LAPORAN TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK METIL LAKTAT Prarancangan Pabrik Metil Laktat Dari Asam Laktat Dan Metanol Kapasitas 15.000 Ton/Tahun.
LAPORAN TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK METIL LAKTAT
DARI ASAM LAKTAT DAN METANOL
KAPASITAS 15.000 TON PER TAHUN
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi
Strata Satu Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik
Oleh:
TUNJUNG SETYAWAN
D 500 120 026
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
i
ii
iii
ABSTRAK
Metil Laktat merupakan produk yang digunakan sebagai bahan baku sintetis
dalam bidang farmasi, bahan baku parfum (wewangian) dalam bidang kosmetik dan
di bidang industri sebagai pembersih bahan elektronik, pembersih kaca, pelarut
percetakan, pelarut plastik, pelarut cat dan bahan untuk insektisida. Untuk memenuhi
kebutuhan dalam negeri dan adanya peluang ekspor yang masih terbuka, maka
dirancang pabrik Metil Laktat dengan kapasitas 15.000 ton/tahun dengan bahan baku
Asam Laktat dan Metanol. Pabrik direncanakan berdiri di Bontang, Kalimantan
Timur pada tahun 2020.
Proses pembuatan Metil Laktat digunakan dalam sebuah reaktor CSTR
(Continuous Stirred Tank Reactor) yang berfungsi untuk mereaksikan bahan Asam
Laktat dari pabrik Musashino Chemical di China dan Metanol dari PT. Kaltim
Methanol Industri di Bontang, Kalimantan Timur dengan katalis Asam Sulfat dari
PT. Indonesian Acids Industry di Bekasi, Jakarta Timur, pada fase cair-cair, dengan
sifat reaksi irreversible, eksotermis, isotermal, non adiabatic pada suhu reaktor
100°C dan tekanan 2,4 atm. Konversi untuk reaksi ini adalah 75,75%. Menara
distilasi yang berjumlah empat digunakan untuk memurnikan produk reaktor
sehingga diperoleh kemurnian Metil Laktat sebesar 98,28% dengan pengotor 1,72%
Asam Laktat dan 0,000081% Asam Sulfat. Kebutuhan Asam Laktat untuk pabrik ini
sebanyak 1.428,79 kg/jam dan kebutuhan Metanol sebanyak 512,23 kg/jam. Produk
berupa Metil Laktat sebanyak 1.861,34 kg/jam. Unit pendukung proses pabrik
meliputi unit pengadaan air, steam, udara tekan, tenaga listrik dan bahan bakar.
Pabrik juga didukung laboratorium yang mengontrol mutu bahan baku dan produk
serta bahan buangan pabrik. Kebutuhan air sungai sebagai pendingin sebesar
69.041,36 kg/jam, penyediaan steam sebesar 1.805,16 kg/jam, kebutuhan udara tekan
sebesar 5,26 kg/jam, kebutuhan listrik diperoleh dari PLN dan satu buah generator
sebagai cadangan, kebutuhan solar sebesar 0,22 m3/jam.
Bentuk perusahaan yang dipilih adalah Perseroan Terbatas (PT). Sistem kerja
karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan nonshift yang berjumlah 171 orang. Pabrik Metil Laktat ini beresiko rendah dengan
modal tetap sebesar Rp 300.603.870.789,76 dan modal kerja sebesar Rp
100.127.930.222,16. Keuntungan sebelum pajak sebesar Rp 96.539.200.568,50 per
tahun dan setelah dipotong pajak sebesar Rp 67.577.440.397,95 per tahun. Dari hasil
perhitungan diperoleh nilai Return On Investment (ROI) sebelum pajak 32,12% dan
setelah pajak 22,48%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak adalah 2,37 tahun dan
setelah pajak 3,08 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 44,4% dan Shut Down
Point (SDP) sebesar 23,79%. Internal Rate of Return (i) sebesar 41,5%. Berdasarkan
hasil perhitungan teknis dan evaluasi ekonomi yang telah dilakukan, maka pabrik
Metil Laktat dengan kapasitas 15.000 ton per tahun layak untuk didirikan.
Kata kunci: asam laktat, esterifikasi, metil laktat
iv
ABSTRACT
Methyl Lactate is a product that is used as a synthetic raw material in the
fields of pharmaceutical, perfume raw materials (fragrance) in the field of cosmetics
and in the field of electronic materials industry as a cleaner, glass cleaner, solvent
printing, plastic solvents, paint solvents and materials for insecticides. To meet
domestic needs and their export opportunities that are still open, the plant is designed
with a capacity of Methyl Lactate 15,000 tons / year with the raw material of Lactic
Acid and Methanol. The factory is planned to stand in Bontang, East Kalimantan in
2020.
The process of making methyl lactate used in a reactor CSTR (Continuous
Stirred Tank Reactor), which serves for reacting lactic acid material from a factory in
China and Musashino Chemical Methanol from PT. Kaltim Methanol Industry in
Bontang, East Kalimantan with sulfuric acid catalyst of PT. Indonesian Acids
Industry in Bekasi, East Jakarta, on a liquid-liquid phase, with the irreversible nature
of the reaction, exothermic, isothermal, non-adiabatic reactor at a temperature of 100
° C and a pressure of 2.4 atm. Conversion for this reaction was 75.75%. Distillation
tower that consists of four used to purify the product of the reactor in order to obtain
methyl lactate purity of 98.28% with 1.72% impurities 0.000081% Lactic Acid and
Sulphuric Acid. Lactic acid requirement for this plant as much as 1428.79 kg / h and
needs Methanol as much as 512.23 kg / hour. Products such as methyl lactate as
much as 1861.34 kg / hour. A support unit includes unit procurement process plant
water, steam, compressed air, electricity and fuel. The factory is also supported by
laboratories that control the quality of raw materials and products as well as plant
waste material. River water as cooling needs of 69041.36 kg / hour, the supply of
steam at 1805.16 kg / h, the compressed air requirement of 5.26 kg / hour, demand for
electricity is obtained from the PLN and one as a backup generator, the solar
requirement by 0 , 22 m3 / h.
The form of the selected company is a Limited Liability Company (PT).
Systems based on the division of employees working hours of employees shift and
non-shift which numbered 171 people. Methyl Lactate factory is at low risk with a
fixed capital of Rp 300,603,870,789.76 and working capital of
Rp 100,127,930,222.16. Profit before tax of Rp 96,539,200,568.50 per year and after
taxes amounting to Rp 67,577,440,397.95 per year. From the calculations, the value
of the Return On Investment (ROI) before tax after tax 32.12% and 22.48%. Pay Out
Time (POT) before tax is 2.37 years and 3.08 years after tax. Break Even Point (BEP)
amounted to 44.4% and Shut Down Point (SDP) amounted to 23.79%. Discounted
Cash Flow (DCF) of 41.5%. Based on the calculation of technical and economic
evaluation has been done, the plant Methyl Lactate with a capacity of 15,000 tons per
year eligible to be established.
Keywords: lactic acid, esterification, methyl lactate
v
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr.Wb.
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat serta
hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan naskah pendadaran tugas
akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Metil Laktat dari Asam Laktat dan
Metanol dengan Kapasitas 15.000 Ton Per Tahun”. Tugas Akhir prarancangan
pabrik ini merupakan salah satu syarat wajib yang harus diselesaikan oleh setiap
mahasiswa
Program Studi
Teknik
Kimia
Fakultas
Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta guna mencapai gelar sarjana S1.
Dalam penulisan Makalah Tugas Akhir ini penulis banyak menerima
bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis
mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Allah SWT yang telah memberikan segala kemudahan-Nya.
2. Bapak, ibu, dan keluarga atas doa restunya dan yang telah memberikan
dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
3. Ibu Eni Budiyati, S.T., M.Eng., selaku Dosen Pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan dan saran dalam penyusunan Makalah Tugas Akhir
ini.
4. Bapak Hamid Abdillah, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing II yang
telah memberikan bimbingan dan saran dalam penyusunan Makalah Tugas
Akhir ini.
5. Bapak Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D., selaku Ketua Program Studi Teknik
Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
6. Bapak dan ibu dosen Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta atas ilmu dan bimbingannya selama
perkuliahan.
7. Teman-teman Teknik Kimia angkatan 2012.
vi
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini masih
banyak
kekurangan,
karenanya
kritik
dan
saran yang membangun
sangat
diharapkan untuk perbaikan. Akhir kata, penulis berharap semoga laporan Tugas
Akhir ini dapat bermanfaat untuk semua pihak.
Wassalamu’alaikum Wr.Wb.
Surakarta,
Oktober 2016
Penulis
vii
MOTTO
Musuh terbesar adalah diri sendiri, jangan pernah melawannya. Rangkul, jabat
erat, dan ajak lari bersama.
Lebih baik merasakan sulitnya pendidikan sekarang daripada rasa pahitnya
kebodohan kelak.
Kecerdasan bukanlah tolok ukur kesuksesan, tetapi dengan menjadi cerdas
kita bisa menggapai kesuksesan.
Pendidikan terkadang melelahkan, tetapi kedua orang tuamu jauh lebih lelah
demi kesuksesanmu.
Sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan.
viii
PERSEMBAHAN
Tugas akhir ini dipersembahkan untuk orang-orang terhebat dalam kehidupan
saya:
1. Bapak, ibu, dan keluarga tercinta terimakasih atas cinta dan kasih sayang,
kemudahan, fasilitas, pendidikan, pengorbanan selama ini. Semua ini akan
menjadi manfaat dan bekal kehidupanku. Rasa terimakasih, doa, dan baktiku
tidak pernah cukup untuk membalas semua ini.
2. Partner dan sahabat terbaikku Titus Dwi Prakoso, terimakasih atas
kerjasamanya dalam berbagai tantangan dalam penyelesaian tugas akhir.
Semoga tugas akhir ini sebagai awal kesuksesan kita.
3. Untuk Esti Rahayu terimakasih atas dukungan dan semangatnya sampai tugas
akhir ini selesai. Semoga segera menyusul.
4. Teman-teman Teknik Kimia UMS angkatan 2012, teman-teman kos, dan
teman-teman dari keluarga kusuma. Terimakasih.
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL...............................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN .................................................................
ii
PERNYATAAN ......................................................................................
iii
ABSTRAK ..............................................................................................
iv
ABSTRACT ............................................................................................
v
KATA PENGANTAR ............................................................................
vi
MOTTO ..................................................................................................
vii
PERSEMBAHAN ...................................................................................
viii
DAFTAR ISI ...........................................................................................
ix
DAFTAR TABEL ...................................................................................
xvi
DAFTAR GAMBAR ..............................................................................
xviii
BAB I PENDAHULUAN ......................................................................
1
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik ........................................
1
1.2. Kapasitas Pendirian Pabrik .................................................
3
1.3. Lokasi Pabrik ......................................................................
4
1.3.1. Penyediaan Bahan Baku ........................................
4
1.3.2. Pemasaran Produk .................................................
5
1.3.3. Sarana Transportasi ...............................................
5
1.3.4. Tersedianya Sarana Pendukung .............................
5
1.3.5. Tenaga Kerja .........................................................
6
1.3.6. Kemasyarakatan ....................................................
6
1.3.7. Kondisi Alam.........................................................
6
1.4. Tinjauan Pustaka ................................................................
7
1.4.1. Macam-Macam Proses ..........................................
7
1.4.2. Kegunaan Produk ..................................................
9
1.5. Bahan Baku .........................................................................
9
x
1.5.1. Metanol .................................................................
9
1.5.2. Asam Laktat ..........................................................
10
1.6. Bahan Pembantu .................................................................
11
1.6.1. Asam Sulfat ...........................................................
11
1.7. Produk .................................................................................
12
1.7.1. Metil Laktat ...........................................................
12
1.7.2. Air ..........................................................................
12
1.8. Tinjauan Proses ...................................................................
13
1.8.1. Esterifikasi dengan Asam Organik ........................
13
1.8.2. Esterifikasi dengan Asam Anorganik ....................
14
1.8.3. Esterifikasi Hidrokarbon Tak Jenuh ......................
14
BAB II DESKRIPSI PROSES .............................................................
15
2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk .........................................
15
2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku ..................................................
15
2.1.1.1. Metanol ...............................................................
15
2.1.1.2. Asam Laktat........................................................
15
2.1.1.3. Asam Sulfat ........................................................
15
2.1.2. Spesifikasi Produk ..........................................................
16
2.1.2.1. Metil Laktat ........................................................
16
2.2. Konsep Proses ...........................................................................
16
2.2.1. Dasar Reaksi ...................................................................
16
2.2.2. Tinjauan Termodinamika ................................................
17
2.2.3. Tinjauan Kinetika............................................................
20
2.3. Langkah Proses .........................................................................
20
2.3.1. Penyiapan Bahan Baku ...................................................
20
2.3.2. Reaksi Esterifikasi dalam Reaktor ..................................
21
2.3.3. Pemisahan dan Pemurnian Hasil .....................................
21
2.3.4. Diagram Alir Proses ........................................................
23
2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas ...............................................
25
xi
2.4.1. Neraca Massa ..................................................................
25
2.4.1.1. Neraca Massa di Mixer .......................................
25
2.4.1.2. Neraca Massa di Reaktor ....................................
25
2.4.1.3. Neraca Massa di Menara Distilasi 1 ...................
26
2.4.1.4. Neraca Massa di Menara Distilasi 2 ...................
26
2.4.1.5. Neraca Massa di Menara Distilasi 3 ...................
27
2.4.1.6. Neraca Massa di Menara Distilasi 4 ...................
27
2.4.1.7. Neraca Massa Total ............................................
28
2.4.2. Neraca Panas ...................................................................
29
2.4.2.1. Neraca Panas Mixer ............................................
29
2.4.2.2. Neraca Panas Heater .........................................
30
2.4.2.3. Neraca Panas Reaktor .........................................
30
2.4.2.4. Neraca Panas Cooler .........................................
31
2.4.2.5. Neraca Panas Menara Distilasi 1 ........................
31
2.4.2.6. Neraca Panas Menara Distilasi 2 ........................
32
2.4.2.7. Neraca Panas Menara Distilasi 3 ........................
32
2.4.2.8. Neraca Panas Menara Distilasi 4 ........................
33
2.5. Tata Letak Pabrik dan Peralatan ...............................................
34
2.5.1. Layout Pabrik ..................................................................
34
2.5.2. Layout Peralatan .............................................................
36
BAB III SPESIFIKASI ALAT .............................................................
39
3.1. Tangki Penyimpanan Metanol ..................................................
39
3.2. Tangki Penyimpanan Asam Laktat ...........................................
40
3.3. Tangki Penyimpanan Asam Sulfat ............................................
41
3.4. Tangki Penyimpanan Produk
......................................
41
3.5. Mixer .........................................................................................
42
3.6. Reaktor ......................................................................................
43
3.7. Menara Distilasi 1 .....................................................................
44
3.8. Menara Distilasi 2 .....................................................................
45
xii
3.9. Menara Distilasi 3 .....................................................................
46
3.10. Menara Distilasi 4 ...................................................................
47
3.11. Kondenser 1 ............................................................................
47
3.12. Kondenser 2 ............................................................................
48
3.13. Kondenser 3 ............................................................................
49
3.14. Kondenser 4 ............................................................................
50
3.15. Reboiler 1 ................................................................................
51
3.16. Reboiler 2 ................................................................................
51
3.17. Reboiler 3 ................................................................................
52
3.18. Reboiler 4 ................................................................................
53
3.19. Heater .....................................................................................
54
3.20. Cooler 1 ...................................................................................
54
3.21. Cooler 2 ...................................................................................
55
3.22. Cooler 3 ...................................................................................
56
3.23. Separator 1 ..............................................................................
57
3.24. Separator 2 ..............................................................................
57
3.25. Accumulator 1 .........................................................................
58
3.26. Accumulator 2 .........................................................................
58
3.27. Pompa 1 ..................................................................................
59
3.28. Pompa 2 ..................................................................................
59
3.29. Pompa 3 ..................................................................................
60
3.30. Pompa 4 ..................................................................................
60
3.31. Pompa 5 ..................................................................................
61
3.32. Pompa 6 ..................................................................................
61
3.33. Pompa 7 ..................................................................................
62
3.34. Pompa 8 ..................................................................................
63
3.35. Pompa 9 ..................................................................................
63
3.36. Pompa 10 ................................................................................
64
3.37. Pompa 11 ................................................................................
64
xiii
3.38. Pompa 12 ................................................................................
65
3.39. Pompa 13 ................................................................................
66
3.40. Pompa 14 ................................................................................
66
3.41. Pompa 15 ................................................................................
67
3.42. Pompa 16 ................................................................................
67
3.43. Pompa 17 ................................................................................
68
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM
69
4.1. Utilitas .......................................................................................
69
4.1.1. Unit Penyediaan dan Pengolahan Air .............................
70
4.1.2. Unit Penyediaan Udara Tekan ........................................
77
4.1.3. Unit Pembangkit Listrik..................................................
77
4.1.4. Unit Penyediaan Bahan Bakar ........................................
80
4.1.5. Unit Pengolahan Limbah ................................................
81
4.1.6. Spesifikasi Alat-Alat Utilitas ..........................................
86
4.2. Laboratorium .............................................................................
100
4.2.1. Program Kerja Laboratorium ..........................................
101
4.2.2. Penanganan Sampel ........................................................
101
4.2.3. Prosedur Analisa .............................................................
102
4.2.4. Metode Analisa ...............................................................
103
4.2.5. Alat-Alat Laboratorium ..................................................
103
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ............................................
104
5.1. Bentuk Perusahaan ....................................................................
104
5.2. Struktur Organisasi ...................................................................
105
5.3. Tugas dan Wewenang ...............................................................
108
5.3.1. Pemegang Saham ............................................................
108
5.3.2. Dewan Komisaris ............................................................
108
5.3.3. Dewan Direksi ................................................................
108
5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan ..............................................
114
5.5. Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji .................
116
xiv
5.5.1. Jabatan dan Prasyarat ......................................................
116
5.5.2. Penggolongan dan Gaji Karyawan..................................
117
5.5.3. Kesejahteraan Karyawan ................................................
119
5.6. Manajemen Produksi ................................................................
120
5.7. Perencanaan Produksi ...............................................................
120
5.8. Pengendalian Produksi ..............................................................
121
BAB VI ANALISIS EKONOMI ..........................................................
122
6.1. Total Capital Investment ...........................................................
127
6.2. Working Capital ........................................................................
128
6.3. Manufacturing Cost ..................................................................
128
6.4. General Expenses ......................................................................
129
6.5. Analisis Ekonomi ......................................................................
129
6.5.1. Return On Investment (ROI) ...........................................
130
6.5.2. Break Even Point (BEP) .................................................
131
6.5.3. Shut Down Point (SDP) ..................................................
132
6.5.4. Discounted Cash Flow (DCF) ........................................
133
BAB VII PENUTUP..............................................................................
135
7.1. Kesimpulan ...............................................................................
135
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................
136
LAMPIRAN ...........................................................................................
139
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1. Pabrik Metil Laktat dan Kapasitasnya ................................ 2
Tabel 1.2. Harga Bahan Baku dan Produk Per Kg ............................... 2
Tabel 1.3. Data Impor Metil Laktat di Indonesia ................................. 3
Tabel 2.1. Neraca Massa di Mixer ....................................................... 25
Tabel 2.2. Neraca Massa di Reaktor .................................................... 25
Tabel 2.3. Neraca Massa di Menara Distilasi 1 ................................... 26
Tabel 2.4. Neraca Massa di Menara Distilasi 2 ................................... 26
Tabel 2.5. Neraca Massa di Menara Distilasi 3 ................................... 27
Tabel 2.6. Neraca Massa di Menara Distilasi 4 ................................... 27
Tabel 2.7. Neraca Massa Total ............................................................. 28
Tabel 2.8. Neraca Panas Mixer ............................................................ 29
Tabel 2.9. Neraca Panas Total Heater .................................................. 30
Tabel 2.10. Neraca Panas Reaktor ....................................................... 30
Tabel 2.11. Neraca Panas Cooler ......................................................... 31
Tabel 2.12. Neraca Panas Menara Destilasi 1 ...................................... 31
Tabel 2.13. Neraca Panas Menara Destilasi 2 ...................................... 32
Tabel 2.14. Neraca Panas Menara Destilasi 3 ...................................... 32
Tabel 2.15. Neraca Panas Menara Destilasi 4 ...................................... 33
Tabel 2.17. Neraca Panas Cooler 3 ...................................................... 32
Tabel 4.1. Daftar Kebutuhan Listrik untuk Proses ............................... 78
Tabel 4.2. Daftar Kebutuhan Listrik untuk Utilitas ............................. 79
Tabel 5.1. Jadwal Pembagian Kerja Karyawan Shift ........................... 116
xvi
Tabel 5.2. Jabatan dan Prasyarat .......................................................... 116
Tabel 5.3. Penggolongan Gaji Karyawan ............................................ 117
Tabel 6.1. Cost Index Chemical Plant ................................................. 123
Tabel 6.2. Total Fixed Capital Investment ........................................... 127
Tabel 6.3. Working Capital .................................................................. 128
Tabel 6.4. Manufacturing Cost ............................................................ 128
Tabel 6.5. General Expenses ................................................................ 129
Tabel 6.6. Fixed Cost ........................................................................... 131
Tabel 6.7. Variable Cost ...................................................................... 131
Tabel 6.8. Regulated Cost .................................................................... 132
xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Regresi Impor Metil Laktat Per Tahun di Indonesia. ......................... 4
Gambar 1.2. Peta Kota Bontang .............................................................................. 6
Gambar 2.1. Diagram Alir Kuantitatif .................................................................... 23
Gambar 2.2. Diagram Alir Kualitatif ...................................................................... 24
Gambar 2.3. Layout Pabrik ..................................................................................... 35
Gambar 2.4. Tata Letak Peralatan Proses ............................................................... 38
Gambar 4.1. Blok Diagram Pengolahan Limbah Pabrik Metil Laktat .................... 84
Gambar 4.2. Diagram Alir Proses Pengolahan Air ................................................ 85
Gambar 5.1. Struktur Organisasi ............................................................................. 107
Gambar 6.1. Hubungan Tahun Vs Cost index ........................................................ 124
Gambar 6.2. Grafik Analisis Ekonomi.................................................................... 134
xviii
PRARANCANGAN PABRIK METIL LAKTAT
DARI ASAM LAKTAT DAN METANOL
KAPASITAS 15.000 TON PER TAHUN
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi
Strata Satu Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik
Oleh:
TUNJUNG SETYAWAN
D 500 120 026
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
i
ii
iii
ABSTRAK
Metil Laktat merupakan produk yang digunakan sebagai bahan baku sintetis
dalam bidang farmasi, bahan baku parfum (wewangian) dalam bidang kosmetik dan
di bidang industri sebagai pembersih bahan elektronik, pembersih kaca, pelarut
percetakan, pelarut plastik, pelarut cat dan bahan untuk insektisida. Untuk memenuhi
kebutuhan dalam negeri dan adanya peluang ekspor yang masih terbuka, maka
dirancang pabrik Metil Laktat dengan kapasitas 15.000 ton/tahun dengan bahan baku
Asam Laktat dan Metanol. Pabrik direncanakan berdiri di Bontang, Kalimantan
Timur pada tahun 2020.
Proses pembuatan Metil Laktat digunakan dalam sebuah reaktor CSTR
(Continuous Stirred Tank Reactor) yang berfungsi untuk mereaksikan bahan Asam
Laktat dari pabrik Musashino Chemical di China dan Metanol dari PT. Kaltim
Methanol Industri di Bontang, Kalimantan Timur dengan katalis Asam Sulfat dari
PT. Indonesian Acids Industry di Bekasi, Jakarta Timur, pada fase cair-cair, dengan
sifat reaksi irreversible, eksotermis, isotermal, non adiabatic pada suhu reaktor
100°C dan tekanan 2,4 atm. Konversi untuk reaksi ini adalah 75,75%. Menara
distilasi yang berjumlah empat digunakan untuk memurnikan produk reaktor
sehingga diperoleh kemurnian Metil Laktat sebesar 98,28% dengan pengotor 1,72%
Asam Laktat dan 0,000081% Asam Sulfat. Kebutuhan Asam Laktat untuk pabrik ini
sebanyak 1.428,79 kg/jam dan kebutuhan Metanol sebanyak 512,23 kg/jam. Produk
berupa Metil Laktat sebanyak 1.861,34 kg/jam. Unit pendukung proses pabrik
meliputi unit pengadaan air, steam, udara tekan, tenaga listrik dan bahan bakar.
Pabrik juga didukung laboratorium yang mengontrol mutu bahan baku dan produk
serta bahan buangan pabrik. Kebutuhan air sungai sebagai pendingin sebesar
69.041,36 kg/jam, penyediaan steam sebesar 1.805,16 kg/jam, kebutuhan udara tekan
sebesar 5,26 kg/jam, kebutuhan listrik diperoleh dari PLN dan satu buah generator
sebagai cadangan, kebutuhan solar sebesar 0,22 m3/jam.
Bentuk perusahaan yang dipilih adalah Perseroan Terbatas (PT). Sistem kerja
karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan nonshift yang berjumlah 171 orang. Pabrik Metil Laktat ini beresiko rendah dengan
modal tetap sebesar Rp 300.603.870.789,76 dan modal kerja sebesar Rp
100.127.930.222,16. Keuntungan sebelum pajak sebesar Rp 96.539.200.568,50 per
tahun dan setelah dipotong pajak sebesar Rp 67.577.440.397,95 per tahun. Dari hasil
perhitungan diperoleh nilai Return On Investment (ROI) sebelum pajak 32,12% dan
setelah pajak 22,48%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak adalah 2,37 tahun dan
setelah pajak 3,08 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 44,4% dan Shut Down
Point (SDP) sebesar 23,79%. Internal Rate of Return (i) sebesar 41,5%. Berdasarkan
hasil perhitungan teknis dan evaluasi ekonomi yang telah dilakukan, maka pabrik
Metil Laktat dengan kapasitas 15.000 ton per tahun layak untuk didirikan.
Kata kunci: asam laktat, esterifikasi, metil laktat
iv
ABSTRACT
Methyl Lactate is a product that is used as a synthetic raw material in the
fields of pharmaceutical, perfume raw materials (fragrance) in the field of cosmetics
and in the field of electronic materials industry as a cleaner, glass cleaner, solvent
printing, plastic solvents, paint solvents and materials for insecticides. To meet
domestic needs and their export opportunities that are still open, the plant is designed
with a capacity of Methyl Lactate 15,000 tons / year with the raw material of Lactic
Acid and Methanol. The factory is planned to stand in Bontang, East Kalimantan in
2020.
The process of making methyl lactate used in a reactor CSTR (Continuous
Stirred Tank Reactor), which serves for reacting lactic acid material from a factory in
China and Musashino Chemical Methanol from PT. Kaltim Methanol Industry in
Bontang, East Kalimantan with sulfuric acid catalyst of PT. Indonesian Acids
Industry in Bekasi, East Jakarta, on a liquid-liquid phase, with the irreversible nature
of the reaction, exothermic, isothermal, non-adiabatic reactor at a temperature of 100
° C and a pressure of 2.4 atm. Conversion for this reaction was 75.75%. Distillation
tower that consists of four used to purify the product of the reactor in order to obtain
methyl lactate purity of 98.28% with 1.72% impurities 0.000081% Lactic Acid and
Sulphuric Acid. Lactic acid requirement for this plant as much as 1428.79 kg / h and
needs Methanol as much as 512.23 kg / hour. Products such as methyl lactate as
much as 1861.34 kg / hour. A support unit includes unit procurement process plant
water, steam, compressed air, electricity and fuel. The factory is also supported by
laboratories that control the quality of raw materials and products as well as plant
waste material. River water as cooling needs of 69041.36 kg / hour, the supply of
steam at 1805.16 kg / h, the compressed air requirement of 5.26 kg / hour, demand for
electricity is obtained from the PLN and one as a backup generator, the solar
requirement by 0 , 22 m3 / h.
The form of the selected company is a Limited Liability Company (PT).
Systems based on the division of employees working hours of employees shift and
non-shift which numbered 171 people. Methyl Lactate factory is at low risk with a
fixed capital of Rp 300,603,870,789.76 and working capital of
Rp 100,127,930,222.16. Profit before tax of Rp 96,539,200,568.50 per year and after
taxes amounting to Rp 67,577,440,397.95 per year. From the calculations, the value
of the Return On Investment (ROI) before tax after tax 32.12% and 22.48%. Pay Out
Time (POT) before tax is 2.37 years and 3.08 years after tax. Break Even Point (BEP)
amounted to 44.4% and Shut Down Point (SDP) amounted to 23.79%. Discounted
Cash Flow (DCF) of 41.5%. Based on the calculation of technical and economic
evaluation has been done, the plant Methyl Lactate with a capacity of 15,000 tons per
year eligible to be established.
Keywords: lactic acid, esterification, methyl lactate
v
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr.Wb.
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat serta
hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan naskah pendadaran tugas
akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Metil Laktat dari Asam Laktat dan
Metanol dengan Kapasitas 15.000 Ton Per Tahun”. Tugas Akhir prarancangan
pabrik ini merupakan salah satu syarat wajib yang harus diselesaikan oleh setiap
mahasiswa
Program Studi
Teknik
Kimia
Fakultas
Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta guna mencapai gelar sarjana S1.
Dalam penulisan Makalah Tugas Akhir ini penulis banyak menerima
bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis
mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Allah SWT yang telah memberikan segala kemudahan-Nya.
2. Bapak, ibu, dan keluarga atas doa restunya dan yang telah memberikan
dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
3. Ibu Eni Budiyati, S.T., M.Eng., selaku Dosen Pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan dan saran dalam penyusunan Makalah Tugas Akhir
ini.
4. Bapak Hamid Abdillah, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing II yang
telah memberikan bimbingan dan saran dalam penyusunan Makalah Tugas
Akhir ini.
5. Bapak Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D., selaku Ketua Program Studi Teknik
Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
6. Bapak dan ibu dosen Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta atas ilmu dan bimbingannya selama
perkuliahan.
7. Teman-teman Teknik Kimia angkatan 2012.
vi
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini masih
banyak
kekurangan,
karenanya
kritik
dan
saran yang membangun
sangat
diharapkan untuk perbaikan. Akhir kata, penulis berharap semoga laporan Tugas
Akhir ini dapat bermanfaat untuk semua pihak.
Wassalamu’alaikum Wr.Wb.
Surakarta,
Oktober 2016
Penulis
vii
MOTTO
Musuh terbesar adalah diri sendiri, jangan pernah melawannya. Rangkul, jabat
erat, dan ajak lari bersama.
Lebih baik merasakan sulitnya pendidikan sekarang daripada rasa pahitnya
kebodohan kelak.
Kecerdasan bukanlah tolok ukur kesuksesan, tetapi dengan menjadi cerdas
kita bisa menggapai kesuksesan.
Pendidikan terkadang melelahkan, tetapi kedua orang tuamu jauh lebih lelah
demi kesuksesanmu.
Sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan.
viii
PERSEMBAHAN
Tugas akhir ini dipersembahkan untuk orang-orang terhebat dalam kehidupan
saya:
1. Bapak, ibu, dan keluarga tercinta terimakasih atas cinta dan kasih sayang,
kemudahan, fasilitas, pendidikan, pengorbanan selama ini. Semua ini akan
menjadi manfaat dan bekal kehidupanku. Rasa terimakasih, doa, dan baktiku
tidak pernah cukup untuk membalas semua ini.
2. Partner dan sahabat terbaikku Titus Dwi Prakoso, terimakasih atas
kerjasamanya dalam berbagai tantangan dalam penyelesaian tugas akhir.
Semoga tugas akhir ini sebagai awal kesuksesan kita.
3. Untuk Esti Rahayu terimakasih atas dukungan dan semangatnya sampai tugas
akhir ini selesai. Semoga segera menyusul.
4. Teman-teman Teknik Kimia UMS angkatan 2012, teman-teman kos, dan
teman-teman dari keluarga kusuma. Terimakasih.
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL...............................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN .................................................................
ii
PERNYATAAN ......................................................................................
iii
ABSTRAK ..............................................................................................
iv
ABSTRACT ............................................................................................
v
KATA PENGANTAR ............................................................................
vi
MOTTO ..................................................................................................
vii
PERSEMBAHAN ...................................................................................
viii
DAFTAR ISI ...........................................................................................
ix
DAFTAR TABEL ...................................................................................
xvi
DAFTAR GAMBAR ..............................................................................
xviii
BAB I PENDAHULUAN ......................................................................
1
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik ........................................
1
1.2. Kapasitas Pendirian Pabrik .................................................
3
1.3. Lokasi Pabrik ......................................................................
4
1.3.1. Penyediaan Bahan Baku ........................................
4
1.3.2. Pemasaran Produk .................................................
5
1.3.3. Sarana Transportasi ...............................................
5
1.3.4. Tersedianya Sarana Pendukung .............................
5
1.3.5. Tenaga Kerja .........................................................
6
1.3.6. Kemasyarakatan ....................................................
6
1.3.7. Kondisi Alam.........................................................
6
1.4. Tinjauan Pustaka ................................................................
7
1.4.1. Macam-Macam Proses ..........................................
7
1.4.2. Kegunaan Produk ..................................................
9
1.5. Bahan Baku .........................................................................
9
x
1.5.1. Metanol .................................................................
9
1.5.2. Asam Laktat ..........................................................
10
1.6. Bahan Pembantu .................................................................
11
1.6.1. Asam Sulfat ...........................................................
11
1.7. Produk .................................................................................
12
1.7.1. Metil Laktat ...........................................................
12
1.7.2. Air ..........................................................................
12
1.8. Tinjauan Proses ...................................................................
13
1.8.1. Esterifikasi dengan Asam Organik ........................
13
1.8.2. Esterifikasi dengan Asam Anorganik ....................
14
1.8.3. Esterifikasi Hidrokarbon Tak Jenuh ......................
14
BAB II DESKRIPSI PROSES .............................................................
15
2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk .........................................
15
2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku ..................................................
15
2.1.1.1. Metanol ...............................................................
15
2.1.1.2. Asam Laktat........................................................
15
2.1.1.3. Asam Sulfat ........................................................
15
2.1.2. Spesifikasi Produk ..........................................................
16
2.1.2.1. Metil Laktat ........................................................
16
2.2. Konsep Proses ...........................................................................
16
2.2.1. Dasar Reaksi ...................................................................
16
2.2.2. Tinjauan Termodinamika ................................................
17
2.2.3. Tinjauan Kinetika............................................................
20
2.3. Langkah Proses .........................................................................
20
2.3.1. Penyiapan Bahan Baku ...................................................
20
2.3.2. Reaksi Esterifikasi dalam Reaktor ..................................
21
2.3.3. Pemisahan dan Pemurnian Hasil .....................................
21
2.3.4. Diagram Alir Proses ........................................................
23
2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas ...............................................
25
xi
2.4.1. Neraca Massa ..................................................................
25
2.4.1.1. Neraca Massa di Mixer .......................................
25
2.4.1.2. Neraca Massa di Reaktor ....................................
25
2.4.1.3. Neraca Massa di Menara Distilasi 1 ...................
26
2.4.1.4. Neraca Massa di Menara Distilasi 2 ...................
26
2.4.1.5. Neraca Massa di Menara Distilasi 3 ...................
27
2.4.1.6. Neraca Massa di Menara Distilasi 4 ...................
27
2.4.1.7. Neraca Massa Total ............................................
28
2.4.2. Neraca Panas ...................................................................
29
2.4.2.1. Neraca Panas Mixer ............................................
29
2.4.2.2. Neraca Panas Heater .........................................
30
2.4.2.3. Neraca Panas Reaktor .........................................
30
2.4.2.4. Neraca Panas Cooler .........................................
31
2.4.2.5. Neraca Panas Menara Distilasi 1 ........................
31
2.4.2.6. Neraca Panas Menara Distilasi 2 ........................
32
2.4.2.7. Neraca Panas Menara Distilasi 3 ........................
32
2.4.2.8. Neraca Panas Menara Distilasi 4 ........................
33
2.5. Tata Letak Pabrik dan Peralatan ...............................................
34
2.5.1. Layout Pabrik ..................................................................
34
2.5.2. Layout Peralatan .............................................................
36
BAB III SPESIFIKASI ALAT .............................................................
39
3.1. Tangki Penyimpanan Metanol ..................................................
39
3.2. Tangki Penyimpanan Asam Laktat ...........................................
40
3.3. Tangki Penyimpanan Asam Sulfat ............................................
41
3.4. Tangki Penyimpanan Produk
......................................
41
3.5. Mixer .........................................................................................
42
3.6. Reaktor ......................................................................................
43
3.7. Menara Distilasi 1 .....................................................................
44
3.8. Menara Distilasi 2 .....................................................................
45
xii
3.9. Menara Distilasi 3 .....................................................................
46
3.10. Menara Distilasi 4 ...................................................................
47
3.11. Kondenser 1 ............................................................................
47
3.12. Kondenser 2 ............................................................................
48
3.13. Kondenser 3 ............................................................................
49
3.14. Kondenser 4 ............................................................................
50
3.15. Reboiler 1 ................................................................................
51
3.16. Reboiler 2 ................................................................................
51
3.17. Reboiler 3 ................................................................................
52
3.18. Reboiler 4 ................................................................................
53
3.19. Heater .....................................................................................
54
3.20. Cooler 1 ...................................................................................
54
3.21. Cooler 2 ...................................................................................
55
3.22. Cooler 3 ...................................................................................
56
3.23. Separator 1 ..............................................................................
57
3.24. Separator 2 ..............................................................................
57
3.25. Accumulator 1 .........................................................................
58
3.26. Accumulator 2 .........................................................................
58
3.27. Pompa 1 ..................................................................................
59
3.28. Pompa 2 ..................................................................................
59
3.29. Pompa 3 ..................................................................................
60
3.30. Pompa 4 ..................................................................................
60
3.31. Pompa 5 ..................................................................................
61
3.32. Pompa 6 ..................................................................................
61
3.33. Pompa 7 ..................................................................................
62
3.34. Pompa 8 ..................................................................................
63
3.35. Pompa 9 ..................................................................................
63
3.36. Pompa 10 ................................................................................
64
3.37. Pompa 11 ................................................................................
64
xiii
3.38. Pompa 12 ................................................................................
65
3.39. Pompa 13 ................................................................................
66
3.40. Pompa 14 ................................................................................
66
3.41. Pompa 15 ................................................................................
67
3.42. Pompa 16 ................................................................................
67
3.43. Pompa 17 ................................................................................
68
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM
69
4.1. Utilitas .......................................................................................
69
4.1.1. Unit Penyediaan dan Pengolahan Air .............................
70
4.1.2. Unit Penyediaan Udara Tekan ........................................
77
4.1.3. Unit Pembangkit Listrik..................................................
77
4.1.4. Unit Penyediaan Bahan Bakar ........................................
80
4.1.5. Unit Pengolahan Limbah ................................................
81
4.1.6. Spesifikasi Alat-Alat Utilitas ..........................................
86
4.2. Laboratorium .............................................................................
100
4.2.1. Program Kerja Laboratorium ..........................................
101
4.2.2. Penanganan Sampel ........................................................
101
4.2.3. Prosedur Analisa .............................................................
102
4.2.4. Metode Analisa ...............................................................
103
4.2.5. Alat-Alat Laboratorium ..................................................
103
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ............................................
104
5.1. Bentuk Perusahaan ....................................................................
104
5.2. Struktur Organisasi ...................................................................
105
5.3. Tugas dan Wewenang ...............................................................
108
5.3.1. Pemegang Saham ............................................................
108
5.3.2. Dewan Komisaris ............................................................
108
5.3.3. Dewan Direksi ................................................................
108
5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan ..............................................
114
5.5. Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji .................
116
xiv
5.5.1. Jabatan dan Prasyarat ......................................................
116
5.5.2. Penggolongan dan Gaji Karyawan..................................
117
5.5.3. Kesejahteraan Karyawan ................................................
119
5.6. Manajemen Produksi ................................................................
120
5.7. Perencanaan Produksi ...............................................................
120
5.8. Pengendalian Produksi ..............................................................
121
BAB VI ANALISIS EKONOMI ..........................................................
122
6.1. Total Capital Investment ...........................................................
127
6.2. Working Capital ........................................................................
128
6.3. Manufacturing Cost ..................................................................
128
6.4. General Expenses ......................................................................
129
6.5. Analisis Ekonomi ......................................................................
129
6.5.1. Return On Investment (ROI) ...........................................
130
6.5.2. Break Even Point (BEP) .................................................
131
6.5.3. Shut Down Point (SDP) ..................................................
132
6.5.4. Discounted Cash Flow (DCF) ........................................
133
BAB VII PENUTUP..............................................................................
135
7.1. Kesimpulan ...............................................................................
135
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................
136
LAMPIRAN ...........................................................................................
139
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1. Pabrik Metil Laktat dan Kapasitasnya ................................ 2
Tabel 1.2. Harga Bahan Baku dan Produk Per Kg ............................... 2
Tabel 1.3. Data Impor Metil Laktat di Indonesia ................................. 3
Tabel 2.1. Neraca Massa di Mixer ....................................................... 25
Tabel 2.2. Neraca Massa di Reaktor .................................................... 25
Tabel 2.3. Neraca Massa di Menara Distilasi 1 ................................... 26
Tabel 2.4. Neraca Massa di Menara Distilasi 2 ................................... 26
Tabel 2.5. Neraca Massa di Menara Distilasi 3 ................................... 27
Tabel 2.6. Neraca Massa di Menara Distilasi 4 ................................... 27
Tabel 2.7. Neraca Massa Total ............................................................. 28
Tabel 2.8. Neraca Panas Mixer ............................................................ 29
Tabel 2.9. Neraca Panas Total Heater .................................................. 30
Tabel 2.10. Neraca Panas Reaktor ....................................................... 30
Tabel 2.11. Neraca Panas Cooler ......................................................... 31
Tabel 2.12. Neraca Panas Menara Destilasi 1 ...................................... 31
Tabel 2.13. Neraca Panas Menara Destilasi 2 ...................................... 32
Tabel 2.14. Neraca Panas Menara Destilasi 3 ...................................... 32
Tabel 2.15. Neraca Panas Menara Destilasi 4 ...................................... 33
Tabel 2.17. Neraca Panas Cooler 3 ...................................................... 32
Tabel 4.1. Daftar Kebutuhan Listrik untuk Proses ............................... 78
Tabel 4.2. Daftar Kebutuhan Listrik untuk Utilitas ............................. 79
Tabel 5.1. Jadwal Pembagian Kerja Karyawan Shift ........................... 116
xvi
Tabel 5.2. Jabatan dan Prasyarat .......................................................... 116
Tabel 5.3. Penggolongan Gaji Karyawan ............................................ 117
Tabel 6.1. Cost Index Chemical Plant ................................................. 123
Tabel 6.2. Total Fixed Capital Investment ........................................... 127
Tabel 6.3. Working Capital .................................................................. 128
Tabel 6.4. Manufacturing Cost ............................................................ 128
Tabel 6.5. General Expenses ................................................................ 129
Tabel 6.6. Fixed Cost ........................................................................... 131
Tabel 6.7. Variable Cost ...................................................................... 131
Tabel 6.8. Regulated Cost .................................................................... 132
xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Regresi Impor Metil Laktat Per Tahun di Indonesia. ......................... 4
Gambar 1.2. Peta Kota Bontang .............................................................................. 6
Gambar 2.1. Diagram Alir Kuantitatif .................................................................... 23
Gambar 2.2. Diagram Alir Kualitatif ...................................................................... 24
Gambar 2.3. Layout Pabrik ..................................................................................... 35
Gambar 2.4. Tata Letak Peralatan Proses ............................................................... 38
Gambar 4.1. Blok Diagram Pengolahan Limbah Pabrik Metil Laktat .................... 84
Gambar 4.2. Diagram Alir Proses Pengolahan Air ................................................ 85
Gambar 5.1. Struktur Organisasi ............................................................................. 107
Gambar 6.1. Hubungan Tahun Vs Cost index ........................................................ 124
Gambar 6.2. Grafik Analisis Ekonomi.................................................................... 134
xviii