10
2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku
10
2.1.2. Spesifikasi Produk
10
2.1.3. Spesifikasi Katalis
11
2.2. Konsep Proses
11
2.2.1. Dasar Reaksi
11
2.2.2. Mekanisme Reaksi
11
2.2.3. Kondisi Operasi
12
2.2.4. Tinjauan Kinetika
12
2.2.5. Tinjauan Termodinamika
12
2.2.6. Langkah Proses
14
2.3. Diagram Alir Proses
16
2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas
19
2.4.1. Neraca Massa
19
2.4.2. Neraca Panas
21
2.5. Tata Letak Pabrik dan Peralatan
24
2.5.1. Tata Letak Pabrik
24
2.5.2. Tata Letak Peralatan
28
BAB III. SPESIFIKASI ALAT PROSES
30
BAB IV. UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM
44
4.1. Unit Pendukung Proses (Utilitas)
44
4.2. Laboratorium
58
BAB V. MANAJEMEN PERUSAHAAN
62
5.1. Bentuk Perusahaan
62
5.2. Struktur Organisasi
63
5.3. Tugas dan Wewenang
66
5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan
71
5.5. Kesejahteraan Karyawan
75
BAB VI. ANALISA EKONOMI
77
6.1. Cost Index
80
6.2. Fixed Capital Investment
83
6.3. Working Capital
83
6.4. Manufacturing Cost
84
6.5. General Expenses
84
6.6. Fixed Manufacturing Cost
85
6.7. Variable Cost
85
6.8. Regulated Cost
85
BAB VII. KESIMPULAN
88
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Data Impor Dimethyl Ether di Indonesia
2
Tabel 1.2 Data Produksi Metanol di Indonesia
3
Tabel 1.3 Data Kapasitas Produksi DME di Dunia
3
Tabel 2.1 Komponen tiap Arus
19
Tabel 2.2 Neraca Massa di Inline Mixing
19
Tabel 2.3 Neraca Massa di Reaktor (R-101)
20
Tabel 2.4 Neraca Massa di Menara Distilasi 1 (D-101)
20
Tabel 2.5 Neraca Massa di Menara Distilasi 2 (D-102)
20
Tabel 2.6 Neraca Massa Total
21
Tabel 2.7 Neraca Panas di Inline Mixing
21
Tabel 2.8 Neraca Panas di Heat Exchanger (E-101)
21
Tabel 2.9 Neraca Panas di Vaporizer (V-101)
22
Tabel 2.10 Neraca Panas di Heat Exchanger (E-102)
22
Tabel 2.11 Neraca Panas di Reaktor (R-101)
22
Tabel 2.12 Neraca Panas di Ekspander 1 (N-101)
22
Tabel 2.13 Neraca Panas di Cooler 1 (E-201)
23
Tabel 2.14 Neraca Panas di Menara Distilasi 1 (D-101)
23
Tabel 2.15 Neraca Panas di Ekspander 2 (N-102)
23
Tabel 2.16 Neraca Panas di Heat Exchanger (E-103)
23
Tabel 2.17 Neraca Panas di Menara Distilasi 2 (D-102)
24
Tabel 2.18 Neraca Panas Total
24
Tabel 2.19 Perincian Luas Tanah Bangunan Pabrik
26
Tabel 4.1 Kebutuhan Air Pendingin
51
Tabel 4.2 Kebutuhan Air Umpan Boiler
51
Tabel 4.3 Kebutuhan Air Domestik
52
Tabel 4.4 Kebutuhan Air Sungai
52
Tabel 4.5 Kebutuhan Listrik Keperluan Proses dan Utilitas
54
Tabel 4.6 Jumlah Lumen berdasarkan Luas Bangunan
55
Tabel 4.7 Total Kebutuhan Listrik
56
Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift
72
Tabel 5.2 Jumlah Karyawan dan Jabatan
73
Tabel 5.3 Perincian Golongan dan Gaji Karyawan
75
Tabel 6.1 Chemical Enggineering Plant Cost Index
81
Tabel 6.2 Total Fixed Capital Investment
83
Tabel 6.3 Working Capital
83
Tabel 6.4 Manufacturing Cost
84
Tabel 6.5 General Expenses
84
Tabel 6.6 Fixed Manufacturing Cost
85
Tabel 6.7 Variable Cost
85
Tabel 6.8 Regulated Cost
85
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Impor DME di Indonesia
2
Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif
17
Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif
18
Gambar 2.3 Diagram Alir Neraca Massa
19
Gambar 2.4 Diagram Alir Neraca Panas
21
Gambar 2.5 Layout Pabrik
27
Gambar 2.6 Layout Peralatan Proses
29
Gambar 4.1 Pengolahan Air Sungai
50
Gambar 5.1 Struktur Organisasi
65
Gambar 6.1 Hubungan antara Tahun dengan Cost Index
82
Gambar 6.2 Analisa Ekonomi
87