PRARANCANGAN PABRIK DIBUTYL PHTHALATEDARI PHTHALIC ANHYDRIDE DAN N-BUTANOL Prarancangan Pabrik Dibutyl Phthalate dari Phthalic Anhydride dan N-Butanol Kapasitas 21.000 Ton/Tahun.
PRARANCANGAN PABRIK DIBUTYL PHTHALATE
DARI PHTHALIC ANHYDRIDE DAN N-BUTANOL
KAPASITAS 21.000 TON/TAHUN
Disusun sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh
Gelar Kesarjanaan Strata 1 Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oleh :
THERISIA WIDI KIRANA
D 500 110 032
Dosen Pembimbing :
1.
Dr. Ir. Ahmad M Fuadi, M.T
2.
Kusmiyati, S.T., M.T., Ph.D
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SURAKARTA
2015
HALAMAN PENGESAHAN
ii
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
iii
INTISARI
Latar belakang pendirian pabrik dibutyl phthalate adalah untuk mengurangi
ketergantungan terhadap bahan impor yang berasal dari industri asing. Selain itu
juga sebagai penyedia bahan pembantu bagi industri polimer maupun industri lain
yang membutuhkan dibutyl phthalate. Adanya pendirian pabrik ini juga diharapkan
dapat meningkatkan pendapatan negara Indonesia. Pabrik ini dirancang dengan
kapasitas produksi sebesar 21.000 ton/tahun dan akan didirikan di Gresik, Jawa
Timur.
Dibutyl phthalate merupakan salah satu jenis plasticizer (bahan tambahan
plastik untuk meningkatkan daya tahan, sifat transparansinya, serta sifat
plastisitasnya) dimana proses sintesa dibutyl phthalate terjadi melalui reaksi
esterifikasi antara phthalic anhydride dan n-butanol. Proses tersebut memerlukan
katalis asam sulfat untuk mempercepat terjadinya reaksi tersebut karena reaksi
berlangsung secara dua tahap. Reaksi esterifikasi terjadi pada reaktor alir tangki
berpengaduk (RATB) dengan suhu operasi 140C dan tekanan 2 atm. Dimana
reaksi bersifat eksotermis sehingga diperlukan media pendingin berupa air untuk
menjaga agar suhu reaksi tetap konstan. Produk keluar dari reaktor selanjutnya
diumpankan ke separator untuk memisahkan fase cair dan uapnya. Fase uap akan
diumpankan ke menara distilasi-01. Sedangkan, fase cair yang bersifat asam akan
diumpankan ke neutralizer dan terjadi reaksi penetralan dengan NaOH. Setelah itu,
campuran diumpankan ke dekanter. Di dalam dekanter terjadi pemisahan komponen
berdasarkan berat jenisnya. Lapisan atas yang berupa produk akan menuju menara
distilasi-02 untuk proses pemurnian produk dan lapisan bawah akan menuju unit
pengolah limbah.
Unit utilitas merupakan unit yang mendukung semua kebutuhan proses di
pabrik. Utilitas yang diperlukan pabrik dibutyl phthalate meliputi penyediaan air
sebanyak 7.100 kg/jam yang diperoleh dari air sungai Brantas, kebutuhan steam
sebanyak 10.100 kg/jam yang diperoleh dari boiler. Kebutuhan listrik total
sebanyak 100 kW yang diperoleh dari PLN dan generator set dengan kapasitas
sebesar 350 kW. Bahan bakar yang digunakan untuk boiler dan generator adalah
solar dengan kebutuhan bahan bakar sebesar 940 L/jam. Pabrik dibutyl phthalate ini
berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dengan jumlah karyawan sebanyak 170 orang
dan beroperasi selama 330 hari dalam 1 tahun. Modal kerja pada pabrik ini sebesar
Rp. 59.123.068.847,11 per tahun dan modal tetap sebesar Rp. 326.709.619.077,99
per tahun. Dari analisa ekonomi terhadap pabrik ini, pabrik memiliki keuntungan
sebelum pajak sebesar Rp. 91.808.755.987,07 per tahun dan keuntungan setelah
pajak sebesar Rp. 64.266.129.190,95 per tahun. Percent return on investment (ROI)
sebelum pajak sebesar 28,10% dan sesudah pajak sebesar 19,67%. Pay out time
(POT) sebelum pajak sebesar 2,62 tahun dan setelah pajak 3,37 tahun. Break even
point (BEP) sebesar 50,5%, shut down point (SDP) sebesar 27,88%, IRR
berdasarkan discounted cash flow (DCF) sebesar 41,3%. Berdasarkan analisa di
atas, dapat disimpulkan bahwa pabrik dibutyl phthalate ini dapat menguntungkan
sehingga layak untuk didirikan.
Kata kunci : Dibutyl Phthalate, Esterifikasi, Asam Sulfat
iv
MOTTO
Allah akan meninggikan orang-orang yang beriman
diantaramu dan orang-orang yang diberi ilmu
pengetahuan beberapa derajat
(Q.S. Al Mujadalah : 11)
Sesungguhnya bersama
kesukaran itu ada
keringanan. Karena itulah bila kau sudah selesai
(mengerjakan yang lain), maka berharaplah
kepada Tuhanmu (Q.S. Al-Insyirah : 6-8)
Banyak kegagalan dalam hidup ini dikarenakan
orang-orang tidak menyadari betapa dekatnya
mereka dengan keberhasilan saat mereka menyerah.
-
Thomas Alva Edison
Berusahalah untuk tidak menjadi manusia yang
berhasil tapi berusahalah menjadi manusia yang
berguna.
- Albert Einsten
Success needs a process. Success is not a final, and
not a destination. Success is an achievement from a
long journey. My future is my unknown paradise so
my duty as a child is lifting my family pride.
v
PERSEMBAHAN
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya yang telah
memberikan kekuatan, kesehatan, kesabaran serta keikhlasan untukku dalam mengerjakan
tugas akhir kuliahku ini. Terimakasih atas karunia serta kemudahan yang Engkau berikan
sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.
Aku persembahkan karya kecilku ini kepada orang yang sangat kukasihi dan kusayangi.
Ibunda dan Ayahanda tercinta. Sebagai tanda bakti, hormat dan rasa terimakasih yang
tak terhingga, kupersembahkan karya kecilku ini kepada kalian yang telah menjadi motivasi,
inspirasi dan tiada henti memberikan dukungan serta do anya untukku. Tanpa kalian,
keluargaku, aku bukan apa-apa dan bukan siapa-siapa. Kalian adalah tiang yang kokoh yang
selalu menunjukkan kekuatannya untuk menopang hidupku. Terimakasih untuk kalian atas
limpahan cinta, kasih sayang yang besar dan tak ada hentinya untukku, yang tiada mungkin
dapat kubalas hanya dengan selembar kertas ini. Aku akan selalu menyanyangi kalian dan
akan terus membanggakan kalian dengan sedikit kelebihanku ini. Dan terimakasih pula
untuk Bapak, guruku yang selamanya akan tetap menjadi pahlawan tanpa jasa untukku,
terimakasih atas pembelajaran hidup yang engkau ajarkan kepada anak-anakmu. Semoga
selalu diberi kesehatan dan umur panjang untuk kedua orang tuaku. Terimalah tanda cinta
anakmu ini yang mungkin hanya akan membayar sedikit dari hasil pengorbanan keringat
kalian untukku.
Untuk adikku M. Rizal Pahleviannur, terimakasih atas dorongan semangat serta
do anya untuk kakakmu ini. Semoga kelak engkau berhasil dan menjadi kebanggaan
keluarga. Amin
Untuk sahabat spesialku, Setya Budi. Terimakasih atas motivasinya, dorongan
semangat serta do a yang terus mengalir untukku, dan terimakasih untuk segala bantuan
dalam menyelesaikan karyaku ini. Terimakasih telah menjadi sahabat terbaikku dan setia
menemani dalam suka dukaku. Sukses selalu untukmu. Amin
Dengan karyaku ini aku belajar, aku tegar, aku bersabar dan aku ikhlas hingga
keberhasilan kecil ini menjumpaiku. Terimakasih untuk semua.
vi
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, berkah, dan
hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini, dengan judul
Prarancangan Pabrik Dibutyl Phthalate dari Phthalic Anhydride dan N-Butanol
Kapasitas 21.000 Ton/Tahun. Tugas akhir ini disusun guna memenuhi persyaratan
memperoleh gelar sarjana di Program Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta
Dalam penyusunan tugas akhir ini tentunya tidak lepas dari bantuan dan
dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis
menyampaikan penghargaan dan terimakasih yang tak terhingga kepada:
1.
Bapak Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D. selaku Ketua Program Studi Teknik
Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2.
Bapak Dr. Ir. Ahmad M Fuadi, M.T selaku Pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan, pengarahan, dan masukan selama penyusunan tugas
akhir ini hingga selesai.
3.
Ibu Kusmiyati, S.T., M.T., Ph.D. selaku Pembimbing II yang telah berkenan
meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan dan pengarahan serta
masukan dalam menyelesaikan tugas akhir ini hingga selesai.
4.
Bapak/Ibu Dosen Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta, yang telah memberikan ilmu pembelajaran dan
bimbingan selama perkuliahan di Teknik Kimia.
5.
Ayah, Ibu dan adik yang selalu memberikan doa, dukungan serta motivasi yang
tiada henti, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
6.
Nur Hidayati selaku partner tugas akhir dan teman-teman seperjuangan
angkatan 2011 Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
vii
Surakarta, terima kasih atas bantuan, dukungan dan motivasinya selama
penyusunan tugas akhir ini, sukses selalu untuk kalian semua.
7.
Sahabat karibku di Teknik Kimia, Rendra, Wiwik, Sima yang telah
memberikan dorongan semangat serta doanya. Semoga kalian juga segera
Sarjana.
8.
Teman satu kontrakan : Adina, Hervani, Anisa, Via dan Yetik yang selalu
support dan menghadirkan keceriaan, kebersamaan di rumah kedua.
9.
Teman-teman kepengurusan Dewan Perwakilan Mahasiswa (DPM FT UMS)
Tahun 2014 serta Keluarga Mahasiswa Teknik Kimia (KMTK UMS).
10. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu, yang telah banyak
membantu penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
Harapan penulis semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi para
pembacanya. Penulis menyadari bahwa penulisan tugas akhir ini masih jauh dari
kata sempurna. Oleh karena itu, segala kritik dan saran yang membangun akan
sangat membantu demi kesempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata, saya selaku
penulis mengucapkan banyak terima kasih.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Surakarta, 29 Oktober 2015
Penulis
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i
HALAMAN PENGESAHAN............................................................................... ii
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ................................................ iii
INTISARI ............................................................................................................. iv
MOTTO ..................................................................................................................v
PERSEMBAHAN................................................................................................. vi
KATA PENGANTAR......................................................................................... vii
DAFTAR ISI......................................................................................................... ix
DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiii
DAFTAR GAMBAR............................................................................................xv
DAFTAR LAMBANG ....................................................................................... xvi
BAB I PENDAHULUAN.......................................................................................1
1.1
Latar Belakang Pendirian Pabrik .............................................................. 1
1.2
Kapasitas Pabrik........................................................................................ 2
1.2.1 Kebutuhan Impor Dibutyl Phthalate............................................. 3
1.2.1 Kapasitas Produksi Pabrik Komersial yang Sudah Ada ............... 4
1.3
Lokasi Pabrik ............................................................................................ 5
1.3.1 Ketersediaan Bahan Baku ............................................................. 5
1.3.2 Pemasaran Produk......................................................................... 5
1.3.3 Sarana Transportasi....................................................................... 6
1.3.4 Utilitas ........................................................................................... 6
1.3.5 Tenaga Kerja ................................................................................. 6
1.4
Tinjauan Pustaka....................................................................................... 7
1.4.1 Proses Pembuatan Dibutyl Phthalate ............................................ 7
1.4.2 Kegunaan Produk .......................................................................... 8
1.4.3 Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku serta Produk......................... 8
1.4.4. Tinjauan Proses Secara Umum ................................................... 12
BAB II DESKRIPSI PROSES ........................................................................... 13
ix
2.1.
Spesifikasi Bahan Baku, Bahan Pendukung dan Produk........................ 13
2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku............................................................... 13
2.1.2. Spesifikasi Bahan Pendukung ..................................................... 13
2.1.3. Spesifikasi Produk....................................................................... 14
2.2.
Konsep Reaksi ........................................................................................ 14
2.2.1. Dasar Reaksi................................................................................ 14
2.2.2. Mekanisme reaksi........................................................................ 14
2.2.3. Kondisi Operasi........................................................................... 15
2.2.4. Tinjauan Termodinamika ............................................................ 15
2.2.5. Tinjauan Kinetika........................................................................ 17
2.3.
Tahapan Proses ....................................................................................... 18
2.3.1. Persiapan Bahan Baku................................................................. 18
2.3.2. Tahap Reaksi............................................................................... 19
2.3.3. Tahap Pemisahan dan Pemurnian ............................................... 19
2.4.
Neraca Massa dan Neraca Panas............................................................. 20
2.4.1. Neraca Massa .............................................................................. 20
2.4.2. Neraca Panas ............................................................................... 24
2.5.
Tata Letak Pabrik dan Peralatan ............................................................. 30
2.5.1. Tata Letak Pabrik ........................................................................ 30
2.5.2. Tata Letak Peralatan.................................................................... 34
BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ............................................ 38
3.1.
Silo .......................................................................................................... 38
3.2.
Bucket Elevator....................................................................................... 38
3.3.
Melting Tank ........................................................................................... 39
3.4.
Reaktor.................................................................................................... 39
3.5.
Neutralizer .............................................................................................. 40
3.6.
Dekanter.................................................................................................. 41
3.7.
Separator ................................................................................................. 42
3.8.
Menara Distilasi ...................................................................................... 43
3.9.
Tangki Penyimpanan .............................................................................. 45
3.10. Heat Exchanger ...................................................................................... 49
x
3.11. Akumulator ............................................................................................. 58
3.12. Pompa ..................................................................................................... 59
BAB IV UNIT UTILITAS DAN LABORATORIUM ..................................... 68
4.1.
Unit Utilitas............................................................................................. 68
4.1.1. Unit Penyediaan dan Pengolahan Air ......................................... 69
4.1.2. Unit Penyediaan Steam ............................................................... 86
4.1.3. Unit Penyediaan Listrik............................................................... 87
4.1.4. Unit Penyediaan Bahan bakar ..................................................... 90
4.1.5. Unit Penyediaan Udara Tekan .................................................... 91
4.1.6. Unit Pengolahan Limbah............................................................. 92
4.2.
Laboratorium........................................................................................... 96
4.2.1. Program Kerja Laboratorium ...................................................... 96
4.2.2. Penanganan Sampel .................................................................... 97
4.2.3. Prosedur Analisa ......................................................................... 98
4.2.4. Metode Analisa ........................................................................... 98
4.2.5. Alat–alat Laboratorium ............................................................... 99
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ........................................................ 100
5.1.
Bentuk Perusahaan................................................................................ 100
5.2.
Struktur Organisasi Perusahaan ............................................................ 101
5.3.
Tugas dan Wewenang ........................................................................... 105
5.3.1. Pemegang Saham ...................................................................... 105
5.3.2. Dewan Komisaris ...................................................................... 105
5.3.3. Dewan Direksi........................................................................... 105
5.4.
Pembagian Jam Kerja Karyawan .......................................................... 112
5.5.
Penentuan Jumlah Karyawan Proses .................................................... 114
5.6.
Sistem Kepegawaian dan Sistem Upah................................................. 114
5.7.
Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ............................. 115
5.8.
Kesejahteraan Sosial Karyawan............................................................ 117
5.9.
Kesehatan dan Keselamatan Kerja........................................................ 119
5.10. Manajemen Produksi ............................................................................ 120
5.10.1. Perencanaan Produksi ............................................................... 121
xi
5.10.2. Pengendalian Produksi .............................................................. 122
BAB VI ANALISA EKONOMI....................................................................... 124
6.1.
Capital Invesment ................................................................................. 127
6.2.
Manufacturing Cost (MC)..................................................................... 127
6.3.
General Expenses (GE)......................................................................... 128
6.4.
Analisis Kelayakan ............................................................................... 128
6.4.1. Percent Return On Investment (ROI)........................................ 128
6.4.2. Pay Out Time (POT) ................................................................. 128
6.4.3. Break Even Point (BEP)............................................................ 129
6.4.4. Shut Down Point (SDP) ............................................................ 129
BAB VII KESIMPULAN ................................................................................. 136
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1. Data Impor Negara Indonesia terhadap Dibutyl Phthalate.................... 3
Tabel 1.2. Data Pabrik Dibutyl Phthalate di Dunia ................................................ 4
Tabel 2.1. Data Panas Pembentukan (Δ H°f) dan Energi Gibbs (Δ G) pada suhu
298,15 K ............................................................................................... 16
Tabel 2.2. Neraca Massa Total.............................................................................. 20
Tabel 2.3. Neraca Massa Melting tank.................................................................. 21
Tabel 2.4. Neraca Massa Reaktor ......................................................................... 21
Tabel 2.5. Neraca Massa Flash drum.................................................................... 21
Tabel 2.6. Neraca Massa Neutralizer.................................................................... 22
Tabel 2.7. Neraca Massa Dekanter ....................................................................... 22
Tabel 2.8. Neraca Massa Menara Distilasi 2......................................................... 23
Tabel 2.9. Neraca Massa Menara Distilasi 1......................................................... 23
Tabel 2.10. Neraca Panas Melting tank................................................................. 24
Tabel 2.11. Neraca Panas Reaktor ........................................................................ 24
Tabel 2.12. Neraca Panas Flash drum .................................................................. 25
Tabel 2.13. Neraca Panas Neutralizer................................................................... 25
Tabel 2.14. Neraca Panas Dekanter ...................................................................... 26
Tabel 2.15. Neraca Panas Menara Distilasi 1 ....................................................... 27
Tabel 2.16. Neraca Panas Menara Distilasi 2 ....................................................... 27
Tabel 2.17. Perincian Luas Bangunan Pabrik ....................................................... 32
Tabel 2.18. Perincian Ukuran Dimensi Peralatan Proses...................................... 36
Tabel 4.1. Daftar Kebutuhan Air Pendingin ......................................................... 84
Tabel 4.2. Daftar Kebutuhan Steam ...................................................................... 85
Tabel 4.3. Daftar Kebutuhan Air Sanitasi ............................................................. 85
Tabel 4.4. Konsumsi Listrik untuk Keperluan Proses........................................... 87
Tabel 4.5. Konsumsi Listrik untuk Unit Pendukung Proses (Utilitas).................. 88
Tabel 5.1. Jadwal Pembagian Kerja Karyawan Shift .......................................... 113
Tabel 5.2. Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji .......................... 115
Tabel 6.1. Indeks Harga pada Tahun 2007-2019 ................................................ 125
xiii
Tabel 6.2. Total Fixed Capital Investment.......................................................... 130
Tabel 6.3. Working Capital................................................................................. 130
Tabel 6.4. Manufacturing Cost ........................................................................... 130
Tabel 6.5. General Expenses............................................................................... 131
Tabel 6.6. Fixed Cost .......................................................................................... 133
Tabel 6.7. Variable Cost ..................................................................................... 133
Tabel 6.8. Regulated Cost ................................................................................... 134
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Grafik Impor Dibutyl Phthalate ......................................................... 3
Gambar 1.2. Reaksi Esterifikasi Dibutyl Phthalate Tahap I................................... 7
Gambar 1.3. Reaksi Esterifikasi Dibutyl Phthalate Tahap II.................................. 7
Gambar 2.1. Diagram Alir Kualitatif .................................................................... 28
Gambar 2.2. Diagram Alir Kuantitatif .................................................................. 29
Gambar 2.3. Tata Letak Perusahaan ..................................................................... 33
Gambar 2.4. Tata Letak Peralatan Proses ............................................................. 37
Gambar 4.1. Blok Diagram Pengolahan Limbah Pabrik Dibutyl Phthalate ......... 95
Gambar 5.1. Struktur Organisai Perusahaan ....................................................... 104
Gambar 6.1. Grafik Hubungan antara Tahun dengan Cost Index ....................... 126
Gambar 6.2. Hubungan antara Kapasitas Produksi Pertahun Dengan
Keuntungan Per Tahun .................................................................. 135
xv
DAFTAR LAMBANG
µ
: Viskositas, cP
ρ
: Densitas, kg/m3
: Luas bidang penampang, ft2
: Lebar baffle, m
: Baffle spacing, in
Btu/jam ft2 F
: Panas spesifik, Btu/lbF
: Diameter, m
: Diameter pengaduk, m
: Diameter optimal, m
: Efisiensi pengelasan
: Allowable stress, psia
: Normal heating value, Btu/lb
: Laju alir, m3/jam
: Tinggi, m
HE, Btu/jam ft2 F
ℎ
: Inside film coefficient, Btu/jam ft2 F
ℎ
: Outside film coefficient, Btu/jam ft2 F
: Panas penguapan, joule/mol
: Jari-jari sudut dalam, in
: Inside diameter, in
: Heat transfer factor
: Konduktivitas termal, Btu/jam ft2 F/ft
: Konstanta kinetika reaksi, /menit
: Lebar pengaduk, m
: Lebar, m
: Log Mean Temperature Different, F
: Massa, kg
xvi
: Massa Steam, kg
: Kecepatan putaran, rpm
: Bilangan Reynold
: Jumlah tube
: Outside diameter, in
: Tekanan, psia
: Panjang, m
: Power motor, Hp
: Tube Pitch, in
: Kecepatan/laju air volumetric, m3/jam
: Kebutuhan Steam, kg
: Jari-jari, in
: Jari-jari dish, in
: Faktor Pengotor
: Specific gravity
: Temperatur, C
: Waktu, jam
: Titik didih, C
: Titik kritis, C
ℎ
: Tebal head, in
: Tebal shell, in
: Koefisien perpindahan panas menyeluruh pada awal HE dipakai,
: Koefisien perpindahan panas menyeluruh setelah ada zat pengotor pada
: Volume head, m3
: Volume shell, m3
: Volume tangki, m3
: Volume total, m3
: Tinggi pengaduk, m
: Total head, in
: Konversi , %
: Efisiensi
xvii
DARI PHTHALIC ANHYDRIDE DAN N-BUTANOL
KAPASITAS 21.000 TON/TAHUN
Disusun sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh
Gelar Kesarjanaan Strata 1 Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oleh :
THERISIA WIDI KIRANA
D 500 110 032
Dosen Pembimbing :
1.
Dr. Ir. Ahmad M Fuadi, M.T
2.
Kusmiyati, S.T., M.T., Ph.D
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SURAKARTA
2015
HALAMAN PENGESAHAN
ii
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
iii
INTISARI
Latar belakang pendirian pabrik dibutyl phthalate adalah untuk mengurangi
ketergantungan terhadap bahan impor yang berasal dari industri asing. Selain itu
juga sebagai penyedia bahan pembantu bagi industri polimer maupun industri lain
yang membutuhkan dibutyl phthalate. Adanya pendirian pabrik ini juga diharapkan
dapat meningkatkan pendapatan negara Indonesia. Pabrik ini dirancang dengan
kapasitas produksi sebesar 21.000 ton/tahun dan akan didirikan di Gresik, Jawa
Timur.
Dibutyl phthalate merupakan salah satu jenis plasticizer (bahan tambahan
plastik untuk meningkatkan daya tahan, sifat transparansinya, serta sifat
plastisitasnya) dimana proses sintesa dibutyl phthalate terjadi melalui reaksi
esterifikasi antara phthalic anhydride dan n-butanol. Proses tersebut memerlukan
katalis asam sulfat untuk mempercepat terjadinya reaksi tersebut karena reaksi
berlangsung secara dua tahap. Reaksi esterifikasi terjadi pada reaktor alir tangki
berpengaduk (RATB) dengan suhu operasi 140C dan tekanan 2 atm. Dimana
reaksi bersifat eksotermis sehingga diperlukan media pendingin berupa air untuk
menjaga agar suhu reaksi tetap konstan. Produk keluar dari reaktor selanjutnya
diumpankan ke separator untuk memisahkan fase cair dan uapnya. Fase uap akan
diumpankan ke menara distilasi-01. Sedangkan, fase cair yang bersifat asam akan
diumpankan ke neutralizer dan terjadi reaksi penetralan dengan NaOH. Setelah itu,
campuran diumpankan ke dekanter. Di dalam dekanter terjadi pemisahan komponen
berdasarkan berat jenisnya. Lapisan atas yang berupa produk akan menuju menara
distilasi-02 untuk proses pemurnian produk dan lapisan bawah akan menuju unit
pengolah limbah.
Unit utilitas merupakan unit yang mendukung semua kebutuhan proses di
pabrik. Utilitas yang diperlukan pabrik dibutyl phthalate meliputi penyediaan air
sebanyak 7.100 kg/jam yang diperoleh dari air sungai Brantas, kebutuhan steam
sebanyak 10.100 kg/jam yang diperoleh dari boiler. Kebutuhan listrik total
sebanyak 100 kW yang diperoleh dari PLN dan generator set dengan kapasitas
sebesar 350 kW. Bahan bakar yang digunakan untuk boiler dan generator adalah
solar dengan kebutuhan bahan bakar sebesar 940 L/jam. Pabrik dibutyl phthalate ini
berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dengan jumlah karyawan sebanyak 170 orang
dan beroperasi selama 330 hari dalam 1 tahun. Modal kerja pada pabrik ini sebesar
Rp. 59.123.068.847,11 per tahun dan modal tetap sebesar Rp. 326.709.619.077,99
per tahun. Dari analisa ekonomi terhadap pabrik ini, pabrik memiliki keuntungan
sebelum pajak sebesar Rp. 91.808.755.987,07 per tahun dan keuntungan setelah
pajak sebesar Rp. 64.266.129.190,95 per tahun. Percent return on investment (ROI)
sebelum pajak sebesar 28,10% dan sesudah pajak sebesar 19,67%. Pay out time
(POT) sebelum pajak sebesar 2,62 tahun dan setelah pajak 3,37 tahun. Break even
point (BEP) sebesar 50,5%, shut down point (SDP) sebesar 27,88%, IRR
berdasarkan discounted cash flow (DCF) sebesar 41,3%. Berdasarkan analisa di
atas, dapat disimpulkan bahwa pabrik dibutyl phthalate ini dapat menguntungkan
sehingga layak untuk didirikan.
Kata kunci : Dibutyl Phthalate, Esterifikasi, Asam Sulfat
iv
MOTTO
Allah akan meninggikan orang-orang yang beriman
diantaramu dan orang-orang yang diberi ilmu
pengetahuan beberapa derajat
(Q.S. Al Mujadalah : 11)
Sesungguhnya bersama
kesukaran itu ada
keringanan. Karena itulah bila kau sudah selesai
(mengerjakan yang lain), maka berharaplah
kepada Tuhanmu (Q.S. Al-Insyirah : 6-8)
Banyak kegagalan dalam hidup ini dikarenakan
orang-orang tidak menyadari betapa dekatnya
mereka dengan keberhasilan saat mereka menyerah.
-
Thomas Alva Edison
Berusahalah untuk tidak menjadi manusia yang
berhasil tapi berusahalah menjadi manusia yang
berguna.
- Albert Einsten
Success needs a process. Success is not a final, and
not a destination. Success is an achievement from a
long journey. My future is my unknown paradise so
my duty as a child is lifting my family pride.
v
PERSEMBAHAN
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya yang telah
memberikan kekuatan, kesehatan, kesabaran serta keikhlasan untukku dalam mengerjakan
tugas akhir kuliahku ini. Terimakasih atas karunia serta kemudahan yang Engkau berikan
sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.
Aku persembahkan karya kecilku ini kepada orang yang sangat kukasihi dan kusayangi.
Ibunda dan Ayahanda tercinta. Sebagai tanda bakti, hormat dan rasa terimakasih yang
tak terhingga, kupersembahkan karya kecilku ini kepada kalian yang telah menjadi motivasi,
inspirasi dan tiada henti memberikan dukungan serta do anya untukku. Tanpa kalian,
keluargaku, aku bukan apa-apa dan bukan siapa-siapa. Kalian adalah tiang yang kokoh yang
selalu menunjukkan kekuatannya untuk menopang hidupku. Terimakasih untuk kalian atas
limpahan cinta, kasih sayang yang besar dan tak ada hentinya untukku, yang tiada mungkin
dapat kubalas hanya dengan selembar kertas ini. Aku akan selalu menyanyangi kalian dan
akan terus membanggakan kalian dengan sedikit kelebihanku ini. Dan terimakasih pula
untuk Bapak, guruku yang selamanya akan tetap menjadi pahlawan tanpa jasa untukku,
terimakasih atas pembelajaran hidup yang engkau ajarkan kepada anak-anakmu. Semoga
selalu diberi kesehatan dan umur panjang untuk kedua orang tuaku. Terimalah tanda cinta
anakmu ini yang mungkin hanya akan membayar sedikit dari hasil pengorbanan keringat
kalian untukku.
Untuk adikku M. Rizal Pahleviannur, terimakasih atas dorongan semangat serta
do anya untuk kakakmu ini. Semoga kelak engkau berhasil dan menjadi kebanggaan
keluarga. Amin
Untuk sahabat spesialku, Setya Budi. Terimakasih atas motivasinya, dorongan
semangat serta do a yang terus mengalir untukku, dan terimakasih untuk segala bantuan
dalam menyelesaikan karyaku ini. Terimakasih telah menjadi sahabat terbaikku dan setia
menemani dalam suka dukaku. Sukses selalu untukmu. Amin
Dengan karyaku ini aku belajar, aku tegar, aku bersabar dan aku ikhlas hingga
keberhasilan kecil ini menjumpaiku. Terimakasih untuk semua.
vi
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, berkah, dan
hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini, dengan judul
Prarancangan Pabrik Dibutyl Phthalate dari Phthalic Anhydride dan N-Butanol
Kapasitas 21.000 Ton/Tahun. Tugas akhir ini disusun guna memenuhi persyaratan
memperoleh gelar sarjana di Program Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta
Dalam penyusunan tugas akhir ini tentunya tidak lepas dari bantuan dan
dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis
menyampaikan penghargaan dan terimakasih yang tak terhingga kepada:
1.
Bapak Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D. selaku Ketua Program Studi Teknik
Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2.
Bapak Dr. Ir. Ahmad M Fuadi, M.T selaku Pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan, pengarahan, dan masukan selama penyusunan tugas
akhir ini hingga selesai.
3.
Ibu Kusmiyati, S.T., M.T., Ph.D. selaku Pembimbing II yang telah berkenan
meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan dan pengarahan serta
masukan dalam menyelesaikan tugas akhir ini hingga selesai.
4.
Bapak/Ibu Dosen Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta, yang telah memberikan ilmu pembelajaran dan
bimbingan selama perkuliahan di Teknik Kimia.
5.
Ayah, Ibu dan adik yang selalu memberikan doa, dukungan serta motivasi yang
tiada henti, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
6.
Nur Hidayati selaku partner tugas akhir dan teman-teman seperjuangan
angkatan 2011 Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
vii
Surakarta, terima kasih atas bantuan, dukungan dan motivasinya selama
penyusunan tugas akhir ini, sukses selalu untuk kalian semua.
7.
Sahabat karibku di Teknik Kimia, Rendra, Wiwik, Sima yang telah
memberikan dorongan semangat serta doanya. Semoga kalian juga segera
Sarjana.
8.
Teman satu kontrakan : Adina, Hervani, Anisa, Via dan Yetik yang selalu
support dan menghadirkan keceriaan, kebersamaan di rumah kedua.
9.
Teman-teman kepengurusan Dewan Perwakilan Mahasiswa (DPM FT UMS)
Tahun 2014 serta Keluarga Mahasiswa Teknik Kimia (KMTK UMS).
10. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu, yang telah banyak
membantu penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
Harapan penulis semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi para
pembacanya. Penulis menyadari bahwa penulisan tugas akhir ini masih jauh dari
kata sempurna. Oleh karena itu, segala kritik dan saran yang membangun akan
sangat membantu demi kesempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata, saya selaku
penulis mengucapkan banyak terima kasih.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Surakarta, 29 Oktober 2015
Penulis
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i
HALAMAN PENGESAHAN............................................................................... ii
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ................................................ iii
INTISARI ............................................................................................................. iv
MOTTO ..................................................................................................................v
PERSEMBAHAN................................................................................................. vi
KATA PENGANTAR......................................................................................... vii
DAFTAR ISI......................................................................................................... ix
DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiii
DAFTAR GAMBAR............................................................................................xv
DAFTAR LAMBANG ....................................................................................... xvi
BAB I PENDAHULUAN.......................................................................................1
1.1
Latar Belakang Pendirian Pabrik .............................................................. 1
1.2
Kapasitas Pabrik........................................................................................ 2
1.2.1 Kebutuhan Impor Dibutyl Phthalate............................................. 3
1.2.1 Kapasitas Produksi Pabrik Komersial yang Sudah Ada ............... 4
1.3
Lokasi Pabrik ............................................................................................ 5
1.3.1 Ketersediaan Bahan Baku ............................................................. 5
1.3.2 Pemasaran Produk......................................................................... 5
1.3.3 Sarana Transportasi....................................................................... 6
1.3.4 Utilitas ........................................................................................... 6
1.3.5 Tenaga Kerja ................................................................................. 6
1.4
Tinjauan Pustaka....................................................................................... 7
1.4.1 Proses Pembuatan Dibutyl Phthalate ............................................ 7
1.4.2 Kegunaan Produk .......................................................................... 8
1.4.3 Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku serta Produk......................... 8
1.4.4. Tinjauan Proses Secara Umum ................................................... 12
BAB II DESKRIPSI PROSES ........................................................................... 13
ix
2.1.
Spesifikasi Bahan Baku, Bahan Pendukung dan Produk........................ 13
2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku............................................................... 13
2.1.2. Spesifikasi Bahan Pendukung ..................................................... 13
2.1.3. Spesifikasi Produk....................................................................... 14
2.2.
Konsep Reaksi ........................................................................................ 14
2.2.1. Dasar Reaksi................................................................................ 14
2.2.2. Mekanisme reaksi........................................................................ 14
2.2.3. Kondisi Operasi........................................................................... 15
2.2.4. Tinjauan Termodinamika ............................................................ 15
2.2.5. Tinjauan Kinetika........................................................................ 17
2.3.
Tahapan Proses ....................................................................................... 18
2.3.1. Persiapan Bahan Baku................................................................. 18
2.3.2. Tahap Reaksi............................................................................... 19
2.3.3. Tahap Pemisahan dan Pemurnian ............................................... 19
2.4.
Neraca Massa dan Neraca Panas............................................................. 20
2.4.1. Neraca Massa .............................................................................. 20
2.4.2. Neraca Panas ............................................................................... 24
2.5.
Tata Letak Pabrik dan Peralatan ............................................................. 30
2.5.1. Tata Letak Pabrik ........................................................................ 30
2.5.2. Tata Letak Peralatan.................................................................... 34
BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ............................................ 38
3.1.
Silo .......................................................................................................... 38
3.2.
Bucket Elevator....................................................................................... 38
3.3.
Melting Tank ........................................................................................... 39
3.4.
Reaktor.................................................................................................... 39
3.5.
Neutralizer .............................................................................................. 40
3.6.
Dekanter.................................................................................................. 41
3.7.
Separator ................................................................................................. 42
3.8.
Menara Distilasi ...................................................................................... 43
3.9.
Tangki Penyimpanan .............................................................................. 45
3.10. Heat Exchanger ...................................................................................... 49
x
3.11. Akumulator ............................................................................................. 58
3.12. Pompa ..................................................................................................... 59
BAB IV UNIT UTILITAS DAN LABORATORIUM ..................................... 68
4.1.
Unit Utilitas............................................................................................. 68
4.1.1. Unit Penyediaan dan Pengolahan Air ......................................... 69
4.1.2. Unit Penyediaan Steam ............................................................... 86
4.1.3. Unit Penyediaan Listrik............................................................... 87
4.1.4. Unit Penyediaan Bahan bakar ..................................................... 90
4.1.5. Unit Penyediaan Udara Tekan .................................................... 91
4.1.6. Unit Pengolahan Limbah............................................................. 92
4.2.
Laboratorium........................................................................................... 96
4.2.1. Program Kerja Laboratorium ...................................................... 96
4.2.2. Penanganan Sampel .................................................................... 97
4.2.3. Prosedur Analisa ......................................................................... 98
4.2.4. Metode Analisa ........................................................................... 98
4.2.5. Alat–alat Laboratorium ............................................................... 99
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ........................................................ 100
5.1.
Bentuk Perusahaan................................................................................ 100
5.2.
Struktur Organisasi Perusahaan ............................................................ 101
5.3.
Tugas dan Wewenang ........................................................................... 105
5.3.1. Pemegang Saham ...................................................................... 105
5.3.2. Dewan Komisaris ...................................................................... 105
5.3.3. Dewan Direksi........................................................................... 105
5.4.
Pembagian Jam Kerja Karyawan .......................................................... 112
5.5.
Penentuan Jumlah Karyawan Proses .................................................... 114
5.6.
Sistem Kepegawaian dan Sistem Upah................................................. 114
5.7.
Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ............................. 115
5.8.
Kesejahteraan Sosial Karyawan............................................................ 117
5.9.
Kesehatan dan Keselamatan Kerja........................................................ 119
5.10. Manajemen Produksi ............................................................................ 120
5.10.1. Perencanaan Produksi ............................................................... 121
xi
5.10.2. Pengendalian Produksi .............................................................. 122
BAB VI ANALISA EKONOMI....................................................................... 124
6.1.
Capital Invesment ................................................................................. 127
6.2.
Manufacturing Cost (MC)..................................................................... 127
6.3.
General Expenses (GE)......................................................................... 128
6.4.
Analisis Kelayakan ............................................................................... 128
6.4.1. Percent Return On Investment (ROI)........................................ 128
6.4.2. Pay Out Time (POT) ................................................................. 128
6.4.3. Break Even Point (BEP)............................................................ 129
6.4.4. Shut Down Point (SDP) ............................................................ 129
BAB VII KESIMPULAN ................................................................................. 136
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1. Data Impor Negara Indonesia terhadap Dibutyl Phthalate.................... 3
Tabel 1.2. Data Pabrik Dibutyl Phthalate di Dunia ................................................ 4
Tabel 2.1. Data Panas Pembentukan (Δ H°f) dan Energi Gibbs (Δ G) pada suhu
298,15 K ............................................................................................... 16
Tabel 2.2. Neraca Massa Total.............................................................................. 20
Tabel 2.3. Neraca Massa Melting tank.................................................................. 21
Tabel 2.4. Neraca Massa Reaktor ......................................................................... 21
Tabel 2.5. Neraca Massa Flash drum.................................................................... 21
Tabel 2.6. Neraca Massa Neutralizer.................................................................... 22
Tabel 2.7. Neraca Massa Dekanter ....................................................................... 22
Tabel 2.8. Neraca Massa Menara Distilasi 2......................................................... 23
Tabel 2.9. Neraca Massa Menara Distilasi 1......................................................... 23
Tabel 2.10. Neraca Panas Melting tank................................................................. 24
Tabel 2.11. Neraca Panas Reaktor ........................................................................ 24
Tabel 2.12. Neraca Panas Flash drum .................................................................. 25
Tabel 2.13. Neraca Panas Neutralizer................................................................... 25
Tabel 2.14. Neraca Panas Dekanter ...................................................................... 26
Tabel 2.15. Neraca Panas Menara Distilasi 1 ....................................................... 27
Tabel 2.16. Neraca Panas Menara Distilasi 2 ....................................................... 27
Tabel 2.17. Perincian Luas Bangunan Pabrik ....................................................... 32
Tabel 2.18. Perincian Ukuran Dimensi Peralatan Proses...................................... 36
Tabel 4.1. Daftar Kebutuhan Air Pendingin ......................................................... 84
Tabel 4.2. Daftar Kebutuhan Steam ...................................................................... 85
Tabel 4.3. Daftar Kebutuhan Air Sanitasi ............................................................. 85
Tabel 4.4. Konsumsi Listrik untuk Keperluan Proses........................................... 87
Tabel 4.5. Konsumsi Listrik untuk Unit Pendukung Proses (Utilitas).................. 88
Tabel 5.1. Jadwal Pembagian Kerja Karyawan Shift .......................................... 113
Tabel 5.2. Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji .......................... 115
Tabel 6.1. Indeks Harga pada Tahun 2007-2019 ................................................ 125
xiii
Tabel 6.2. Total Fixed Capital Investment.......................................................... 130
Tabel 6.3. Working Capital................................................................................. 130
Tabel 6.4. Manufacturing Cost ........................................................................... 130
Tabel 6.5. General Expenses............................................................................... 131
Tabel 6.6. Fixed Cost .......................................................................................... 133
Tabel 6.7. Variable Cost ..................................................................................... 133
Tabel 6.8. Regulated Cost ................................................................................... 134
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Grafik Impor Dibutyl Phthalate ......................................................... 3
Gambar 1.2. Reaksi Esterifikasi Dibutyl Phthalate Tahap I................................... 7
Gambar 1.3. Reaksi Esterifikasi Dibutyl Phthalate Tahap II.................................. 7
Gambar 2.1. Diagram Alir Kualitatif .................................................................... 28
Gambar 2.2. Diagram Alir Kuantitatif .................................................................. 29
Gambar 2.3. Tata Letak Perusahaan ..................................................................... 33
Gambar 2.4. Tata Letak Peralatan Proses ............................................................. 37
Gambar 4.1. Blok Diagram Pengolahan Limbah Pabrik Dibutyl Phthalate ......... 95
Gambar 5.1. Struktur Organisai Perusahaan ....................................................... 104
Gambar 6.1. Grafik Hubungan antara Tahun dengan Cost Index ....................... 126
Gambar 6.2. Hubungan antara Kapasitas Produksi Pertahun Dengan
Keuntungan Per Tahun .................................................................. 135
xv
DAFTAR LAMBANG
µ
: Viskositas, cP
ρ
: Densitas, kg/m3
: Luas bidang penampang, ft2
: Lebar baffle, m
: Baffle spacing, in
Btu/jam ft2 F
: Panas spesifik, Btu/lbF
: Diameter, m
: Diameter pengaduk, m
: Diameter optimal, m
: Efisiensi pengelasan
: Allowable stress, psia
: Normal heating value, Btu/lb
: Laju alir, m3/jam
: Tinggi, m
HE, Btu/jam ft2 F
ℎ
: Inside film coefficient, Btu/jam ft2 F
ℎ
: Outside film coefficient, Btu/jam ft2 F
: Panas penguapan, joule/mol
: Jari-jari sudut dalam, in
: Inside diameter, in
: Heat transfer factor
: Konduktivitas termal, Btu/jam ft2 F/ft
: Konstanta kinetika reaksi, /menit
: Lebar pengaduk, m
: Lebar, m
: Log Mean Temperature Different, F
: Massa, kg
xvi
: Massa Steam, kg
: Kecepatan putaran, rpm
: Bilangan Reynold
: Jumlah tube
: Outside diameter, in
: Tekanan, psia
: Panjang, m
: Power motor, Hp
: Tube Pitch, in
: Kecepatan/laju air volumetric, m3/jam
: Kebutuhan Steam, kg
: Jari-jari, in
: Jari-jari dish, in
: Faktor Pengotor
: Specific gravity
: Temperatur, C
: Waktu, jam
: Titik didih, C
: Titik kritis, C
ℎ
: Tebal head, in
: Tebal shell, in
: Koefisien perpindahan panas menyeluruh pada awal HE dipakai,
: Koefisien perpindahan panas menyeluruh setelah ada zat pengotor pada
: Volume head, m3
: Volume shell, m3
: Volume tangki, m3
: Volume total, m3
: Tinggi pengaduk, m
: Total head, in
: Konversi , %
: Efisiensi
xvii