NASKAH PUBLIKASI Prarancangan Pabrik Amil Asetat Dari Amil Alkohol Dan Asam Asetat Kapasitas 50.000 Ton Per Tahun.
NASKAH PUBLIKASI
PRARANCANGAN PABRIK
AMIL ASETAT DARI AMIL ALKOHOL DAN ASAM ASETAT
KAPASITAS 50.000 TON PER TAHUN
Oleh :
Nela Faridatul Nisa D 500 080 030
Dosen Pembimbing 1. Ir. Haryanto AR., M.S.
2. Kun Harismah, Ph.D.
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SURAKARTA
2013
(2)
(3)
(4)
(5)
INTISARI
Indonesia sebagai negara berkembang, saat ini masih mengandalkan impor bahan industri kimia untuk memenuhi kebutuhan proses produksi perusahaan kimia dalam negeri. Sedangkan permintaan pasar terhadap kebutuhan bahan kimia semakin meningkat sehingga pembangunan industri kimia perlu ditumbuh kembangkan. Salah satu bahan kimia yang banyak digunakan adalah Amil asetat, Dalam industri amil asetat dapat digunakan sebagai bahan kimia untuk cat, bahan industri sablon, pencampuran obat –obatan, dan sebagai komponen aroma –aroma sintetis. Ketersediaan bahan baku, kebutuhan amil asetat di Indonesia sangat minimum. di Indonesia dapat didirikan pabrik amil asetat dengan kapasitas 50.000 ton/tahun.
Amil asetat dapat diperoleh dengan cara sintesa esterfikasi dari asam organik (asam asetat) dan alkohol (amil alkohol). Direaksikan didalam reaktor RATB dengan penambahan katalis Amberlyst 15.
CH3COOH + C5H11OH CH3COOC5H11 + H2O
Reaksi yang terjadi di dalam reaktor pada suhu 110oC dan tekanan 1 atm dengan konversi 85%. Air yang terbentuk langsung menguap menuju rectifier. Sedangkan produk yang keluar dari reaktor menuju heater, mengubah menjadi cairan jenuh kemudian menuju stripper untuk proses pemisahan, setelah tahap pemisahan produk dan bahan yang tercampur pada amil asetat, kemudian amil asetat dipisahkan menggunakan menara distilasi sehingga didapat produk yang diinginkan (amil asetat).
Pabrik amil asetat digolongkan sebagai pabrik yang beresiko rendah, dan memiliki indikator perekonomian yang relatif baik dilihat dari segi analisa kelayakan ekonomi diketahui mengalami keuntungan Rp.70.460.286.555,72 setelah pajak, pengembalian investasi 53,54% setelah pajak, waktu pembayaran dapat dilakukan dalam jangka 1,57 tahun dapat dilakukan setelah pajak, sedangkan Break Even Point (BEP) 42,27% dan Shut Down Point 31,06%, dan pabrik beroperasi selama 330 hari.
(6)
A. PENDAHULUAN
Indonesia sebagai negara berkembang, saat ini masih mengandalkan impor bahan industri kimia untuk memenuhi kebutuhan proses produksi perusahaan-perusahaan kimia dalam negeri. Dewasa ini kemajuan teknologi khususnya di bidang industri kimia sedang mengalami peningkatan yang signifikan. Industri ini mengolah bahan mentah menjadi bahan setengah jadi maupun bahan jadi yang siap untuk dipasarkan. Permintaan pasar akan kebutuhan bahan-bahan kimia semakin meningkat sehingga pembangunan industri kimia perlu ditumbuh kembangkan.
Salah satu bahan kimia yang banyak digunakan adalah Amil asetat, amil asetat adalah salah satu ester asetat yang memiliki rumus kimia sebagai berikut CH3COOC5H11. Amil asetat diperoleh dari proses esterifikasi amil alkohol dan asam asetat melalui proses batch maupun kontinyu. Di dalam industri kimia, amil asetat banyak digunakan sebagai bahan intermediet maupun bahan baku. Dalam industri amil asetat banyak digunakan sebagai pelarut (solvent). Amil asetat merupakan pelarut dengan titik didih menengah (medium boiling solvent), yang secara cepat melarutkan resin-resin dan memberikan ketahan pada lapisan pelindung.
Amil asetat dapat digunakan sebagai bahan kimia untuk cat, penyamakan kulit, tekstil dan bahan industri sablon. Kegunaan lainnya sebagai bahan obat-obatan, parfum, tepung sintetis dan sebagai komponen pada aroma sintetis seperti apricot, pisang, pir, nanas, delima, dan raspberry (Mc Ketta. 1977).
Karena kebutuhan bahan industri kimia di Indonesia cukup tinggi, kebutuhan bahan industri belum dapat dipenuhi, sehingga harus memesan dari luar negeri dengan harga yang mahal, hal ini tentunya merugikan perusahaan. Saat ini kebutuhan amil asetat dalam negeri masih disuplai dari perusahaan luar negeri. Dengan didirikannya pabrik amil asetat di Indonesia diharapkan mampu memenuhi kebutuhan dalam negeri dan sisanya dapat diekspor ke luar negeri. B. PERANCANGAN KAPASITAS
(7)
Data impor kebutuhan amil asetat Indonesia diperoleh dari Biro Pusat Statistik (BPS) dari tahun 2007 sampai 2011. Data tersebut dapat dilihat pada Tabel 1
Tabel 1.1. Data Impor Kebutuhan Amil Asetat di Indonesia 2007- 2011
No. Tahun Data impor (Ton)
1. 2007 14,788
2. 2008 8,446
3. 2009 8.586,959
4. 2010 11.055,88
5. 2011 12.911,19
Dari tabel diperoleh rata-rata kebutuhan impor amil asetat sebesar 6.515,453 ton/tahunnya, selanjutnya dapat diketahui total kebutuhan impor amil asetat pada tahun 2017 sebesar 22.803,84 ton. Berdasarkan pertimbangan kapasitas minimum pabrik amil asetat maka dengan menggunakan analisa rata-rata kapasitas minimum pabrik yang telah berdiri, Pemilihan kapasitas produksi yang direncanakan pada tahun 2017 adalah 40.000 ton/tahun guna mencukupi kebutuhan dalam negeri dan mengurangi ketergantungan impor. Berdasarkan pertimbangan ketersediaan bahan baku, pemasaran, transportasi, tenaga kerja, utilitas air, iklim, dan sarana komunikasi, maka lokasi pabrik amil asetat ini ditetapkan di Karanganyar, Jawa Tengah.
(8)
C. PROSES PEMBUATAN AMIL ASETAT
Sintesa amil asetat dilakukan dengan proses esterifikasi. Berikut ini adalah macam-macam proses esterifikasi yang meliputi (Kirk dan Othmer, 1952):
1. Sintesa ester dari asil halida, 2. Sintesa ester dari asam anhidrid, 3. Sintesa ester dari asam amino,
4. Sintesa ester dari garam dan alkil halida, 5. Sintesa ester dari asam nitrat,
6. Sintesa ester dari karbon monoksida, 7. Sintesa ester dari asam organik.
Menurut kelebihan dan kekurangan yang dimiliki oleh masing-masing reaksi amil asetat maka dipilih pembuatan amil asetat dari asam organik (asam asetat) dan alkohol (amil alkohol) dengan pertimbangan bahan baku tidak korosif dan tidak beracun. Reaksi esterifikasi berlangsung secara reversible pada suhu 100-150°C dan tekanan 1 atm dengan mengikuti orde 1 terhadap asam asetat, sehingga untuk memperoleh amil asetat sebesar mungkin maka kecepatan reaksi kearah kanan harus lebih besar dari pada kecepatan reaksi ke arah kiri. Reaksi esterifikasi amil asetat terjadi dengan melepaskan panas (eksotermis). D. TINJAUAN KINETIKA
Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan, proses esterifikasi amil asetat dari amil alkohol dan asam asetat yang berjalan pada orde satu, mempunyai persamaan laju reaksi sebagai berikut (Chiang et al., 2002):
CH3COOH + C5H11OH CH3COOC5H11 + H2O
-rA=� ���3������5�11�� −
���3����5�11 ��2�
��
Karena �� =�
��, maka:
-rA= � ���3������5�11�� − �����3����5�11 ��2� kf
...(1) kb
...(2)
(9)
Dalam kasus ini reaksi yang berjalan ke kiri diabaikan karena:
1. Salah satu produk (air) yang terbentuk dapat langsung terambil dengan cara diuapkan ke rectifier, sehingga reaksi ke kiri dihambat
2. Nilai konstanta kecepatan reaksi ke kiri kecil Sehingga persamaan laju reaksi menjadi -rA= � ���3������5�11��
Keterangan:
rA : Laju Reaksi (mol/L.s)
C : Konsentrasi Komponen (mol/L)
kf : Konstanta Kecepatan Reaksi ke kanan (s-1) kb : Konstanta Kecepatan Reaksi ke kiri (s-1) Keq : Konstanta Kesetimbangan
Reaksi esterifikasi antara asam asetat dan amil alkohol menjadi amil asetat bersifat eksotermis, kedua reaksi berjalan pada fase cair-cair di dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) pada suhu 110°C dan tekanan atmosferis.
Diagram alir proses pembuatan amil asetat dari asam asetat dan amil alkohol dapat dilihat pada Gambar 1 (kualitatif) dan Gambar 2 (kuantitatif) .
(10)
(11)
(12)
E. SPESIFIKASI ALAT UTAMA PROSES 1. Reaktor
Kode : R-01
Fungsi : Mereaksikan asam asetat dan amil alkohol dengan katalis padat amberliyst 15
Tipe : Reaktor aliran tangki berpengaduk (RATB) Bahan kontruksi : Stainless steel
Kondisi operasi
a. Tekanan : 1 atm
b. Temperatur : 32 oC Dimensi
a. Diameter : 2,444 m
b. Tinggi Shell : 2,444 m c. Tinggi Reaktor : 3,470 m d. Volume Shell : 11,453 m3 e. Volume Head : 2,947 m3 f. Volume Reaktor : 14,400 m3 g. Tebal Shell : 5/16 in
h. Tebal Head : ¼ in
Jaket
a. Bahan Kontuksi : Stainless steel b. Tinggi Jaket : 2,443 m c. Tebal Jaket : 1,125 m Pengaduk
a. Jenis : Turbin dengan 6 blade disk standar b. Jumlah Baffle : 4 buah
c. Lebar Baffle : 0,204 m d. Diameter Impeller : 0,815 m e. Lebar Impeller : 0,204 m f. Putaran Pengaduk : 76,496 rpm g. Power Motor : 6 Hp
Harga : US $ 281.101,80
2. Rectifier
Kode : D -1.1
Fungsi : Mengambil komponen ringan (air) dari komponen berat (asam asetat dan amil alkohol)
Jenis : Plate Sieve Tray Column
(13)
Spesifikasi
a. Tekanan umpan : 1,002 atm b. Tekanan atas : 0,999 atm c. Tekanan bawah : 1,005 atm d. Suhu umpan : 102,976 oC e. Suhu atas : 100,902 oC f. Suhu bawah : 117,289 oC Dimensi
a. Diameter : 2,289 m
b. Tinggi : 20,728 m
c. Tebal head : 3/16 in d. Tebal shell : 5/16 in Plate
a. Plate minimal : 8 stage b. Plate ideal : 27 stage c. Plate aktual : 44 stage
Harga : US $ 6.468,12
3. Stripper
Kode : D-2.1
Fungsi : Menggambil komponen berat (amil asetat dan amil alkohol) dari komponen ringan (asam asetat dan air)
Jenis : Plate Sieve Tray Column
Bahan kontruksi : Stainless Steel 304 Spesifikasi
a. Tekanan umpan : 1,003 atm b. Tekanan atas : 1,002 atm c. Tekanan bawah : 1,004 atm d. Suhu umpan : 142,1 oC e. Suhu atas : 129,29 oC f. Suhu bawah : 144,86 oC Dimensi
a. Diameter : 1,003 m
b. Tinggi : 5,801 m
c. Tebal head : 3/16 in d. Tebal shell : 3/16 in Plate
a. Plate minimal : 8 stage b. Plate ideal : 9 stage c. Plate aktual : 12 stage
(14)
4. Menara Distilasi
Kode : D- 3.1
Fungsi : Memurnikan produk Utama (amil asetat) sampai 98%
Jenis : Plate Sieve Tray Column
Bahan kontruksi : Stainless Steel 304 Spesifikasi
a. Tekanan umpan : 1,003 atm b. Tekanan atas : 1,002 atm c. Tekanan bawah : 1,004 atm d. Suhu umpan : 144,86 oC e. Suhu atas : 133,55 oC f. Suhu bawah : 149,60 oC Dimensi
a. Diameter : 1,290 m
b. Tinggi : 15,13 m
c. Tebal head : 3/16 in d. Tebal shell : 3/16 in Plate
a. Plate minimal : 48 stage b. Plate ideal : 69 stage c. Enriching : 22 buah d. Stripping : 47 buah
(15)
F. Analisis Ekonomi
Pabrik ini menggunakan modal tetap sebesar Rp.135.336.501.219,40 dan modal kerja sebesar Rp. Rp. 112.784.159.775,56. Dari hasil analisis ekonomi diperoleh parameter-parameter ekonomi sebagai berikut: Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 76,71% dan setelah pajak sebesar 53,69%; Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar 1,15 tahun sedangkan setelah pajak sebesar 1,57tahun; Break Even Point (BEP) sebesar 42,23%; Shut Down Point (SDP) sebesar 31,04%; dan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 47,17%. Adapun untuk gambar hasil analisis dapat dilihat sebagai berikut :
Gambar 3. Grafik analisa ekonomi 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00 800,00 900,00
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
M il y a r (Ru p ia h ) p er Ta h u n
Kapasitas Produksi per Tahun (%)
Fa Va Ra Sa BEP SDP
SDP BEP Ra Va S a Fa
(16)
G. Kesimpulan
Pabrik amil asetat digolongkan pabrik beresiko rendah, karena pabrik beroperasi pada pada tekanan 1 atm dan suhu 110oC. Analisa kelayakan ekonomi pabrik amil asetat dinyatakan sebagai berikut:
1. Kentungan sebelum pajak sebesar Rp. 100.775.086.292,55per tahun dan keuntungan setelah pajak sebesar Rp. 70.542.560.404,78 per tahun.
2. ROI (Return On Investment) sebelum pajak adalah 76,71%.
ROI (Return On Investment) sesudah pajak adalah 53,69%.
ROI (Return On Invesment) sebelum pajak untuk pabrik beresiko rendah minimal 11% (Aries dan Newton, 1954).
3. POT (Pay Out Time) sebelum pajak adalah 1,15 tahun
POT (Pay Out Time) sesudah pajak adalah 1,57 tahun
POT (Pay Out Time) sebelum pajak untuk pabrik beresiko rendah maksimal 5 tahun (Aries dan Newton, 1954).
4. BEP (Break Event Point) adalah 42,23% dan SDP (Shut Down Point) adalah
31,04%. BEP untuk pabrik kimia pada umumnya berkisar antara 40%-60%. 5. DCF (Discounted Cash Flow) adalah 47,17%. 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.
Berdasarkan hasil dari analisis kelayakan ekonomi tersebut diperoleh kesimpulan bahwa pabrik amil asetat layak untuk didirikan dan dikaji lebih lanjut.
(17)
DAFTAR PUSTAKA
Aries, R.S., Newton, RD., 1954, “Chemical Engineering Cost Estimation”, Mc. Graw Hill Book Company Inc, New York Toronto London
Badan Pusat Statistik.,2007, Data Impor Indonesia ,BPS Indonesia, http: www.bps.go.id
Chiang, C.L. Kuo, C.C. Yu, and David S.H. Wong, Design Alternatives for Amyl Acetate Process: Coupled Reactor / Column and Reactive Distillation, Industrial & Engineering Chemistry Research vol 41, no. 13.
Kirk, R.E. and Othmer, D.F., 1952, Encyclopedia of Chemical Technology 3rd ed., The Inter Science Encyclopedia, Inc., New York.
Mc.Ketta, J.J., and Cunningham W.A., 1977, Encyclopedia of Chemical Processing and Design, vol.31, Marcel Dekker, Inc., New York.
(1)
E. SPESIFIKASI ALAT UTAMA PROSES 1. Reaktor
Kode : R-01
Fungsi : Mereaksikan asam asetat dan amil alkohol dengan katalis padat amberliyst 15
Tipe : Reaktor aliran tangki berpengaduk (RATB) Bahan kontruksi : Stainless steel
Kondisi operasi
a. Tekanan : 1 atm
b. Temperatur : 32 oC Dimensi
a. Diameter : 2,444 m
b. Tinggi Shell : 2,444 m c. Tinggi Reaktor : 3,470 m d. Volume Shell : 11,453 m3 e. Volume Head : 2,947 m3 f. Volume Reaktor : 14,400 m3 g. Tebal Shell : 5/16 in
h. Tebal Head : ¼ in
Jaket
a. Bahan Kontuksi : Stainless steel b. Tinggi Jaket : 2,443 m c. Tebal Jaket : 1,125 m Pengaduk
a. Jenis : Turbin dengan 6 blade disk standar b. Jumlah Baffle : 4 buah
c. Lebar Baffle : 0,204 m d. Diameter Impeller : 0,815 m e. Lebar Impeller : 0,204 m f. Putaran Pengaduk : 76,496 rpm g. Power Motor : 6 Hp
Harga : US $ 281.101,80
2. Rectifier
Kode : D -1.1
Fungsi : Mengambil komponen ringan (air) dari komponen berat (asam asetat dan amil alkohol)
Jenis : Plate Sieve Tray Column
(2)
Spesifikasi
a. Tekanan umpan : 1,002 atm b. Tekanan atas : 0,999 atm c. Tekanan bawah : 1,005 atm d. Suhu umpan : 102,976 oC e. Suhu atas : 100,902 oC f. Suhu bawah : 117,289 oC Dimensi
a. Diameter : 2,289 m
b. Tinggi : 20,728 m
c. Tebal head : 3/16 in d. Tebal shell : 5/16 in Plate
a. Plate minimal : 8 stage b. Plate ideal : 27 stage c. Plate aktual : 44 stage
Harga : US $ 6.468,12
3. Stripper
Kode : D-2.1
Fungsi : Menggambil komponen berat (amil asetat dan amil alkohol) dari komponen ringan (asam asetat dan air)
Jenis : Plate Sieve Tray Column
Bahan kontruksi : Stainless Steel 304 Spesifikasi
a. Tekanan umpan : 1,003 atm b. Tekanan atas : 1,002 atm c. Tekanan bawah : 1,004 atm d. Suhu umpan : 142,1 oC e. Suhu atas : 129,29 oC f. Suhu bawah : 144,86 oC Dimensi
a. Diameter : 1,003 m
b. Tinggi : 5,801 m
c. Tebal head : 3/16 in d. Tebal shell : 3/16 in Plate
a. Plate minimal : 8 stage b. Plate ideal : 9 stage c. Plate aktual : 12 stage
(3)
4. Menara Distilasi
Kode : D- 3.1
Fungsi : Memurnikan produk Utama (amil asetat) sampai 98%
Jenis : Plate Sieve Tray Column
Bahan kontruksi : Stainless Steel 304 Spesifikasi
a. Tekanan umpan : 1,003 atm b. Tekanan atas : 1,002 atm c. Tekanan bawah : 1,004 atm d. Suhu umpan : 144,86 oC e. Suhu atas : 133,55 oC f. Suhu bawah : 149,60 oC Dimensi
a. Diameter : 1,290 m
b. Tinggi : 15,13 m
c. Tebal head : 3/16 in d. Tebal shell : 3/16 in Plate
a. Plate minimal : 48 stage b. Plate ideal : 69 stage c. Enriching : 22 buah d. Stripping : 47 buah
(4)
F. Analisis Ekonomi
Pabrik ini menggunakan modal tetap sebesar Rp.135.336.501.219,40 dan modal kerja sebesar Rp. Rp. 112.784.159.775,56. Dari hasil analisis ekonomi diperoleh parameter-parameter ekonomi sebagai berikut: Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 76,71% dan setelah pajak sebesar 53,69%; Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar 1,15 tahun sedangkan setelah pajak sebesar 1,57tahun; Break Even Point (BEP) sebesar 42,23%; Shut Down Point (SDP) sebesar 31,04%; dan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 47,17%. Adapun untuk gambar hasil analisis dapat dilihat sebagai berikut :
Gambar 3. Grafik analisa ekonomi
0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00 800,00 900,00
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
M
il
y
a
r
(Ru
p
ia
h
)
p
er
Ta
h
u
n
Kapasitas Produksi per Tahun (%)
Fa Va Ra Sa BEP SDP
SDP
BEP
Ra
Va S a
(5)
G. Kesimpulan
Pabrik amil asetat digolongkan pabrik beresiko rendah, karena pabrik beroperasi pada pada tekanan 1 atm dan suhu 110oC. Analisa kelayakan ekonomi pabrik amil asetat dinyatakan sebagai berikut:
1. Kentungan sebelum pajak sebesar Rp. 100.775.086.292,55per tahun dan keuntungan setelah pajak sebesar Rp. 70.542.560.404,78 per tahun.
2. ROI (Return On Investment) sebelum pajak adalah 76,71%. ROI (Return On Investment) sesudah pajak adalah 53,69%.
ROI (Return On Invesment) sebelum pajak untuk pabrik beresiko rendah minimal 11% (Aries dan Newton, 1954).
3. POT (Pay Out Time) sebelum pajak adalah 1,15 tahun POT (Pay Out Time) sesudah pajak adalah 1,57 tahun
POT (Pay Out Time) sebelum pajak untuk pabrik beresiko rendah maksimal 5 tahun (Aries dan Newton, 1954).
4. BEP (Break Event Point) adalah 42,23% dan SDP (Shut Down Point) adalah 31,04%. BEP untuk pabrik kimia pada umumnya berkisar antara 40%-60%. 5. DCF (Discounted Cash Flow) adalah 47,17%. 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.
Berdasarkan hasil dari analisis kelayakan ekonomi tersebut diperoleh kesimpulan bahwa pabrik amil asetat layak untuk didirikan dan dikaji lebih lanjut.
(6)
DAFTAR PUSTAKA
Aries, R.S., Newton, RD., 1954, “Chemical Engineering Cost Estimation”, Mc. Graw Hill Book Company Inc, New York Toronto London
Badan Pusat Statistik.,2007, Data Impor Indonesia ,BPS Indonesia, http: www.bps.go.id
Chiang, C.L. Kuo, C.C. Yu, and David S.H. Wong, Design Alternatives for Amyl Acetate Process: Coupled Reactor / Column and Reactive Distillation, Industrial & Engineering Chemistry Research vol 41, no. 13.
Kirk, R.E. and Othmer, D.F., 1952, Encyclopedia of Chemical Technology 3rd ed., The Inter Science Encyclopedia, Inc., New York.
Mc.Ketta, J.J., and Cunningham W.A., 1977, Encyclopedia of Chemical Processing and Design, vol.31, Marcel Dekker, Inc., New York.