Naskah Publikasi - Universitas Muhammadiyah Surakarta
advertisement
NASKAH PUBLIKASI PERANCANGAN PABRIK FORMALDEHID DARI METANOL DAN UDARA DENGAN PROSES SILVER KAPASITAS 26.000 TON PER TAHUN Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Kesarjanaan Strata 1 Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Oleh : Intan Kurnia Dewi D 500 100 044 Dosen Pembimbing 1. Ir. H. Haryanto, AR., MS. 2. Ir. Herry Purnama, M.T., Ph.D. JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMMADIYAH SURAKARTA SURAKARTA 2014 i UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA FAKULTAS TEKNIK Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura Telp. (0271) 717417 Fax. 715448 Surakarta 57102 Website: http://www.ums.ac.id Email: [email protected] Surat Persetujuan Artikel Publikasi Ilmiah Yang bertanda tangan di bawah ini pembimbing skripsi/ tugas akhir : Pembimbing I :Ir. H. Haryanto AR., M.S. NIP : 196307051990031002 Pembimbing II :Ir. Herry Purnama, M.T.,Ph.D. NIK : 664 Telah membaca dan mencermati naskah artikel publikasi ilmiah, yang merupakan ringkasan skripsi/ tugas akhir dari mahasiswa : Nama : Intan Kurnia Dewi NIM : D 500 100 044 Program Studi : TEKNIK KIMIA Judul Skripsi PRARANCANGAN PABRIK FORMALDEHIDA DARI METANOL DAN UDARA DENGAN PROSES SILVER KAPASITAS 26.000 TON PER TAHUN Naskah artikel tersebut, layak dan dapat disetujui untuk dipublikasikan. Demikian persetujuan ini dibuat, semoga dapat dipergunakan seperlunya. Surakarta, 10 Desember 2014 Pembimbing I Pembimbing II Ir. H. Haryanto AR., M.S. NIP. 196307051990031002 Ir. Herry Purnama, M.T.,Ph.D. NIK.664 ii SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH Bismillahirrahmanirohim Yang bertanda tangan di bawah ini : Nama : Intan Kurnia Dewi NIM : D 500 100 044 Program Studi : TEKNIK KIMIA Judul Skripsi PRARANCANGAN PABRIK FORMALDEHIDA DARI METANOL DAN UDARA DENGAN PROSES SILVER KAPASITAS 26.000 TON PER TAHUN Dengan ini menyatakan bahwa saya menyetujui untuk : 1. Memberikan hak bebas royalty kepada Perpustakaan UMS atas penulisan karya ilmiah saya, demi pengembangan ilmu pengetahuan 2. Memberikan hak menyimpan, mengalih mediakan/mengalih formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), mendistribusikannya, serta menampilkannya dalam bentuk softcopy untuk kepentingan akademis kepada Perpustakaan UMS, tanpa meminta ijin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta. 3. Bersedia dan menjamin untuk menanggung secara pribadi tanpa melibatkan pihak Perpustakaan UMS, dari semua bentuk tuntutan hokum yang timbul atas pelanggaran hak cipta dalam karya ilmiah ini. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan semoga dapat digunakan sebagaimana mestinya. Surakarta, 10 Desember 2014 Intan Kurnia Dewi D 500 100 044 iii INTISARI Perancangan pabrik formaldehida dari metanol dan udara dengan Proses Silver kapasitas 26.000 ton per tahun direncanakan didirikan di Kawasan Industri Bontang, Kalimantan Timur. Hal ini dikarenakan lokasi yang dipilih dekat dengan produsen bahan baku metanol yaitu PT Kaltim Methanol Industri dengan kapasitas produksi 660.000 ton per tahun. Pabrik direncanakan akan didirikan pada tahun 2018 beroperasi secara kontinyu selama 330 hari per tahun dengan jumlah karyawan sebesar 110 orang. Pabrik formaldehida memiliki nilai yang menjanjikan dalam prospek perkembangan industri kimia. Formaldehida banyak digunakan dalam industri kimia sebagai bahan pengawet, bahan setengah jadi, melamin formaldehida, urea formaldehida, dah fenol formaldehida. Tiga tahap proses pembuatan formaldehida dari metanol dan udara dimulai dari tahap pertama yaitu tahap penguapan dan pemanasan bahan baku, tahap kedua reaksi, dan tahap ketiga pelarutan. Pada pembentukan formaldehida dibantu dengan katalis silver terjadi pada fasa gas menggunakan reaktor Fixed Bed Multitube, pada suhu 750oC dan tekanan 1,01 atm. Reaksi yang terjadi dalam reaktor berupa reaksi eksotermis, non-isothermal dan non-adiabatis. Pendingin reaktor yang digunakan yaitu Molten Salt. Setelah terbentuk formaldehida selanjutnya didinginkan hingga titik Dew Point sebagai kondisi pelarutan didalam Absorber. Utilitas adalah salah satu faktor yang menunjang kelancaran suatu proses produksi didalam pabrik. Total kebutuhan air = 8.114,6998 kg/jam, kebutuhan steam yang disuplai dari boiler sebesar = 1.361,7456 kg/jam, total kebutuhan listrik = 298,52 kW, total kebutuhan bahan bakar = 0,3253 m3/jam, unit penyediaan udara tekan kapasitas udara tekan = 50 m3/jam. Pabrik formaldehida memerlukan modal tetap sebesar Rp 99.919.522.428 dan modal kerja sebesar Rp 32.991.152.317 dari analisa ekonomi terhadap pabrik formaldehida dengan kapasitas 26.000 ton per tahun menunjukkan keuntungan sebelum pajak Rp 25.372.163.508 per tahun dan keuntungan setelah pajak sebesar Rp 19.029.122.631 per tahun. Precent return on investment (ROI) sebelum pajak sebesar 25,39% dan setelah pajak sebesar 19,04 %. Pay out time (POT) sebelum pajak 2,83 tahun dan setelah pajak 3,44 tahun. Break event point (BEP) sebesar 43,58 % dan Shut down point (SDP) sebesar 22,79%. Discounted cash flow (DCF) sebesar 25,79%. Dari data kelayakan diatas disimpulkan, bahwa pabrik formaldehida menguntungkan dan layak untuk didirikan. Kata kunci : Formaldehida, Proses Silver, fixed bed multitube. iv Formaldehida A. PENDAHULUAN merupakan senyawa kimia dari gugus aldehida 1. yang Latar Belakang Negara Indonesia merupakan paling sederhana tetapi mempunyai nilai paling strategis salah satu negara berkembang. dalam Pada era globalisasi sekarang ini, industri, karena banyak industri sektor industri dipilih sebagai jalur yang menggunakan formaldehida alternatif yang berperan sebagai sebagai bahan bakunya. Bahan pertumbuhan baku ekonomi. Salah perkembangan pembuatan dunia formaldehida satunya adalah industri kimia, adalah metanol dan udara. Metanol diharapkan diperoleh dapat memberikan dari PT. Kaltim konstribusi yang lebih besar pada Methanol Industri yang berlokasi pertumbuhan di Pulau Bunyu Kalimantan Timur. ekonomi negara indonesia. Dengan sangat mempertimbangkan Indonesia sangat mengalami adanya bahan baku metanol yang ketergantungan dalam impor dari dapat mencukupi maka sangat luar negeri yang semakin besar memungkinkan untuk mendirikan dibandingkan dengan ekspornya, pabrik formaldehida di Indonesia. sehingga untuk ketergantungan maka menanggulangi terhadap suatu 2. Penentuan Kapasitas Pabrik usaha. Dalam menentukan kapasitas Salah satu usaha yaitu dengan suatu rancangan pabrik merupakan mendirikan suatu pabrik untuk faktor yang sangat berpengaruh memenuhi terhadap perhitungan teknis dan negeri. diperlukan impor kebutuhan Dengan dalam didirikannya ekonomi. Pabrik pabrik maka akan menghemat dengan devisa didirikan dengan kapasitas 26.000 peluang negara kerja dan membuka yang dpat ton per proses formaldehida tahun silver akan berdasarkan mengurangi angka pengangguran pertimbangan sebagai berikut : serta kemiskinan. a. Kebutuhan formaldehida 1 dari impor mengalami kenaikan dan penurunan, akan tetapi Indonesia mengimpor tiap Tabel 2. Daftar Pabrik Formaldehida di masih Indonesia tahunnya No Nama produsen Kapasitas (ton/tahun) 24.540 dalam jumlah yang cukup 1 tinggi sekitar 3-400 ton per 2 tahun. Hal ini menjadi peluang 3 PT. Arjuna Utama Kimia PT. Batu Penggal Chemical Industry PT. Duta Pertiwi Nusantara untuk pabrik 4 PT. Benua Multi Lestari 68.000 formaldehida dengan mengacu 5 28.000 pada kapasitas pabrik yang 6 telah 7 PT. Dyno Mugi Indonesia PT. Gelora Citra Kimia Abadi PT. Korindo Abadi 8 PT. Cakram Utama Jaya 10.492 PT. Dover Chemical PT. Intan Wijaya Chemical 10 Industry 11 PT. Kayu Lapis Indonesia 50.000 12 PT. Korindo Ariatima sari PT. Kurnia Kapuas Utama 13 Glues Industries 14 PT. Lakosta Indah 15.000 15 PT. Nusa Prima Pratama PT. Polmolite Adhesive 16 Industry 17 PT. Sabak Indah 28.000 18 PT. Superin 28.000 19 PT. Susel Prima Permai 38.000 20 PT. Uforin Projen Adhesive 30.000 21 PT. Wiranusa Trisatrya 90.000 mendirikan berdiri di Indonesia sehinngga dapat menghemat devisa negara dan 50.000 48.000 15.000 9 dapat memberikan suatu pemasukan negara melalui pajak. Dapat dilihat dari tabel 1. impor formaldehida dan tabel 2. Daftar pabrik formaldehida di Indonesia. Tabel 1. Data Impor Formaldehida Tahun 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 28.000 Kapasitas (ton/tahun) 5.001,96 10.007,60 10.068,30 6.399,17 3.132,09 4.175,26 3.571,61 19,075 3,444 318,051 78,051 445,077 229,231 83,26 61.500 40.000 38.000 30.000 36.000 45.000 Total Kapasitas ( ton / tahun ) b. Ketersediaan utama 801.532 bahan baku formaldehida adalah metanol. Kebutuhan metanol dapat dipenuhi oleh PT Kaltim Methanol Industri dan dari Perusahaan 2 Nasional Pertamina Pulau Bunyu, katalis Kalimantan Timur. berfungsi untuk mempercepat suatu reaksi. 2. Tinjauan Termodinamika Tabel 3. Data Panas Pembentukan B. DESKRIPSI PROSES 1. silver Komponen f oj/mol CH2O -115,9 CH3OH -201,17 H2O -241,8 dengan H2 0 menggunakan katalis silver yaitu O2 0 Dasar Reaksi Konsep dasar dalam proses pembuatan metanol formaldehida dan udara dari berdasarkan pada reaksi oksidasi. Reaksi 1 : Reaksinya sebagai berikut : CH3OH(g) + 1/2O2(g) CH2O(g) + CH3OH(g) + 1/2O2(g) CH2OH(g) H2O(g)........................................(3) +H2O(g).............................(1) Hro CH3OH(g) CH2O(g) = Hfo produk - Hfo reaktan........................................(4) + Hro = (Hfo CH2O + Hfo H2O) – H2(g).................................................(2) (Hfo CH3OH + (1/2 Hfo O2 Reaksi dapat dilakukan dalam Hro = (-115,9 + (-241,8) – (-201,17 reaktor fixed bed multitube yang + 0) direaksikan pada suhu 300-7500C Hro = -156530 Kj/kmol. dan tekanan atmosferis dengan perbandingan mol antara metanol Reaksi 2 dan udara sebesar 1:0,4. Suhu CH3OH(g) reaktor H2(g).............................................(5) dipilih dengan Hro pertimbangan bahwa pada suhu = : CH2O(g) Hfo produk - + Hfo reaktan..........................................(6) tersebut dihasilkan konversi yang optimal. Reaksi bersifat eksotermis Hro = (Hfo CH2O + Hfo H2) – sehingga untuk mempertahankan (Hfo CH3OH) suhu reaktor pendingin digunakan reaktor. Proses Hro = (-115,9 + (0) – (-201,17) suatu Hro = +85,27 Kj/kmol. ini Pada reaksi 1 menggunakan katalis silver dimana terjadi reaksi eksotermis dan reaksi 2 terjjadi 3 reaksi 3. endotermis. Secara yaitu udara dialirkan dengan keseluruhan reaksi yang menggunakan blower (G-115), berlangsung adalah reaksi dengan tekanan 1.01 atm pada eksotermis. suhu 35oC. Kemudian udara Langkah-langkah Proses dicampurkan a. Tahap penguapan dan Pada tahap penguapan dan bahan uap metanol dalam mixing valve. pemanasan bahan baku pemanasan dengan baku, Selanjutnya masuk ke heat exchanger (E-114) untuk dilakukan pemanasan hingga 112oC. metanol dalam kondisi cair mencapai disimpan Campuran gas metanol dan penyimpan pada tangki metanol (F-110) udara suhu suhunya diperbesar pada suhu 35oC, tekanan 1 atm hingga dengan pompa (L-116A) menggunakan furnace (Q-210). dialirkan menuju ke exchanger (E-111) heat mencapai 750oC b. Tahap reaksi untuk Pada tahap raksi yaitu didihkan. Selanjutnya masuk ke pembentukan produk di reaktor vaporizer terjadi pada fase gas-gas dan (V-112) untuk diuapkan hingga titik embunnya masuk yaitu 65,47oC pada tekanan multitube pada suhu 750oC, 1,01 atm. Produk keluar dari tekanan 1,01 atm. Reaksi yang vaporizer kemudian akan terjadi dalam reaktor bersifat dipisahkan antara dan eksotermis, non isotermal, non menggunakan adiabatik dengan menggunkan separator (H-113), dimana hasil media pendingin Molten Salt. atas Setelah cairan dengan separator metanol dan gas berupa juga gas reaktor proses fixed bed pembentukan sebagai reaksi produk terjadi, kemudian umpan yang akan dimasukkan produk dikeluarkan dari reaktor kedalam reaktor. (R) pada suhu 335,66oC. Perlakuan awal untuk udara yang digunakan dalam proses 4 c. Tahap pelarutan produk Dalam proses C. SPESIFIKASI ALAT PROSES pelarutan produk, produk reaktor yang 1. REAKTOR tercampur antara formaldehida, Kode :R metanol, dan air dimanfaatkan Fungsi :Tempat berlangsungnya untuk membuat steam jenuh reaksi oksidasi antara metanol dan dengan udara membentuk formaldehida. menggunakan waste heat boiler (E-211), sehingga Tipe suhu produk akan turun dari Kondisi Operasi : 335,66oC Suhu 120oC. menjadi : Fixed bed multitube : 300-750oC Selanjutnya suhu pada produk Tekanan : 1,01 atm reaktor diturunkan dari 120oC Spesifikasi : menjadi suhu embun 56,34oC Jumlah dengan menggunakan cooler Katalisator: Silver (E-212A) agar suhunya sesuai Pendingin : Molen Salt dengan operasi pada absorber Tinggi reaktor : 3,99 m (D-310). Harga Kemudian produk yang : 1 buah : $33.500,00 Tube : keluar dari reaktor dialirkan Panjang : 2,75 m menggunakan absorber (D-310) Jumlah : 3340 pada suhu operari 56,34oC dan Jumlah pass : 1 tekanan 1,0078 atm dengan Material : Steel SA-240 Grade media penyerap air. Hasil atas C, type 347, (18 Cr-8 Ni-Cb) absorber berupa gas O2, N2, H2, a. Shell : H2O dan CH2O. Produk bawah Tebal : 0,875 in = 0,0222 m absorber berupa cairan produk Jumlah pass : 1 yang Material : Steel SA-240 Grade diinginkan. formaldehida dialirkan Produk kemudian C, type 347, (18 Cr-8 Ni-Cb) menuju ke tangki penyimpanan b. Head : produk Bentuk : Torisperical dishead formaldehida (F-410). head 5 Tinggi : 24,56 in = 0,6237 m D. Tebal : 1,625 in = 0,0413 m Salah satu faktor yang dapat menunjang 2. ABSORBER Kode : D-310 b. c. kelancaran suatu proses produksi didalam suatu Fungsi : menyerap produk pabrik yaitu penyediaan utilitas. formaldehida Untuk memenuhi kebutuhan air dengan cara menggunakan penyerap air suatu Tipe menggunakan : Packing Kondisi Operasi : a. UTILITAS pabrik, umumnya air sumur, air sungai, dan air laut sebagai Suhu : 56,34oC sumbernya. Dalam perancangan Tekanan : 1 atm pabrik formaldehida Spesifikasi : menggunakan air yang berasal Jumlah dari air sungai yang berada di : 1 buah Packing : Kawasan Industri Jenis :Rasching ring ceramic Dalam Tinggi : 5,38 m utilitas yang diperlukan meliputi : Head : 1. Unit pabrik Bontang. formaldehida penyediaan dan Bentuk : Torisperical pengolahan air Tebal : 0,19 in = 0,0048 m Total Tinggi : 10,34 in = 0,2627 m 8.114,6998 kg/jam Material : Carbon Steel SA- 2. Unit penyediaan steam kebutuhan 129 Grade C Kebutuhan Diameter menara : dari Diameter : 54 in = 1,3716 m 1.361,7456 kg/jam Tebal : 0,19 in = 0,0048 m steam boiler air = disuplai sebesar = 3. Unit penyediaan listrik Tinggi : 6,32 m Total kebutuhan listrik = Material : Carbon Steel SA- 298,52 kW 129 Grade C 4. Unit penyediaan bahan bakar Harga : $ 114.800,00 Total kebutuhan bahan bakar = 0,3253 m3/jam 6 5. Unit penyediaan udara tekan akan didirikan dapat Kapasitas udara tekan = 50 menguntungkan atau tidak dan m3/jam layak untuk didirikan. Analisa ekonomi dari pabrik E. MANAJEMEN formaldehida PERUSAHAAN pabrik memerlukan modal tetap Bentuk perusahaan yang sebagai berikut sebesar Rp 99.919.522.428 dan direncanakan pada perancangan modal pabrik formaldehida ini adalah 32.991.152.317 perseroan terbatas (PT), UMR ekonomi Bontang 2014 yaitu Rp 1.980.000 mengalami keuntungan sebelum dengan demikian kenaikan UMK pajak sebesar Rp 25.372.163.508 per tahun Rp 75.000 maka UMR per tahun dan keuntungan setelah Bontang pajak sebesar Rp 19.029.122.631 tahun 2018 Rp 2.505.000 kerja sebesar dari pabrik Rp analisa formaldehida per tahun. Precent return on investment (ROI) sebelum pajak F. 25,39% ANALISIS EKONOMI dan setelah pajak Dalam prarancangan pabrik 19,04%. Pay out time (POT) formaldehida diperlukan analisa sebelum pajak 2,83 tahun dan ekonomi setelah pajak 3,44 tahun. Break karena untuk mrndapatkan perkiraan tentang event kelayakan 43,58% dan Shut down point investasi, besarnya point (BEP) laba yang diperoleh, lamanya (SDP) modal Discounted cash flow (DCF) investasi dapat sebesar sebesar sebesar titik kelayakan diatas disimpulkan, atau suatu titik data dimana total biaya produksi sama bahwa dengan keuntungan menguntungkan dan pabrik layak diperoleh. Selain ekonomi itu dimaksudkan yang analisa pabrik Dari . dikembalikan dan juga terjadinya impas 25,79%. 22,79% untuk didirikan. untuk mengetahui apakah pabrik yang 7 formaldehida DAFTAR PUSTAKA Badan Pusat Statistik, 2013, Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia, Export-Import, Jakarta diakses tanggal 20 Kelayakan Agustus 2013, jam 13.00 WIB Ekonomi Pabrik Formaldehida dari Widiyanti,Arin., 2006, Formaldehyde Gambar 1. Analisa Metanol dan Udara dengan Proses and Adhesive Silver. http://news.detik.com// Resin, read/2006/01/03/160825/5115 54/10/, diterbitkan tanggal 3 januari 2006, diakses tanggal 20 Agustus 2013, jam 13.00 WIB. Kirk, R.E. and Othmer, V.R., 1998, Flow Formaldehyde, vol.11, 4th ed., Terhadap Waktu Pabrik Formaldehida John Wiley & Sons Inc., New dari Metanol dan Udara dengan Proses York. Grafik 2. Komulatif Cash Peter, M.S., Timmerhaus, K.D. and Silver. West, R.E., 2003, Plant Design and Economics for Chemical Engineers, 5th ed., Mc-Graw Hill, New York. 8
