PRARANCANGAN PABRIK ETIL AKRILAT DARI ASAM …digilib.unila.ac.id/32630/30/SKRIPSI FULL TEKS TANPA...

PRARANCANGAN PABRIK ETIL AKRILAT DARI ASAM AKRILAT DAN ETANOL DENGAN KAPASITAS 50.000 TON/TAHUN

(Perancangan Kolom Distilasi (DC-301))

(Skripsi)

Oleh

ADE OKTAVIANI

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG 2018

ABSTRAK



Oleh

ADE OKTAVIANI

Pabrik etil akrilat berbahan baku asam akrilat dan etanol direncanakan didirikan di Cilegon, Banten. Pendiriaan pabrik berdasarkan pertimbangan ketersediaan bahan baku, sarana transportasi yang memadai, tenaga kerja yang mudah didapatkan, dan kondisi lingkungan. Pabrik direncanakan memproduksi etil akrilat sebanyak 50.000 ton/tahun, dengan waktu operasi 24 jam/hari, 330 hari/tahun. Bahan baku yang digunakan adalah asam akrilat sebanyak 5.051,0160 kg/jam dan etanol sebanyak 3.227,0380 kg/jam. Penyediaan kebutuhan utilitas pabrik terdiri dari unit pengadaan air, pengadaan steam, pengadaan listrik dan udara instrument, pengadaan air pendingin, dan pengolahan limbah. Bentuk perusahaan adalah Perseroan Terbatas (PT) menggunakan struktur organisasi line dan staff dengan jumlah karyawan sebanyak 130 orang.

Dari analisis ekonomi diperoleh: Fixed Capital Investment (FCI) = Rp 251.603.594.524 Working Capital Investment (WCI) = Rp 44.400.634.328 Total Capital Investment (TCI) = Rp 296.004.228.852 Break Even Point (BEP) = 47,78% Shut Down Point (SDP) = 24,01% Pay Out Time before taxes Pay Out Time after taxes Return on Investment before taxes

(POT)b (POT)a (ROI)b

= = =

2,4 tahun 2,8 tahun 27,42%

Return on Investment after taxes (ROI)a = 21,93% Discounted cash flow (DCF) = 21,90%

Mempertimbangkan paparan di atas, maka dapat diambil kesimpulan bahwa pabrik etil akrilat layak untuk dikaji lebih lanjut dari segi proses maupun ekonominya. Kata kunci: asam akrilat, etanol, etil akrilat.

ABSTRACT

THE CONSTRUCTION OF A PLANT PRODUCING 50.000 TONS OF ETHYL ACRYLATE PER YEAR

FROM ACRYLIC ACID AND ETHANOL (The Construction of Distillation Column DC-301)

By

ADE OKTAVIANI

A plant producing ethyl acrylate is going to be built at Cilegon, Banten. The establishment of the plant is based on several aspects: the availability of raw materials, adequate transportation facilities, the convenience of hiring the manpower, and the environmental conditions. With 24 hours/day, 330 days/year manufacturing time, the plant is targeted to produce 50.000 tons of ethyl acrylate per year. The materials are 5.051,0160 kg/hour of acrylic acid and 3.227,0380 kg/hour of ethanol. The utility requirements of the plant consist of water supply, steam generator, electricity and air instrument, cooling water supply, and waste treatment unit. A Limited Liability (LL) corporation manages the plant, using line and staff organization structure, employing 130 people.

The data below was obtained from the economic analysis: Fixed Capital Investment (FCI) = IDR 251.603.594.524 Working Capital Investment (WCI) = IDR 44.400.634.328 Total Capital Investment (TCI) = IDR 296.004.228.852 Break Even Point (BEP) = 47,78% Shut Down Point (SDP) = 24,01% Pay Out Time before taxes Pay Out Time after taxes Return on Investment before taxes

(POT)b (POT)a (ROI)b

= = =

2,4 years 2,8 years 27,42%

Return on Investment after taxes (ROI)a = 21,93% Discounted cash flow (DCF) = 21,90%

Considering the explanation above, it can be concluded that the ethyl acrylate plant is feasible for further study, in terms of its process and economy. Keywords: acrylate acid, ethanol, ethyl acrylate.



Oleh

ADE OKTAVIANI

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar SARJANA TEKNIK

pada

Jurusan Teknik Kimia

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG 2018

RIWAYAT HIDUP

Penulis merupakan anak keempat dari lima bersaudara

yang lahir pada tanggal 5 Oktober 1992 di Kotabumi

Utara, dari pasangan Mansyur (Alm.) dan Jawanis.

Pendidikan yang dilalui penulis, berturut-turut, yakni

SD Negeri 2 Ketapang (1999-2004), SMP Negeri 6

Kotabumi (2004-2007), dan SMA Negeri 2 Kotabumi

(2007-2010). Melalui jalur SNMPTN (tes tertulis), penulis melanjutkan hidupnya

selaku mahasiswa Jurusan Teknik Kimia angkatan 2010. Di saat yang sama,

beliau menerima beasiswa PPA (Peningkatan Prestasi Akademik) yang berjalan

selama 7 semester.

Pada Juli 2013 penulis menjalani Kuliah Kerja Nyata (KKN) di Kecamatan

Padang Cermin, Kabupaten Pesawaran, berkelompok dengan 8 mahasiswa lainnya

yang berasal dari Fakultas Ekonomi, ISIP, MIPA, dan Teknik. Dalam masa ± 30

hari, penulis bersama tim menyosialisasikan program Pos Pemberdayaan

Keluarga, memberi pelatihan produksi virgin coconut oil (VCO) dan pupuk

kompos berbahan baku kulit kakao kepada warga, menggelar bimbingan belajar

bagi murid-murid Sekolah Dasar, serta turut meramaikan kegiatan-kegiatan dusun

di bulan Ramadhan. Setengah tahun kemudian, tepatnya 21 Februari 2014, penulis

melaksanakan Kerja Praktik (KP) di PT. Pindo Delli Pulp and Paper Mills II

Karawang, Jawa Barat. Penulis menjalani KP selama 21 hari di Cautic Soda Plant

dengan tugas khusus Evaluasi Performa Heat Exchanger Evaporator E1301 dan

E1302. Di tahun yang sama penulis juga melakukan Penelitian berjudul

Transesterifikasi Minyak Jelantah Menggunakan Microwave dan Static Mixer

(Tinauan Rasio Molar dan Konsentrasi Katalis). Penelitian dilaksakan di

Laboratorium Penelitian Jurusan Teknik Kimia Universitas Lampung.

Penulis aktif di beberapa organisasi, yakni sebagai Wakil Ketua Divisi Islam

HIMATEMIA (Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia) masa bakti 2011/2012.

Diwaktu yang bersamaan beliau juga menjabat sebagai Wakil Ketua Biro BBQ FT

(Bimbingan Baca Qur’an Fakultas Teknik). Setahun setelahnya, yakni masa bakti

2012/2013 penulis menjabat sebagai Wakil Ketua FOSSI FT (Forum Silaturrahim

dan Studi Islam Fakultas Teknik) dan juga sebagai Anggota Divisi Islam

HIMATEMIA. Setahun kemudian, tahun 2014/2015 penulis terlibat dalam

kepengurusan BEM (Badan Eksekutif Mahasiswa) KBM UNILA sebagai Menteri

Keuangan.

Selama menuntut ilmu, penulis mendapat pengalaman mengajar sebagai guru

privat dan juga pengalaman bekerja sebagai customer service di IZI (Inisiatif

Zakat Indonesia) cabang Lampung.

Kepada segala makhluk yang senantiasa mendo’a,

“Semoga Ade diberikan yang terbaik dan segera lulus”

Kupersembahkan skripsi ini spesial untuk kalian

Karena,

(Q.S. Al-Insyirah: 5-6)

Syukuri lagi, ikhtiar lagi, tawakkal lagi. Serahkan semua padaNya.

Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan

Dia-lah Dzat yang berlimpah Rahmat

Dan Dia-lah Sebaik-baik Pembuat Rencana

Dan, berbuat baik saja, pada saat yang tepat, Dia akan

menunjukkan KuasaNya.

SANWACANA

Assalaamu'alaikum warahmatullaahi wabarakaatuh.

Rabb, Allah subhaanahu wa ta’aala, Alhamdulillah, atas barokah, rohmah,

maghfiroh juga taufiq-Nya kepada hamba-Nya yang lemah dan aniaya ini. Laa

ilaaha illaa anta, subhaanaka, innii kuntu minazh zhoolimiin. Shalawat beserta

salam untuk manusia terbaik, Rasulullah Muhammad shallallaahu ‘alaihi wa

sallaam, yang telah menyebarkan cahaya Islam ke penjuru alam semesta,

mengangkat derajat manusia ke tingkat yang amat mulia. Semoga kita semua

memperoleh syafa’at beliau di yaumil akhir kelak, dikumpulkan bersama

keluarganya, sahabat-sahabatnya, dan salafush shalih yang menjadi teladan umat.

Skripsi yang berjudul “Prarancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan

Etanol dengan Kapasitas 50.000 Ton/Tahun” ini disusun oleh penulis guna

memenuhi syarat lulus sebagai Sarjana Teknik di Universitas Lampung.

Berikut ini adalah semua insan yang telah membantu penulis dari awal kegiatan

skripsi hingga selesainya laporan. Tak ada yang bisa penulis persembahkan selain

ucapan terima kasih yang dalam dan do’a yang tulus. Semoga kalian semua

dibalas oleh Allah subhaanahu wa ta’aala dengan kebaikan yang berlipat-lipat,

ditolong di dunia, dan diselamatkan di akhirat. Aamiin allaahumma aamiin.

ii

1. Kedua orang tua (Bapak Mansyur (Alm.) dan Ibu Jawanis) atas cinta tanpa

henti, pengorbanan kalian yang luar biasa, waktu, tenaga, kasih sayang, dan

do’a yang tak pernah bisa aku balas dengan apapun. Walau Bapak tak

mendengar kabar bahagia ini, sampai akhir hidupnya, dengan segala

perjuangan Bapak dan Mamak untuk anak-anaknya, semoga Allah balas

dengan syurgaNya.

2. Kakak dan adik tercinta (Hanafi, Habibi, Hadidi, dan Dadi Satria), serta

segenap keluarga besar, yang tak lelah bertanya, memberi motivasi, dan

mendo’a penuh harap agar Ade segera menyelesaikan studi ini.

3. Bapak Prof. Dr. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Lampung.

4. Bapak Ir. Azhar, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Universitas

Lampung sekaligus orang tua yang memberi semangat baru bagi penulis.

5. Bapak Taharuddin, S.T., M. Sc. Selaku Pembimbing I yang begitu toleran

kepada penulis, juga atas perhatiannya dalam memberikan berbagai arahan

sekaligus pencerahan.

6. Bapak Darmansyah, S.T., M.T. selaku Pembimbing II sekaligus Pembimbing

Akademik, yang selalu memberi motivasi dan nasihat kepada penulis dari

awal perkuliahan untuk serius dan bersemangat menyelesaikan studi.

7. Ibu Yuli Darni, S.T., M.T. selaku Penguji I yang telah memberikan saran,

arahan, dan tambahan ilmu untuk perbaikan tugas akhir ini.

8. Bapak Heri Rustamaji, S.T., M.Eng. selaku Penguji II, yang telah

memberikan saran, arahan, dan tambahan ilmu untuk perbaikan tugas akhir

iii

ini dan juga dengan terbuka menjadi tempat bertanya penulis hingga penulis

dapat menyelesaikan beberapa persoalan.

9. Seluruh dosen dan staf Jurusan Teknik Kimia, juga para pegawai Dekanat

Fakultas Teknik, atas segala ilmu dan layanannya.

10. Febrasari Almania, seorang teman yang sudah penulis anggap seperti saudara

sendiri, untuk segala dukungan dan kontribusinya yang tak tanggung-

tanggung dalam segala hal. Semoga menara cahaya yang membuat iri para

syuhada menjadi tempat persinggahan kita di dunia selanjutnya. Aamiin yaa

Raafi’.

11. Tri Yuni Susanti, kawan seperjuangan yang menghadapi beragam fenomena

yang penuh lika-liku, yang bersamanya penulis belajar juga mengajar,

bersemangat juga menyemangati, berupaya juga mengupayakan, dan

bermimpi juga memantik impian. Penulis pintakan pada Allah ar-Rosyiid at-

Tawwaab ash-Shobuur agar Dia tak pernah meninggalkanmu walau sedetik.

Akhirnya say, ini selesai. Alhamdulillah.

12. Mita Saraswati, kawan seperjuangan di akhir masa hidup di kampus, sesekali

kawan curhatan tentang masa depan, sesekali kawan berbagi makanan, kawan

boongan. Semoga kita gak saling melupakan.

13. Saudari dalam lingkaran-lingkaran yang pernah terukir, atas semangat dan

do’anya, semoga Allah tetapkan ukhuwah terjalin sampai nanti, hati terpaut

karena iman sampai nanti, sampai nanti Allah izinkan kita melingkar di

JannahNya.

14. Teman-teman Teknik Kimia Universitas Lampung 2010 yang kerap

mengingatkan dan menanyai tak henti-henti terkait skripsi ini sehingga

iv

penulis terdorong secara moril untuk menyelesaikan apa yang ia mulai.

Semoga kita semua dijumpakan kembali oleh Allah Al-Jaami’ di masa depan

dalam keadaan yang lebih baik daripada ketika saat berpisah, aamiin yaa

Haadii yaa Mughniiy.

15. Adik-adik yang baru ku jumpai di sini, tapi kalian memberi warna dalam

hidup, menjaga aku sampai bisa bertahan disini. Reni, Yuli, Ulpeh, Desfa,

Laili, Wanda, Nita, Anggun, Endah, Soraya, Laila, Indah, Ranti, Liza, Vera,

Novia, Ana, yang tanpa kalian, mungkin aku tengah terhempas dalam dunia

yang melenakan ini. Semoga kita tetep temen sampai nanti ya. (Aku loh,

sendiri, cuma punya kalian).

16. Dan pihak-pihak lainnya yang turut berjasa sehingga laporan ini akhirnya

rampung, yang sayangnya, tidak dapat disebutkan satu persatu.

Pepatah berkata tiada sesuatu yang sempurna di dunia; begitu pun skripsi ini.

Penulis sangat menyadarinya, oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun

sangat dinantikan sebagai bahan perbaikan untuk tulisan-tulisan yang akan datang.

Bertakwalah kepada Allah, Allah mengajarmu, dan Allah Maha Mengetahui

segala sesuatu.

Assalaamu'alaikum warahmatullaahi wabarakaatuh.

Bandarlampung, 7 Desember 2017 Ade Oktaviani

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL ............................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ viii

I. PENDAHULUAN ........................................................................................ 1

A. Latar Belakang ....................................................................................... 1

B. Kegunaan Produk ................................................................................... 2

C. Ketersediaan Bahan Baku ....................................................................... 4

D. Analisa Pasar.......................................................................................... 4

1. Data Impor ......................................................................................... 4

2. Data Konsumsi ................................................................................... 5

3. Data Produksi ..................................................................................... 7

E. Kapasitas Produk Pabrik......................................................................... 7

F. Lokasi Pabrik ......................................................................................... 8

1. Bahan Baku ........................................................................................ 9 2. Utilitas ............................................................................................... 9

3. Tenaga Kerja ...................................................................................... 9

4. Fasilitas Transportasi ........................................................................ 10 5. Keadaan Iklim dan Tanah ................................................................. 10 6. Peraturan Pemerintah dan Keadaan Masyarakat................................ 10

II. PEMILIHAN PROSES DAN URAIAN PROSES ....................................... 11

A. Jenis-Jenis Proses ................................................................................. 11

1. Proses Pembuatan Etil Akrilat dengan Asetilena............................... 11 2. Proses Ketena ................................................................................... 12 3. Proses Etilen Sianohidrin ................................................................. 12 4. Proses Oksidasi Propilena ................................................................ 12 5. Proses Esterifikasi Asam Akrilat ...................................................... 14 6. Proses Etilena ................................................................................... 14

ii

B. Pemilihan Proses .................................................................................. 16

1. Tinjauan Ekonomi ............................................................................ 16

2. Tinjauan Termodinamika ................................................................. 27

C. Deskripsi Proses ................................................................................... 48

III. SPESIFIKASI BAHAN BAKU DAN PRODUK ........................................ 51

A. Bahan Baku .......................................................................................... 51

1. Asam Akrilat .................................................................................... 51

2. Etanol............................................................................................... 51

B. Bahan pembantu ................................................................................... 52

1. Asam Sulfat ..................................................................................... 52

C. Produk ................................................................................................. 52

1. Etil Akrilat ....................................................................................... 52

2. Air 53

IV. NERACA MASSA DAN PANAS .............................................................. 54

A. Neraca Massa ....................................................................................... 54

B. Neraca Panas ........................................................................................ 58

V. SPESIFIKASI ALAT .................................................................................. 61

A. Peralatan Proses ................................................................................... 61

B. Peralatan Utilitas .................................................................................. 79

VI. UTILITAS DAN PENGOLAHAN LIMBAH ........................................... 113

A. Kebutuhan Air .................................................................................... 114

1. Air untuk Keperluan Umum dan Sanitasi ....................................... 114 2. Air Pendingin ................................................................................. 116 3. Chilled Water ................................................................................. 120 4. Air Umpan Boiler ........................................................................... 121 5. Air Proses ...................................................................................... 122 6. Air Pemadam Kebakaran ................................................................ 123

B. Sistem Penyediaan Steam ................................................................... 130

1. Deaerasi ......................................................................................... 130

2. Steam generator ............................................................................. 132

iii

C. Unit Penyedia Udara Instrumen .......................................................... 133

D. Unit Pembangkit Tenaga Listrik ......................................................... 133

E. Unit Pengadaan Bahan Bakar ............................................................. 133

F. Laboratorium ..................................................................................... 134

G. Instrumentasi dan Pengendalian Proses .............................................. 137

H. Pengolahan Limbah ............................................................................ 142

VII. TATA LETAK PABRIK .......................................................................... 145

A. Lokasi Pabrik ..................................................................................... 145

B. Tata Letak Pabrik ............................................................................... 147

C. Prakiraan Areal Lingkungan ............................................................... 150

VIII. SISTEM MANAJEMEN DAN ORGANISASI PERUSAHAAN .......... 153

A. Bentuk Perusahaan ............................................................................. 153

B. Struktur Organisasi Perusahaan .......................................................... 155

C. Tugas Dan Wewenang........................................................................ 158

1. Pemegang Saham ........................................................................... 158

2. Dewan Komisaris ........................................................................... 159

3. Dewan Direksi ............................................................................... 159

4. Kepala Bagian ................................................................................ 161 5. Kepala Seksi .................................................................................. 165

D. Status Karyawan dan Sistem Penggajian ............................................ 166

E. Pembagian Jam Kerja Karyawan ........................................................ 166

F. Penggolongan Jabatan dan Jumlah Karyawan ..................................... 168

1. Penggolongan Jabatan .................................................................... 168 2. Perincian Jumlah Karyawan ........................................................... 169

G. Kesejahteraan Karyawan .................................................................... 172

IX. INVESTASI DAN EVALUASI EKONOMI ............................................. 175

A. Investasi ............................................................................................. 175

1. Fixed Capital Investment (Modal Tetap) ........................................ 175 2. Working Capital Investment (Modal Kerja) .................................... 176

iv

B. Evaluasi Ekonomi .............................................................................. 179

1. Return On Investment (ROI) ........................................................... 179

2. Pay Out Time (POT) ...................................................................... 180

3. Break Even Point (BEP) ................................................................. 181

4. Shut Down Point (SDP) .................................................................. 181

C. Angsuran Pinjaman ............................................................................ 182

D. Discounted Cash Flow (DCF)............................................................. 182

X. SIMPULAN DAN SARAN ...................................................................... 184

A. Simpulan ............................................................................................ 184

B. Saran .................................................................................................. 184

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 185

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

1. Data Impor Etil Akrilat (Badan Pusat Statistika, 2011-2015) ......................... 4

2. Data Kebutuhan Etil Akrilat di Indonesia (Santoso, 2008) ............................. 5

3. Pabrik Produksi Logam (KemenPerin Republik Indonesia, 2014) ................. 6

4. Pabrik Produksi Adhesive (KemenPerin Republik Indonesia, 2014) .............. 6

5. Pabrik Produksi Tekstil (KemenPerin Republik Indonesia, 2014) .................. 7

6. Harga Komponen pada Proses Asetilena (ICIS, 2007) ................................. 18

7. Harga Komponen pada Proses Oksidasi Propilena (ICIS, 2007) .................. 20

8. Harga Komponen pada Proses Esterifikasi (Molbase, 2017; ICIS, 2017) ..... 22

9. Harga Komponen pada Proses Esterifikasi (Molbase, 2017; ICIS, 2017) ..... 24

10. Harga Komponen pada Proses Etilen (Molbase, 2017; ICIS, 2017) ............. 25

11. Keuntungan Proses...................................................................................... 26

12. Perubahan Entalpi Standar pada T 298 K (Yaws, 1999) .............................. 28

13. Koefisien Regresi untuk Komponen pada Proses Asetilena (Yaws, 1999) ... 28

14. Perubahan Entalpi Standar pada T 298 K (ICIS, 2007) ................................ 29

15. Koefisien Regresi untuk Komponen pada Proses Oksidasi Propilena (Yaws,

1999) .......................................................................................................... 30


17. Koefisien Regresi untuk Komponen pada Proses Oksidasi Propilena (Yaws,

1999) .......................................................................................................... 32

vi


19. Koefisien Regresi untuk Komponen pada Proses Esterifikasi (Yaws, 1999) 34


21. Koefisien Regresi untuk Komponen pada Proses Etilen (Yaws, 1999) ......... 37

22. Perubahan Entalpi Standard dan Perubahan Entalpi Reaksi ......................... 38

23. Perubahan Energi Gibbs Standar pada T 298 K (Yaws, 1999) ..................... 38





28. Energi Gibbs Standard dan Energi Gibbs Reaksi ......................................... 46

29. Perbandingan Proses ................................................................................... 47

30. Standar Air Kebutuhan Domestik (Keputusan Gubernur Kepala Daerah

Khusus Ibukota Jakarta nomor 1608 tahun 1988 tanggal 26 September 1988)

................................................................................................................. 114

31. Kebutuhan Air Pendingin .......................................................................... 117

32. Kebutuhan Air Umpan Boiler ................................................................... 122

33. Kebutuhan Air Proses ............................................................................... 123

34. Tingkatan Kebutuhan Informasi dan Sistem Pengendalian ........................ 139

35. Syarat-Syarat Kualitas (Mutu) Air Limbah (Peraturan Menteri Kesehatan

nomor 173/Men.Kes/Per/VIII/1977) .......................................................... 143

36. Perincian Luas Area Pabrik Etil Akrilat ..................................................... 150

37. Jadwal Kerja Masing-Masing Regu ........................................................... 168

38. Prasyarat Tingkat Pendidikan per Jabatan ................................................. 169

vii

39. Jumlah Operator Berdasarkan Jenis Alat Proses ........................................ 170

40. Jumlah Operator Bedasarkan Jenis Alat Utilitas ........................................ 170

41. Perincian Jumlah Karyawan Berdasarkan Jabatan ..................................... 170

42. Fixed Capital Investment .......................................................................... 176

43. Manufacturing Cost .................................................................................. 177

44. General Expenses ..................................................................................... 178

45. Biaya Administratif ................................................................................... 178

46. Minimum Acceptable Percent untuk Return on Investment ........................ 180

47. Acceptable Payout Time untuk Tingkat Resiko Pabrik .............................. 180

48. Hasil Analisa Kelayakan Ekonomi ............................................................ 183

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

1. Impor Etil Akrilat Indonesia. ......................................................................... 5

2. Diagram Blok Proses Etilena. ...................................................................... 16

3. Diagram Cooling Water System................................................................. 120

4. Mekanisme Siklus Refrigerasi pada Water Chiller Unit. ............................ 121

5. Deaerator. ................................................................................................ 132

6. Tata Letak Pabrik. ..................................................................................... 151

7. Tata Letak Alat Proses. ............................................................................. 152

8. Lokasi Pabrik. ........................................................................................... 152

9. Struktur Organisasi Perusahaan. ................................................................ 157

10. Grafik Analisis Ekonomi. .......................................................................... 181

11. Cumulative Cash Flow. ............................................................................. 182

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Inovasi proses produksi maupun pembangunan pabrik baru bertujuan untuk

mengurangi ketergantungan Indonesia terhadap produk luar negeri, meningkatkan

penggunaan bahan baku yang tersedia di dalam negeri dan memperkokoh struktur

ekonomi nasional. Salah satu pembangunan pabrik yang terus berkembang di

bidang petrokimia adalah pabrik yang memproduksi asam akrilat berikut

esternya.

Salah satu ester dari asam akrilat yang banyak dibutuhkan sebagai produk

intermediat adalah etil akrilat. Etil akrilat memiliki rumus molekul C5H8O2 dan

disebut juga etil propenoat atau acrylic acid ethyl ester. Etil akrilat berbentuk

cairan yang berbau sangat menyengat dan akan stabil di bawah kondisi

penyimpanan yang direkomendasikan. (The Dow Chemical Company, 2014)

Etil akrilat diproduksi dengan proses esterifikasi yang mereaksikan asam akrilat

dengan alkohol, dan menghasilkan air sebagai produk samping. Etil akrilat banyak

digunakan untuk memproduksi adhesive dan coating. Sebagai contoh,

penggunaan etil akrilat dalam formulasi cat latex akan menghasilkan cat anti air,

serta tahan terhadap kerusakan akibat hujan, angin, dan panas. Dengan banyaknya

kegunaan etil akrilat dalam kehidupan sehari-hari, maka pabrik etil akrilat perlu

didirikan dengan pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut:

2

1) Dengan adanya pabrik ini diharapkan dapat mendorong perkembangan

industri Indonesia secara umum.

2) Dengan adanya pabrik ini di dalam negeri, maka impor etil akrilat dapat

dikurangi.

3) Dengan adanya pabrik ini diharapkan dapat mendorong berdirinya industri

kimia lain, yang menggunakan etil akrilat sebagai bahan baku utama atau

bahan baku penunjang.

4) Membuka lapangan pekerjaan untuk penduduk di sekitar wilayah industri

yang akan didirikan, sehingga dapat mengurangi jumlah pengangguran dan

secara tidak langsung meningkatkan perekonomian masyarakat.

B. Kegunaan Produk

Ester akrilik yang termasuk di dalamnya etil akrilat, tidak dijual untuk pemakaian

langsung oleh konsumen, tetapi digunakan sebagai bahan baku/tambahan untuk

membuat beberapa produk kimia. Secara khusus ester akrilik digunakan untuk

pembuatan polimer. Sebagian besar polimer digunakan untuk coating dan

adhesives. Berikut ini penjelasan kegunaan etil akrilat pada berbagai produk

polimer:

1) Coatings

Coating merupakan proses pelapisan suatu material dengan tujuan dekorasi,

fungsional, atau keduanya. Tujuan fungsional diantaranya adalah untuk proteksi

terhadap korosi, membuat kain dan kertas waterproof, dan lain-lain.

Sebagai contoh dalam industri otomotif, ada tiga lapisan yang secara umum

digunakan yaitu:

3

a) Lapisan cat dasar berbasis air (waterborne), sebagai proteksi terhadap korosi

b) Lapisan intermediat, sebagai lapisan pengisi untuk mengkompensasi

ketidakberimbangan substrat

c) Lapisan berpigmen

Cat dasar dapat berupa poliakrilat berbasis waterborne. Sistem waterborne atau

sistem pelarut rendah semakin banyak digunakan pada fillers dan lapisan dasar

metalik. Resin akrilik dengan gugus hidroksil yang direaksikan dengan resin

melamin atau isosianat, digunakan dalam clearcoat (Ullmann’s, 2003). Resin itu

sendiri merupakan komponen utama dalam cat yang berfungsi untuk merekatkan

komponen-komponen yang ada dan merekatkan keseluruhan bahan pada

permukaan suatu bahan (membentuk film) (Anonim, 2009).

Keuntungan yang diberikan dalam penggunaan polimer ini adalah permukaan

halus, dan tahan cuaca. Sebagai contoh, penggunaan etil akrilat dalam formulasi

cat latex akan menghasilkan cat anti air, serta tahan terhadap kerusakan akibat

hujan, angin, dan panas.

2) Adhesives

Adhesive adalah bahan yang digunakan untuk menyatukan atau menyambungkan

suatu bahan yang sama ataupun berbeda jenis materialnya. Misalnya logam

dengan logam, logam degan kayu, atau logam dengan karet.

Etil akrilat sebagai co-monomer diigunakan dalam adhesives konstruksi dan

adhesives yang sensitif terhadap tekanan.

4

C. Ketersediaan Bahan Baku

Bahan baku asam akrilat diperoleh dari PT. Nippon Shokubai Indonesia (NSI),

beralamat di Kawasan Industri Panca Puri Jalan Raya Anyer Km.122 Ciwandan,

Cilegon, Banten, dengan kapasitas produksi 140.000 ton per tahun.

Etanol diperoleh dari PT. Indo Acidatama Chemical beralamat di Jalan Raya Solo

Seragen Km. 11,4 Kemiri, Surakarta, dengan kapasitas produksi sebesar 50.000

kL/tahun

D. Analisa Pasar

Analisis pasar merupakan langkah untuk mengetahui seberapa besar minat pasar

terhadap suatu produk. Adapun analisis pasar meliputi data impor, data konsumsi

dan data produksi etil akrilat.

1. Data Impor

Berikut ini data impor etil akrilat di Indonesia pada beberapa tahun terakhir:

Tabel 1. Data Impor Etil Akrilat (Badan Pusat Statistika, 2011-2015)

Berikut ini grafik impor etil akrilat di Indonesia:

Tahun Jumlah (ton/tahun)

2011 34.474 2012 35.976 2013 41.633 2014 41.265 2015 39.431

5

Gambar 1. Impor Etil Akrilat Indonesia.

Bila dilakukan pendekatan dengan menggunakan persamaan regresi linier pada

Gambar 1.1, maka diperkirakan kebutuhan etil akrilat Indonesia pada tahun 2020

adalah sebesar:

Kebutuhan(y) = 1507,2� − 3000000 = 56602ton/tahun

2. Data Konsumsi

Berikut ini data kebutuhan etil akrilat di Indonesia:

Tabel 2. Data Kebutuhan Etil Akrilat di Indonesia (Santoso, 2008)

Konsumsi etil akrilat yang paling banyak digunakan pada pabrik bahan pelapis

adhesive dan tekstil, sehingga kebutuhan etil akrilat dapat diwakilkan oleh pabrik

y = 1507.2x - 3E+06R² = 0.5719

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

2010 2011 2012 2013 2014 2015

Bahan Pelapis Adhesive Tekstil Plastik Cat dan Kertas

34% 20% 16% 14% 16%

6

bahan pelapis, adhesive, dan tekstil. Berikut ini beberapa pabrik bahan pelapis,

adhesive, dan tekstil:

Tabel 3. Pabrik Produksi Logam (KemenPerin Republik Indonesia, 2014)

Dari tabel di atas diketahui total produksi logam sebesar 415.000 ton/tahun

sehingga kebutuhan etil akrilat dalam pelapis logam adalah :

Kebutuhan = 34% × 415.000 = 141.100ton/tahun

Tabel 4. Pabrik Produksi Adhesive (KemenPerin Republik Indonesia, 2014)

Dari tabel di atas diketahui total produksi adhesive sebesar 59.000 ton/tahun

sehingga kebutuhan etil akrilat dalam produksi adhesive adalah :


No Nama Pabrik Kapasitas Produksi (Ton)

1 PT. Meratus Jaya Iron & Steel 315.000 2 PT. Delta Prima Steel 100.000

TOTAL 415.000


1 PT. Arjuna Utama Kimia/Aruki Surabaya, Jawa Timur

23.000

2 PT. Pamolite Adhesive Industry Probolinggo, Jawa Timur

36.000

TOTAL 59.000

7

Tabel 5. Pabrik Produksi Tekstil (KemenPerin Republik Indonesia, 2014)

Dari tabel di atas diketahui total produksi tekstil sebesar 695.600 ton/tahun

sehingga kebutuhan etil akrilat dalam produksi tekstil adalah :


3. Data Produksi

Pabrik yang memproduksi etil akrilat di Indonesia adalah PT. Nippon Shokubai

Indonesia (NSI) dengan kapasitas produksi 60.000 ton/tahun. (Anonim, 2014)

E. Kapasitas Produk Pabrik

Kapasitas produksi dapat diartikan sebagai jumlah output yang dapat diproduksi

dalam satuan waktu tertentu. Pabrik berusaha mendapatkan kapasitas produksi

optimum dimana jumlah dan jenis produk yang dihasilkan dapat menghasilkan

laba maksimum dengan biaya produksi minimum.

Berdasarkan data impor, data konsumsi dan data pabrik yang telah ada di

Indonesia, kemudian ditentukan besarnya kapasitas produksi. Adapun persamaan

kapasitas produksi adalah sebagai berikut:

KP = DK – DI – DP


1 PT Indorama Synthetics Tbk (INDR) 350.000 2 PT Polychem Indonesia Tbk (ADMG) 345.600 TOTAL 695.600

8

Dimana:

KP = Kapasitas Produksi Pada Tahun X

DK = Data Konsumsi Pada Tahun X

DI = Data Impor Pada Tahun X

DP = Data Produksi Telah Ada Pada Tahun X

Jadi:

KP = DK – DI – DP

KP = 264.196 Ton – 56.602 Ton – 60.000 Ton

KP = 147.594 Ton

Dari rumus diatas, didapatkan kapasitas produksi pada tahun 2028 sebanyak

147.594 Ton/Tahun. Berdasarkan pertimbangan di atas dan berbagai persaingan

yang akan tumbuh pada tahun 2028 maka kapasitas perancangan pabrik etil akrilat

adalah sebesar 50.000 Ton/Tahun atau ± 30% dari kebutuhan.

F. Lokasi Pabrik

Lokasi suatu pabrik merupakan unsur penting dalam menunjang keberhasilan

pembangunan industri. Untuk itu, perlu dipertimbangkan dengan cermat agar

didapat keuntungan yang maksimal bagi perusahaan. Secara geografis penentuan

letak lokasi pabrik sangat menentukan kemajuan pabrik tersebut saat produksi

maupun di masa yang akan datang. Oleh karena itu pemilihan lokasi yang tepat

dari pabrik akan menghasilkan biaya produksi dan distribusi yang seminimal

mungkin, serta dapat menekan biaya produksi dan dapat memberikan keuntungan-

keuntungan lain.

9

Beberapa hal yang menjadi pertimbangan seperti ketersediaan bahan baku,

transportasi, utilitas, maupun tersedianya tenaga kerja. Lokasi yang dipilih untuk

pendirian Pabrik Etil Akrilat adalah di Cilegon, Banten. Berikut ini pertimbangan

dalam penentuan lokasi pabrik:

1. Bahan Baku

Bahan baku pembuatan etil akrilat adalah asam akrilat dan etanol. Pabrik yang

memproduksi asam akrilat adalah PT. Nippon Shokubai Indonesia (NSI) yang

beralamat di Cilegon dan etanol diperoleh dari PT. Indo Acidatama Chemical

Kemiri, Surakarta. Sehingga dilihat dari segi bahan baku, maka pemilihan lokasi

di daerah Cilegon (Banten) adalah tepat.

2. Utilitas

Penyediaan kebutuhan listrik direncanakan akan disuplai dari PLN (Perusahaan

Listrik Negara) dan produksi dari unit utilitas. Untuk kebutuhan air dapat disuplai

dari air sungai yang terlebih dahulu diproses di unit pengolahan air agar layak

pakai. Air sungai tersebut digunakan sebagai air proses, air pendingin, dan air

sanitasi.

3. Tenaga Kerja

Sumber tenaga kerja di daerah ini cukup banyak dan dapat diperoleh dengan

mudah, karena lokasinya yang terletak di kawasan industri, baik tenaga

berpendidikan tinggi, menengah maupun tenaga kerja terampil serta tenaga

engineer. Penerimaan tenaga kerja untuk pabrik etil akrilat ini dapat mengurangi

jumlah pengangguran di daerah tersebut.

10

4. Fasilitas Transportasi

Transportasi sangat dibutuhkan sebagai penunjang utama untuk penyediaan bahan

baku dan pemasaran produk. Banten memiliki sarana transportasi darat, laut, dan

udara yang cukup baik. Tersedianya sarana transportasi darat, laut dan udara dapat

menghubungkan Banten dengan kota-kota lain sehingga dapat memperlancar

distribusi hasil produksi dan diharapkan hubungan antar daerah tidak mengalami

hambatan.

5. Keadaan Iklim dan Tanah

Iklim yang baik (kelembaban udara, intensitas panas matahari, curah hujan, dan

angin) serta kondisi tanah yang baik mempengaruhi kelancaran proses produksi

sekaligus menjadi faktor pendorong bagi karyawan untuk bekerja lebih baik

dengan keadaan di sekelilingnya yang mendukung.

6. Peraturan Pemerintah dan Keadaan Masyarakat

Kebijaksanaan yang dikeluarkan oleh pemerintah akan sangat mempengaruhi

kelangsungan suatu pabrik. Keuntungan bisa diperoleh jika pemerintah

memberikan kemudahan kepada pihak pabrik, sedangkan pihak pabrik juga

memberikan kontribusi kepada pemerintah berupa pemasukan pajak serta dapat

menciptakan lapangan kerja baru bagi masyarakat, sehingga dapat mengurangi

pengangguran. Dan daya dukung pemerintah dan masyarakat di daerah kawasan

indutri ini cukup baik.

II. PEMILIHAN PROSES DAN URAIAN PROSES

A. Jenis-Jenis Proses

Ada beberapa macam reaksi untuk menghasilkan etil akrilat, yaitu sebagai

berikut:

1. Proses Pembuatan Etil Akrilat dengan Asetilena

Proses Reppe telah dikomersilkan sejak tahun 1950. Reaksi ini melibatkan

asetilena, karbon moksida, dan alkohol (metil, etil, butyl, dll.) untuk membentuk

ester akrilat. Proses berlangsung pada temperatur 150°C dan tekanan 30 atm

dalam larutan nikel karbonil atau asam hidroklorik cair. Nikel karbonil bertindak

sebagai katalis dan juga sumber sekunder untuk karbon monoksida.

Proses Reppe menggunakan asetilena ini menghasilkan yield sebesar 80%, tetapi

terdapat beberapa kekurangan yaitu penanganan bahan berbahaya dan tingginya

biaya bahan baku. (Burdick et at., 2010)

Nikel karbonil yang digunakan sebagai katalis memiliki sifat mudah menguap,

sedikit berbau, dan sangat beracun. Sehingga pabrik harus dirancang khusus untuk

memastikan penanganan yang baik untuk nikel karbonil. (Orthmer, 1991). Berikut

ini reaksi pembentukan etil akrilat dengan asetilena:

4C�H� + 4C�H�OH + 2HCl + Ni(CO)� → 4C�H�O� + NiCl� +H�

12

Reaksi dasar antara asetilena, etanol, dan karbon monoksida adalah:

C�H� +C�H�OH + CO → C�H�O�

2. Proses Ketena

Proses ketena adalah proses hidrolisis asam asetat atau aseton menjadi ketena.

Kemudian ditambahkan metanal ke dalam ketena untuk membentuk asam akrilat.

Berikut ini reaksi proses yang terjadi:

CH�COOH → C�H�O → C�H�O�

Banyaknya langkah pembuatan dan β-propiolakton yang mengandung racun

menjadikan proses ini tidak menguntungkan.

3. Proses Etilen Sianohidrin

Etilena sianohidrin dihasilakan dengan menambahkan hidrogen sianida ke etilen

oksida. Produk kemudian di hidrolisis menjadi asam akrilat menggunakan asam

sulfat. Proses penanganan hasil buangan berupa HCN dan NH�HSO� menjadi

permasalahan dalam proses etilen sianohidrin.

4. Proses Oksidasi Propilena

Proses ini merupakan oksidasi katalitik terhadap propilena dalam fasa uap untuk

menghasilkan asam akrilat. Kemudian esterifikasi asam akrilat dan etanol dengan

katalis asam atau kation exchange resin akan membentuk etil akrilat. Proses

oksidasi berlangsung dalam dua tahap reaksi sebagai berikut:

Reaksi 1: C�H� + O� →C�H�O +H�O

Reaksi 2: C�H�O +�

�O� →C�H�O�

-H2O +CH2

13

Selektivitas yang tinggi dapat diperoleh dengan optimalisasi komposisi katalis dan

kondisi reaksi untuk masing-masing proses. Proses kontinyu dua tahap tanpa

isolasi membentuk akrolein telah dilakukan oleh Toyo Soda Company. Campuran

propilen, udara, dan air di konversi menjadi akrolein di rekator pertama. Effluent

dari reaktor pertama akan masuk ke dalam reaktor kedua, dimana akrolein

dioksidasi menjadi asam akrilat. Kemudian produk diserap dalam air untuk

memperoleh larutan asam akrilat 30-60% dengan yield propilena 80-85%.

Japan Catalytic Chemical Co. dan Mitsubishi Petrochemical Co. menawarkan

teknologi pembuatan akrilat termasuk katalis dengan kualitas tinggi. Jadi

meskipun banyak teknologi proses dan katalis yang telah di kembangkan oleh

masing-masing pabrik, mereka juga mengambil lisensi dari Japan Catalytic

Chemical Co. dan Mitsubishi Petrochemical Co. bahkan mengacu untuk semua

plants dan ada juga yang menggabungkan dengan milik mereka pribadi.

Proses oksidasi dilakukan dalam reaktor fixed-bed tipe shell and tube (panjang 3-5

m dan diameter 2,5 cm) dengan pendingin (garam cair) di bagian shell. Propilena

yang diuapkan, dicampurkan dengan steam dan udara yang diumpankan ke

reaktor pertama. Komposisi umpan 5-7% propilena, 10-30% steam dan udara.

Rentang temperatur reaktor pertama adalah 280-360°C, bergantung kondisi dan

selektivitas katalis. Effluent reaktor pertama didinginkan menjadi 200-250°C agar

tidak terjadi oksidasi di pipa menuju rekator kedua. Campuran gas yang kaya akan

akrolein mengandung beberapa asam akrilat diumpankan ke reaktor kedua, yang

mana sama dengan rekator pertama, tetapi menggunakan katalis selektif untuk

mengkonversi akrolein menjadi asam akrilat. Temperatur reaksi 280-360°C,

14

bergantung pada kondisi. Effluent akan didinginkan dari 250°C menjadi 80°C.

Selanjutnya akan di umpankan ke absorber dan di murnikan di kolom distilasi.

Yield yang diperoleh dari tahap oksidasi ini adalah 75-86%, bergantung pada

katalis, kondidi, dan usia penggunaan katalis.

Selanjutnya asam akrilat di reaksikan dengan etanol pada reaksi esterifikasi untuk

memproduksi etil akrilat. Berikut reaksi proses esterifikasi yang terjadi:

C�H�O� + C�H�OH →C�H�O� + H�O

(Othmer, 1998)

5. Proses Esterifikasi Asam Akrilat

Esterifikasi asam akrilat dapat dilakukan dalam fase uap. Akan tetapi dalam skala

industri esterifikasi fase cair lebih menguntungkan. Proses esterifikasi dilakukan

dengan mereaksikan asam akrilat, etanol, dan asam sulfat sebagai katalis. Rentang

konsentrasi katalis yang digunakan adalah 4% sampai 8%. Reaksi berlangsung di

dalam Reaktor Alir Tangki Bepengaduk (RATB) pada temperatur 60°C sampai

80°C. Berikut ini reaksi proses esterifikasi yang berlangsung di dalam reaktor:

C�H�O� +C�H�OH → C�H�O� +H�O

Keluaran reaktor dilanjutkan dengan proses pemurnian didalam kolom distilasi.

Konversi yang dihasilkan paling sedikit 90%.

6. Proses Etilena

Dalam proses ini, asam sulfat dan etilena di-spray-kan ke dalam reaktor.

Kemudian di masukkan asam akrilat untuk membentuk etil akrilat. Temperatur

15

dalam reaktor sebesar 110 °C sampai 130 °C dan tekanan 130 psig sampai 200

psig. Berikut ini proses yang terjadi di reaktor:

C�H�O� +C�H� → C�H�O�

Produk keluaran reaktor akan dialirkan ke recovery distillation tower melalui

bottom reactor. Light ends dari crude ethyl acrylate keluaran recovery distillation

tower yang mengandung sebagian besar etil akrilat, etilena yang tidak bereaksi

dan yang tidak dapat dikondensasi lainnya, di pisahkan dari material cairan di

dalam gas liquid separator dan dihilangkan melalui bagian atas separator. Cairan

dari gas liquid separator masuk ke dalam light ends distillation tower.

Sebagian produk etil akrilat yang dimurnikan dimasukkan ke dalam finishing

distillation tower melalui bottom reactor sedangkan aliran yang mengandung

sulfur dioksida, dietil eter dan etilena dihilangkan dari light ends distillation

melalui bagian atas tower. Etilena dapat dibuang atau di daur ulang untuk di

masukkan lagi ke dalam reaktor sesuai dengan yang diinginkan.

Etilena yang dimasukkan ke dalam finishing distillation tower akan di fraksinasi

dan menghasilkan etil akrilat dengan kemurnian lebih dari 95%. (US. Patent

4.507.495, 1985). Berikut ini block diagram untuk proses etilena:

16

Gambar 2. Diagram Blok Proses Etilena.

B. Pemilihan Proses

Pemilihan proses bertujuan untuk menentukan proses mana yang akan dipilih

sehingga menguntungkan baik dari segi ekonomi, energi dan investasi alat.

1. Tinjauan Ekonomi

Tinjauan ekonomi ini bertujuan untuk mengetahui keuntungan yang dihasilkan

oleh pabrik per kg produk yang dihasilkan pada masing-masing proses yang akan

digunakan. Berikut perbandingan keuntungan yang diperoleh melalui ketiga

proses di atas.

a) Proses Asetilena

Reaksi yang terjadi:

C�H�(�) + CO(�) + C�H�OH(�) → C�H�O�(�)

Basis = 1 kg C�H�O�(Produk etil akrilat)

BM C�H�O� = 100

BM CO = 28

17

BM C�H� = 26

BM C�H�OH = 46

Jumlah produk C�H�O� = 1000gr

100gr mol⁄

= 10 mol

Yield = 80%

molC�H�O� = MassaC�H�O�

BMC�H�O�

= 1000gr

100 gr mol⁄

= 10mol

Yield = molC�H�O�

molC�H�

0,8 = 10mol

molC�H�

molC�H� = 12,5mol

Jadi, berdasarkan stoikiometri:

C�H�(�) + CO(�) + C�H�OH(�) → C�H�O�(�)

Mula-mula 12,5 12,5 12,5

Bereaksi 10 10 10 10

Sisa 2,5 2,5 2,5 10

Maka:

Jumlah reaktan yang dibutuhkan:

C�H� = 12,5mol × 26gr

1mol×

1kg

1000gr

= 0,325kg

CO = 12,5mol × 28gr

1mol×

1kg

1000gr

= 0,35kg

C�H�OH = 125mol ×46gr

1mol×

1kg

1000gr

= 0,575kg

18

Jumlah produk yang terbentuk:

C�H�O� = 10mol × 100gr

1mol×

1kg

1000gr

= 1kg

Berikut ini daftar harga masing-masing komponen:

Tabel 6. Harga Komponen pada Proses Asetilena (ICIS, 2007)

Untuk menghitung perolehan keuntungan kasar, dapat digunakan persamaan

berikut ini:

EP = HargaProduk − HargaBahanBaku

EP = (EtilAkrilat) − (Asetilena + KarbonMonoksida + Etanol)

EP = (1 × 1,581) − ((0,325 × 0,63) + (0,35 × 0) + (0,575 × 0,26667))

EP = 1,4262 $ kg⁄

EP = 1,4262$ kg⁄ × 1000 kg ton⁄ × 50000 ton tahun⁄

EP = 71314424.06$ tahun⁄

EP = 954.971.000.000Rp tahun⁄

b) Oksidasi Propilena


Komponen Rumus Kimia $ ton⁄ $ kg⁄

Bahan Baku

Asetilena C�H� 630 0,63

Karbon Monoksida CO 0 0

Etanol C�H�OH 266,67 0,26667

Produk Etil Akrilat C�H�O� 1581 1,581

19

Oksidasi Propilena

C�H�(�) +O�(�) → C�H�O(�) +H�O(�)

C�H�O(�) +1

2O�(�) → C�H�O�(�)

C�H�(�) + 1,5O�(�) → C�H�O�(�) + H�O(�)


BM C�H�O� = 72

BM H�O = 18

BM C�H� = 42

BM O� = 32


72gr mol⁄

= 13,89

Yield = 75%

molC�H�O� = MassaC�H�O�

BMC�H�O�

= 1000gr

72 gr mol⁄

= 13,89mol

Yield = molC�H�O�

molC�H�

0,75 = 13,89mol

molC�H�

molC�H� = 18,5mol


C�H�(�) + 1,5O�(�) → C�H�O�(�) + H�O(�)

Mula-mula 18,5 27,8

Bereaksi 13,89 20,83 13,89 13,89

Sisa 4,63 6,94 13,89 13,89

Maka:


20

C�H� = 18,5mol ×

42gr

1mol×

1kg

1000gr

= 0,78kg

O� = 27,8mol ×

31gr

1mol×

1kg

1000gr

= 0.89kg


C�H�O� = 13,89mol ×72gr

1mol×

1kg

1000gr

1kg

H�O = 13,89mol ×18gr

1mol×

1kg

1000gr

0,25kg


Tabel 7. Harga Komponen pada Proses Oksidasi Propilena (ICIS, 2007)

Proses Esterifikasi

C�H�O�(�) + C�H�OH(�) → C�H�O�(�) + H�O(�)


BM C�H�O� = 100

BM H�O = 18

BM C�H�O� = 72

BM C�H�OH = 46


100gr mol⁄

= 10mol

Konversi = 90%


Bahan Baku Propilena C�H� 510 0,51

Oksigen O� 0 0

Produk Asam Akrilat C�H�O� 1130 1,13

Air H�O 0 0

21



Mula-mula x x


Sisa x-10 x-10 10 10

Maka:

Mol mula-mula

x-0,9x = x-100,9x = 10

x = 11,1mol

C�H�O� = x

= 11,1mol

C�H�OH = x

= 11,1mol

Maka:


C�H�O� =11,1mol ×

72gr

1mol×

1kg

1000gr

= 0,8kg

C�H�OH =11,1mol ×

46gr

1mol×

1kg

1000gr

= 0,51kg


C�H�O� =10mol ×

100gr

1mol×

1kg

1000gr

= 1kg

H�O =10mol ×

18gr

1mol×

1kg

1000gr

= 0,18kg


22

Tabel 8. Harga Komponen pada Proses Esterifikasi (Molbase, 2017; ICIS, 2017)

Untuk menghitung perolehan keuntungan kasar proses oksidasi propilena dua

tahap, dapat digunakan persamaan berikut ini:


EP = (EtilAkrilat) − (Propilena + Oksigen + Etanol)

EP = (1kg × 1,581) − ((0,78kg × 0,51) + (0,89kg × 0) + (0,51 × 0,267)

EP = 1,04703 $ kg⁄

EP = 1,04703$ kg⁄ × 1000 kg ton⁄ × 50000 ton tahun⁄

EP = 52.351.500 $ tahun⁄

EP = 701.038.936.500Rp tahun⁄

c) Proses Esterifikasi


C�H�O�(�) + C�H�OH(�) → C�H�O�(�) + H�O(�)


BM C�H�O� = 100

BM H�O = 18

BM C�H�O� = 72

BM C�H�OH = 46


100gr mol⁄

= 10mol

Konversi = 90%


Bahan Baku Asam Akrilat C�H�O� 48,4 0,0484

Etanol C�H�OH 266,67 0,26667


Air H�O 0 0

23



Mula-mula x x


Sisa x-10 x-10 10 10

Mol mula-mula

x-0,9x = x-100,9x = 10

x = 11,1mol

C�H�O� = x

= 11,1mol

C�H�OH = x

= 11,1mol

Maka:


C�H�O� =11,1mol ×

72gr

1mol×

1kg

1000gr

= 0,8kg

C�H�OH =11,1mol ×

46gr

1mol×

1kg

1000gr

= 0,51kg



100gr

1mol×

1kg

1000gr

= 1kg

H�O =10mol ×

18,01gr

1mol×

1kg

1000gr

= 0,18kg


24

Tabel 9. Harga Komponen pada Proses Esterifikasi (Molbase, 2017; ICIS, 2017)


berikut ini:


EP = HargaEtilAkrilat − (HargaAsamAkrilat + HargaEtanol)

EP = (1kg × 1,581) − �(0,8 × 0,0484) + (0,51 × 0,26667)�

EP = 1,480561756 $ kg⁄

EP = 1,480561756 $ kg⁄ × 1000 kg ton⁄ × 50000 ton tahun⁄

EP = 74.028.087 $ tahun⁄

EP = 991.310.000.000 Rp tahun⁄

d) Proses Etilena


C�H�O�(�) + C�H�(�) → C�H�O�(�)


BM C�H�O� = 100

BM C�H�O� = 72

BM C�H� = 28


100gr mol⁄

= 10mol

Konversi = 80%



Etanol C�H�OH 266,67 0,26667


Air H�O 0 0

25


C�H�O�(�) + C�H�(�) → C�H�O�(�)

Mula-mula x x

Bereaksi 10 10 10

Sisa x-10 x-10 10

Mol mula-mula

x-0,8x = x-100,8x = 10

x = 12,5mol

C�H�O� = x

= 12,5mol

C�H� = x

= 12,5mol

Maka:


C�H�O� =12,5mol ×

72gr

1mol×

1kg

1000gr

= 0,9kg

C�H� =11,1mol ×

28gr

1mol×

1kg

1000gr

= 0,35kg



100gr

1mol×

1kg

1000gr

= 1kg


Tabel 10. Harga Komponen pada Proses Etilen (Molbase, 2017; ICIS, 2017)



26

Tabel 10. (lanjutan)


berikut ini:


EP = HargaEtilAkrilat − (HargaAsamAkrilat + HargaEtilen)

EP = (1kg × 1,581) − �(0,9 × 0,0484) + (0,35 × 1,35)�

EP = 1,376421 $ kg⁄

EP = 1,376421 $ kg⁄ × 1000 kg ton⁄ × 50000 ton tahun⁄

EP = 68821050 $ tahun⁄

EP = 921.583.000.000 Rp tahun⁄

Berikut ini tabel keuntungan masing-masing proses:

Tabel 11. Keuntungan Proses


Bahan Baku Etilen C�H� 1350 1,35


Proses Keuntungan (Rp tahun⁄ )

Asetilena 954.971.000.000

Propilena 701.038.936.500

Esterifikasi 991.310.000.000

Etilen 950.547.000.000

27

2. Tinjauan Termodinamika

a. Tinjauan Termodinamika Berdasarkan Perubahan Entalpi

Perubahan entalpi (∆H) menunjukkan panas reaksi yang dihasilkan ataupun panas

reaksi yang dibutuhkan selama proses berlangsungnya reaksi kimia. Dalam hal

ini, pada reaksi pembentukkan etil akrilat. Besar atau kecil nilai ∆H tersebut

menunjukkan jumlah energi yang dibutuhkan maupun yang dihasilkan.

∆H bernilai positif (+) menunjukkan bahwa reaksi tersebut membutuhkan panas

untuk berlangsungnya reaksi. Sehingga, semakin besar ΔH maka semakin besar

juga energi yang dibutuhkan dan cost yang harus dikeluarkan. Sedangkan ∆H

bernilai negatif (-) menunjukkan bahwa reaksi tersebut menghasilkan panas

selama proses berlangsungnya reaksi. Sehingga tidak membutuhkan energi selama

proses namun membutuhkan energi untuk penyerapan panas agar reaksi tetap

berlangsung pada temperatur reaksinya. Penentuan panas reaksi yang berjalan

secara eksotermis atau endotermis dapat dihitung dengan perhitungan panas

pembentukan standar (∆H°�) pada P = 1 atm dan T = 298 K. Berikut ini

perhitungan panas pembentukan pada masing-masing proses:

1) Proses Asetilena


C�H�(�) + CO(�) + C�H�OH(�) → C�H�O�(�)

Nilai ∆H°� masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat pada tabel di

bawah ini:

28

Tabel 12. Perubahan Entalpi Standar pada T 298 K (Yaws, 1999)

∆H°��(298K) = ∆H°�produk −∆H°�reaktan

= �∆H°�C�H�O�(�)� − �∆H°�C�H�(�) + CO(�) + C�H�OH(�)�

= [−349,53] − [226,73 + (−110,5) + (−234,81)]

= −230,95kJ mol⁄ Karena nilai ∆H°�� = −230950 kJ kmol⁄ , maka reaksi bersifat endotermis.

Panas reaksi pada suhu 150°C (423 K) sebagai berikut:

∆H°��(423K) = ∆H°�� +∫��

�

�

��dT (Pers. 4.18, Smith et al., 2001)

Berikut ini nilai koefisien regresi untuk ∆C�:

Tabel 13. Koefisien Regresi untuk Komponen pada Proses Asetilena (Yaws, 1999)

��

�= A + BT + CT� + DT�� (Pers. 4.4, Smith et al., 2001)

∫��

�

�

��dT = ((ΔA) + (

��

�T�(τ + 1)) + (

��

�T��(τ� + τ + 1)) + (

∆�

�.��))(T − T�)

(Pers. 4.7, Smith et al., 2001)

Dimana:τ = �

��,maka:

Komponen Rumus Kimia ∆H°� kJ mol⁄

Asetilena C�H�(�) 226,73

Karbon Monoksida CO(�) -110,5

Etanol C�H�OH(�) -234,81

Etil Akrilat C�H�O�(�) -349,53

Komponen Koefisien A (J mol⁄ B (J mol⁄ K) C (J mol⁄ K) D(J mol⁄ K)

C�H�(�) 1 19,36 1,15.10-1 -1,24.10-4 7,24.10-8CO(�) 1 29,556 -6,58.10-3 2,01.10-5 -1,22.10-8C�H�OH(�) 1 27,091 1,11.10-1 1,10.10-4 -1,50.10-7C�H�O�(�) 1 -9,599 5,45.10-1 -4,10.10-4 1,63.10-7

Produk-Reaktan -85,606 3,2610-1 -4,16.10-4 2,54.10-7

29

�ΔC�R

�

��

.dT

T= �ΔA �ΔB. T� + �ΔC. T�

� +∆D

τ. T��

τ + 1

2��

τ − 1

ln τ�� × lnτ

�ΔC�R

�

��

dT = ((ΔA) +ΔB

2T�(τ + 1) +

ΔC

3T��(τ� + τ + 1) +

∆D

τ. T��))(T − T�)

�ΔC�R

�

��

dT = ((−85,606) +3,26 × 10��

2298(1,42 + 1)

+−4,16 × 10��

3298�(1,42� + 1,42 + 1) +

2,54 × 10��

1,42 × 298�))(423 − 298)

∫��

�

�

��dT = −2856,58 kJ kmol⁄

DenganR = 8,314 J molK⁄ ,maka:

R�ΔC�R

�

��

dT = −23749,63 kJ kmol⁄

∆H°��(423K) = ∆H°�� + R�ΔC�R

�

��

dT

∆H°��(423K) = −230950 kJ kmol⁄ + (−23749,63 kJ kmol⁄ )

∆H°��(423K) = −254699.6 kJ kmol⁄

2) Proses Oksidasi Propilena


a) Oksidasi Propilena

Reaksi 1 yang terjadi:

C�H�(�) +O�(�) → C�H�O(�) +H�O(�)


bawah ini:

Tabel 14. Perubahan Entalpi Standar pada T 298 K (ICIS, 2007)


Propilena C�H�(�) 20,42

Oksigen O�(�) 0

30



= �∆H°�C�H�O(�) + H�O(�)� − �∆H°�C�H�(�) + O�(�)�

= [(−81) + (−240,56)] − [20,42 + 0]

= −341,98 kJ mol⁄

Karena nilai ∆H°�� = −341980 kJ kmol⁄ , maka reaksi bersifat eksotermis.


∆H°��(603K) = ∆H°�� + R∫��

�

�



Tabel 15. Koefisien Regresi untuk Komponen pada Proses Oksidasi Propilena (Yaws, 1999)

��


∫��

�

�

��dT = ((ΔA) + (

��

�T�(τ + 1)) + (

��

�T��(τ� + τ + 1)) + (

∆�

�.��))(T − T�)


Dimana:τ = �

��,maka:


Akrolein C�H�O(�) -81

Air H�O(�) -240,56

Komponen Koefisien A (J molK⁄ ) B (J mol⁄ K) C (J mol⁄ K) D(J mol⁄ K)

C�H�(�) 1 31,298 7,2449.10-2 1,9481.10-4

-2,1582.10-7

O�(�) 1 29,526 -8,90.10-3 3,81.10-5 -3,26.10-8

C�H�O(�) 1 109,243 -5,10.10-1 1,71.10-3 -1,81.10-6H�O(�) 1 33,933 -8,42.10-3 2,99.10-5 -1,78.10-8

Produk-Reaktan 82,352 -5,81.10-1 1,50.10-3 -1,58.10-6

31

�ΔC�R

�

��

.dT

T= �ΔA �ΔB. T� + �ΔC. T�

� +∆D

τ. T��

τ + 1

2��

τ − 1

ln τ�� × lnτ

�ΔC�R

�

��

dT = ((ΔA) +ΔB

2T�(τ + 1) +

ΔC

3T��(τ� + τ + 1) +

∆D

τ. T��))(T − T�)

�ΔC�R

�

��

dT = ((82,352) +−5,81 × 10��

2298(2,02 + 1)

+1,50 × 10��

3298�(2,02� + 2,02 + 1) +

−1,58 × 10��

2,02 × 298�))(603 − 298)

�ΔC�R

�

��

dT = 41998,889 kJ kmol⁄


R�ΔC�R

�

��

dT = 349178,76 kJ kmol⁄

∆H°��(603K) = ∆H°�� + R�ΔC�R

�

��

dT

∆H°��(603K) = (−341980 kJ kmol⁄ ) + (349178,76 kJ kmol⁄ )

∆H°��(603K) = 7198,7616 kJ kmol⁄

Reaksi 2 yang terjadi:

C�H�O(�) +1

2O�(�) → C�H�O�(�)


bawah ini:


Komponen Rumus Kimia ∆H°� (kJ mol⁄ )

Akrolein C�H�O(�) -81

Oksigen O�(�) 0

Asam Akrilat C�H�O�(�) -336,23

32


= �∆H°�C�H�O�(�)� − �∆H°�C�H�O(�) +O�(�)�

= [−336,23] − [(−81) + 0]

= −255,23kJ mol⁄

Karena nilai ∆H°�� = −255230 kJ kmol⁄ , maka reaksi bersifat eksotermis.


∆H°��(473K) = ∆H°�� + R∫��

�

�

��dT



Tabel 17. Koefisien Regresi untuk Komponen pada Proses Oksidasi Propilena (Yaws, 1999)

��


∫��

�

�

��dT = ((ΔA) + (

��

�T�(τ + 1)) + (

��

�T��(τ� + τ + 1)) + (

∆�

�.��))(T − T�)


Dimana:τ = �

��,maka:

�ΔC�R

�

��

.dT

T= �ΔA �ΔB. T� + �ΔC. T�

� +∆D

τ. T��

τ + 1

2��

τ − 1

ln τ�� × lnτ

�ΔC�R

�

��

dT = ((ΔA) +ΔB

2T�(τ + 1) +

ΔC

3T��(τ� + τ + 1) +

∆D

τ. T��))(T − T�)

Komponen Koefisien A(J molK⁄ ) B(J molK⁄ ) C(J molK⁄ ) D(J molK⁄ )

C�H�O(�) 1 109,243 -5,10.10-1 1,71.10-3 -1,81.10-6O�(�) 0,5 29,526 -8,90.10-3 3,81.10-5 -3,26.10-8

C�H�O�(�) 1 7,755 2,94.10-1 -2,09.10-4 7,16.10-8

Produk-Reaktan -1,16.102 8,08.10-1 -1,93.10-3 1,89.10-6

33

�ΔC�R

�

��

dT = ((−1,16.102) +8,08 × 10��

2298(1,59 + 1)

+−1,93 × 10��

3298�(1,59� + 1,59 + 1) +

1,89 × 10��

1,18 × 298�))(473 − 298)

∫��

�

�

��dT = −17071,89 kJ kmol⁄


R�ΔC�R

�

��

dT = −141935,7 kJ kmol⁄

∆H°��(473K) = ∆H°�� + R�ΔC�R

�

��

dT

∆H°��(473K) = (−255230 kJ kmol⁄ ) + (−141935,7 kJ kmol⁄ )

∆H°��(473K) = −397165,7 kJ kmol⁄

b) Esterifikasi


C�H�O�(�) +C�H�OH(�) → C�H�O�(�) + H�O(�)


bawah ini:



= �∆H°�C�H�O�(�) + H�O(�)� − �∆H°�C�H�O�(�) + C�H�OH(�)�

= [(−265,9) + (−241,8)] − [(−244,63) + (−236,84)]

= −26,23 kJ mol⁄



Etanol C�H�OH(�) -236,84


Air H�O(�) -241,8

34

Karena nilai ∆H°�� = −26.230 kJ kmol⁄ , maka reaksi bersifat endotermis.


∆H°��(353K) = ∆H°�� + R∫��

�

�



Tabel 19. Koefisien Regresi untuk Komponen pada Proses Esterifikasi (Yaws, 1999)

��


∫��

�

�

��dT = ((ΔA) + (

��

�T�(τ + 1)) + (

��

�T��(τ� + τ + 1)) + (

∆�

�.��))(T − T�)


Dimana:τ = �

��,maka:

�ΔC�R

�

��

.dT

T= �ΔA �ΔB. T� + �ΔC. T�

� +∆D

τ. T��

τ + 1

2��

τ − 1

ln τ�� × lnτ

�ΔC�R

�

��

dT = ((ΔA) +ΔB

2T�(τ + 1) +

ΔC

3T��(τ� + τ + 1) +

∆D

τ. T��))(T − T�)

R�ΔC�R

�

��

dT = 15.145,1756 kJ kmol⁄

∆H°��(353K) = ∆H°�� + R�ΔC�R

�

��

dT

∆H°��(353K) = −26.230 kJ kmol⁄ + 15.145,1756 kJ kmol⁄

∆H°��(353K) = −33067,83 kJ kmol⁄

Komponen Koefisien A(J mol⁄ K) B(J mol⁄ K) C(J mol⁄ K) D(J mol⁄ K)

C�H�O�(�) 1 -18,242 1,2106 -3,1160.10-3 3.1409.10-6

C�H�OH(�) 1 59,342 3,6358.10-1 -1,2164.10-3 1,803.10-6

C�H�O�(�) 1 66,535 9,1312.10-1 -2,7675.10-3 3,5431.10-6

H�O(�) 1 92,053 -3,9953.10-2 -2,1103.10-4 5,3469.10-7

Produk-Reaktan 117,488 -0,701013 0,00135387 -8,7.10-7

35

Jadi, perubahan entalpi (∆H) untuk proses propilena adalah:

∆H°�� = (7198,7616 kJ kmol⁄ ) + (−397165,7 kJ kmol⁄ ) + (−33067,83 kJ kmol⁄ )

∆H°�� = −11.084,8244 kJ kmol⁄

3) Proses Esterifikasi


C�H�O�(�) +C�H�OH(�) → C�H�O�(�) + H�O(�)


= �∆H°�C�H�O�(�) + H�O(�)� − �∆H°�C�H�O�(�) + C�H�OH(�)�

= [(−423,8) + (−285,83)] − [(−383,8) + (−277,6)]

= −48,2 kJ mol⁄

Karena nilai ∆H°�� = −48200 kJ kmol⁄ , maka reaksi bersifat endotermis.


∆H°��(353K) = ∆H°�� + R∫��

�

�


��


∫��

�

�

��dT = ((ΔA) + (

��

�T�(τ + 1)) + (

��

�T��(τ� + τ + 1)) + (

∆�

�.��))(T − T�)


Dimana:τ = �

��,maka:

�ΔC�R

�

��

.dT

T= �ΔA �ΔB. T� + �ΔC. T�

� +∆D

τ. T��

τ + 1

2��

τ − 1

ln τ�� × lnτ

�ΔC�R

�

��

dT = ((ΔA) +ΔB

2T�(τ + 1) +

ΔC

3T��(τ� + τ + 1) +

∆D

τ. T��))(T − T�)

�ΔC�R

�

��

dT = ((117,488) +−0,701013

2298(1,18 + 1)

+0,00135387

3298�(1,18� + 1,18 + 1) +

−8,7. 10��

1,18 × 298�))(353 − 298)

∫��

�

�

��dT = 1820,0832 kJ kmol⁄

DenganR = 8,314 J molK⁄

36

R�ΔC�R

�

��

dT = 15132,172 kJ kmol⁄

∆H°��(353K) = ∆H°�� + R�ΔC�R

�

��

dT

∆H°��(353K) = −48200 kJ kmol⁄ + 15132,172 kJ kmol⁄

∆H°��(353K) = −33067,83 kJ kmol⁄

4) Proses Etilena


C�H�O�(�) + C�H�(�) → C�H�O�(�)


bawah ini:



= �∆H°�C�H�O�(�)� − �∆H°�C�H�O�(�) + C�H�(�)�

= [−423,8] − [(−383,8) + (52,3)]

= −92,3 kJ mol⁄

Karena nilai ∆H°�� = −92300 kJ kmol⁄ , maka reaksi bersifat endotermis.


∆H°��(353K) = ∆H°�� + R∫��

�

�





Etilen C�H�(�) 52.3


37

Tabel 21. Koefisien Regresi untuk Komponen pada Proses Etilen (Yaws, 1999)

C�R= A + BT + CT� + DT��


∫��

�

�

��dT = ((ΔA) + (

��

�T�(τ + 1)) + (

��

�T��(τ� + τ + 1)) + (

∆�

�.��))(T − T�)


Dimana:τ = �

��,maka:

�ΔC�R

�

��

.dT

T= �ΔA �ΔB. T� + �ΔC. T�

� +∆D

τ. T��

τ + 1

2��

τ − 1

ln τ�� × lnτ

�ΔC�R

�

��

dT = ((ΔA) +ΔB

2T�(τ + 1) +

ΔC

3T��(τ� + τ + 1) +

∆D

τ. T��))(T − T�)

�ΔC�R

�

��

dT = ((58,18) +−0,86848

2298(1,35 + 1) +

0,00371

3298�(1,35� + 1,35 + 1)

+−8. 10��

1,35 × 298�))(403 − 298)

∫��

�

�

��dT = 22446,385 kJ kmol⁄

DenganR = 8,314 J molK⁄

R�ΔC�R

�

��

dT = 186619,25 kJ kmol⁄

∆H°��(353K) = ∆H°�� + R�ΔC�R

�

��

dT

∆H°��(353K) = −92300 kJ kmol⁄ + 186619,25 kJ kmol⁄

∆H°��(353K) = 94319,246 kJ kmol⁄

Berikut ini tabel perubahan entalpi (∆H) untuk masing-masing proses:

Komponen Koefisien A(J mol⁄ K) B(J mol⁄ K) C(J mol⁄ K) D(J mol⁄ K)

C�H�O�(�) 1 -18,242 1,2106 -3,1160.10-3 3.1409.10-6

C�H�(�) 1 25,597 5,71.10-1 -3,36.10-3 8,41.10-6

C�H�O�(�) 1 66,535 9,1312.10-1 -2,7675.10-3 3,5431.10-6

Produk-Reaktan 59,18 -0,86848 0,00371 -8.10-6

38

Tabel 22. Perubahan Entalpi Standard dan Perubahan Entalpi Reaksi

b. Tinjauan Termodinamika Berdasarkan Energi Gibbs

Energi Gibbs standar menunjukkan spontan atau tidak spontannya suatu reaksi

kimia. ΔGo bernilai positif (+) menunjukkan bahwa reaksi tersebut tidak dapat

berlangsung secara spontan, sehingga dibutuhkan energi tambahan dari luar.

Sedangkan ΔGo bernilai negatif (-) menunjukan bahwa reaksi tersebut dapat

berlangsung secara spontan dan hanya sedikit membutuhkan energi. Oleh karena

itu, semakin kecil atau negatif ΔGo maka reaksi tersebut akan semakin baik karena

untuk berlangsung spontan energi yang dibutuhkan semakin kecil. Berikut ini

perhitungan energi gibbs pada masing-masing proses:

1) Proses Asetilena


C�H�(�) + CO(�) + C�H�OH(�) → C�H�O�(�)

Nilai ∆G°� masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat pada tabel di

bawah ini:

Tabel 23. Perubahan Energi Gibbs Standar pada T 298 K (Yaws, 1999)

Komponen Rumus Kimia ∆G°� kJ mol⁄

Asetilena C�H� 209,9

Proses ∆H Standar (298 k) kJ kmol⁄ ∆H Reaksi kJ kmol⁄

Asetilena −230950 −254699,6

Propilena −645410 −423034,8

Esterifikasi −48200 −33067,83

Etilena −92300 94319,246

39


∆G°��(298K) = ∆G°�produk −∆G°�reaktan

= [∆G°�C�H�O�] − [∆G°�C�H� + CO + C�H�OH]

= [-245,45]–[209,9+(-137,2)+(-168,28)

= -149,87kJ mol⁄

Karena nilai ∆G°�(298K) = −149870 kJ kmol⁄ , maka reaksi bersifat spontan.

Untuk ∆G°� pada temperatur 150°C (423 K), sebagai berikut:

∆G� = ∆H�� −

T

T�(∆H�

� −∆G��) + R�

∆C�R

dT�

��

− RT�∆C�R

.dT

T

�

��

(Pers. 13.17, Smith et al., 2001)

�∆C�R

.dT

T

�

��

= �ΔA �ΔB. T� + �ΔC. T�� +

∆D

τ. T��

τ + 1

2��

τ − 1

ln τ�� xlnτ

�∆C�R

.dT

T

�

��

= �−85,606 �3,26 × 10�� × 298

+ �−4,16 × 10�� × 298� +2,54 × 10��

1,42 × 298��

1,42 + 1

2��

1,42 − 1

ln 1,42�� xln1,42

�∆C�R

.dT

T

�

��

= −1879,481 kJ kmol⁄

R�∆C�R

.dT

T

�

��

= −15626,01 kJ kmol⁄

RT�∆C�R

.dT

T

�

��

= −6609801 kJ kmol⁄

∆G� = ∆H�� −

T

T�(∆H�

� −∆G��) + R�

∆C�R

dT�

��

− RT�∆C�R

.dT

T

�

��

∆G� = −230950 −423

298�−230950 − (−149870)� + (−15626,01) − (−6609801)

∆G� = 6478315,5 kJ kmol⁄


Karbon Monoksida CO -137,2

Etanol C�H�OH -168,28

Etil Akrilat C�H�O� -245,45

40

2) Proses Oksidasi Propilena


a) Oksidasi Propilena

Reaksi 1:

C�H�(�) + O�(�) → C�H�O(�) +H�O(�)

Nilai ∆G°� masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat pada tabel

2.12 sebagai berikut:



= �∆G°�C�H�O(�) + H�O(�)� − �∆G°�C�H�(�) + O�(�)�

= [(−55,98) + (−227,36)] − [104,5 + 0]

= −387,84kJ mol⁄

Karena nilai ∆G°�(298K) = −387840 kJ mol⁄ , maka reaksi bersifat spontan.

Untuk ∆G°� pada temperature 330°C (603 K), sebagai berikut:

∆G� = ∆H�� −

T

T�(∆H�

� −∆G��) + R�

∆C�R

dT�

��

− RT�∆C�R

.dT

T

�

��

(Pers. 13.17, Smith et al., 2001)

�∆C�R

.dT

T

�

��

= �ΔA �ΔB. T� + �ΔC. T�� +

∆D

τ. T��

τ + 1

2��

τ − 1

ln τ�� xlnτ


Propilena C�H�(�) 104,5

Oksigen O�(�) 0

Akrolein C�H�O(�) -55,98

Air H�O(�) -227,36

41

�∆C�R

.dT

T

�

��

= �82,352 �−5,81 × 10�� × 298

+ �1,50 × 10�� × 298� +−1,58 × 10��

2,02 × 298��

2,02 + 1

2��

2,02 − 1

ln 2,02�� xln2,02

�∆C�R

.dT

T

�

��

= 2425,7937 kJ kmol⁄

Dengan R = 8,314 J/mol K, maka:

R�∆C�R

.dT

T

�

��

= 20168,049 kJ kmol⁄

RT�∆C�R

.dT

T

�

��

= 12161333 kJ kmol⁄

∆G� = ∆H�� −

T

T�(∆H�

� −∆G��) + R�

∆C�R

dT�

��

− RT�∆C�R

.dT

T

�

��

∆G� = (−341980) − (603

298(−341980 − (−387840))) + 20168,049 − 12161333

∆G� = −12575943 kJ kmol⁄

Reaksi 2:

C�H�O(�) +1

2O�(�) → C�H�O�(�)

Nilai ∆G°� masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat pada tabel di

bawah ini:



= [∆G°�C�H�O�] − [∆G°�C�H�O+O�]


Akrolein C�H�O -55,98

Oksigen O� 0

Asam Akrilat C�H�O� -286,06

42

= [−286,06] − [−55,98 + 0]

= -230,08 kJ mol⁄

Karena nilai ∆G°�(298K) = −230080 kJ kmol⁄ , maka reaksi bersifat spontan.

Untuk ∆G°� pada temperature 603 K, sebagai berikut:

∆G� = ∆H�� −

T

T�(∆H�

� −∆G��) + R�

∆C�R

dT�

��

− RT�∆C�R

.dT

T

�

��

(Pers. 13.17, Smith et al., 2001)

�∆C�R

.dT

T

�

��

= �ΔA �ΔB. T� + �ΔC. T�� +

∆D

τ. T��

τ + 1

2��

τ − 1

ln τ�� x ln τ

�∆C�R

.dT

T

�

��

= �−1,16.102 �8,08. 10 − 1 × 298

+ �−1,93. 10 − 3 × 298� +1,89. 10 − 6

1,59 × 298��

1,59 + 1

2��

1,59 − 1

ln 1,59�� xln1,59

�∆C�R

.dT

T

�

��

= −1257,106 kJ kmol⁄

Dengan R = 8,314 J molK⁄ , maka:

R�∆C�R

.dT

T

�

��

= −10451,58 kJ kmol⁄

RT�∆C�R

.dT

T

�

��

= −4943595 kJ kmol⁄

∆G� = ∆H�� −

T

T�(∆H�

� −∆G��) + R�

∆C�R

dT�

��

− RT�∆C�R

.dT

T

�

��

∆G� = (−255230) −473

298(−255230 − (−230080)) + (−10451,58) − (−4943595)

∆G� = 4567671,7 kJ kmol⁄

b) Esterifikasi

C�H�O�(�) +C�H�OH(�) → C�H�O�(�) + H�O(�)


bawah ini:

43



= [∆G°�C�H�O� + H�O] − [∆G°�C�H�O� + C�H�OH]

= [−154.86 + −237,1] − [−30,60 + −174,8]

= -222,56kJ mol⁄

Karena nilai ∆G°�(298K) = −222560kJ mol⁄ , maka reaksi bersifat spontan.


∆G� = ∆H�� −

T

T�(∆H�

� −∆G��) + R�

∆C�R

dT�

��

− RT�∆C�R

.dT

T

�

��

(Pers. 13.17, Smith et al., 2001)

�∆C�R

.dT

T

�

��

= �ΔA �ΔB. T� + �ΔC. T�� +

∆D

τ. T��

τ + 1

2��

τ − 1

ln τ�� xlnτ

�∆C�R

.dT

T

�

��

= �117,488 �−0,70101 × 298

+ �0,00135 × 298� +−8,7. 10��

1,18 × 298��

1,18 + 1

2��

1,18 − 1

ln 1,18�� xln1,18

�∆C�R

.dT

T

�

��

= −1683,738 kJ kmol⁄

R�∆C�R

.dT

T

�

��

= −13998.6 kJ kmol⁄

��∆��

�.��

�

�

��

= −4941505 kJ kmol⁄

∆G� = ∆H�� −

T

T�(∆H�

� −∆G��) + R�

∆C�R

dT�

��

− RT�∆C�R

.dT

T

�

��

∆G� = −48200 −353

298(−48200 − (−222560)) +−13998.6 − (−4941505)



Etanol C�H�OH -174,8

Etil Akrilat C�H�O� -154.86

Air H�O -237,1

44

∆G� = 4672765,5 kJ kmol⁄

Jadi, energi Gibbs untuk proses propilena adalah:

∆G� = (−12575943) kJ kmol⁄ + 4567671,7 kJ kmol⁄ + 4672765,5 kJ kmol⁄

∆G� = −3335505 kJ kmol⁄

3) Proses Esterifikasi

C�H�O�(�) +C�H�OH(�) → C�H�O�(�) + H�O(�)


= [∆G°�C�H�O� + H�O] − [∆G°�C�H�O� + C�H�OH]

= [−154.86 + −237,1] − [−30,60 + −174,8]

= -222,56kJ mol⁄



∆G� = ∆H�� −

T

T�(∆H�

� −∆G��) + R�

∆C�R

dT�

��

− RT�∆C�R

.dT

T

�

��

(Pers. 13.17, Smith et al., 2001)

�∆C�R

.dT

T

�

��

= �ΔA �ΔB. T� + �ΔC. T�� +

∆D

τ. T��

τ + 1

2��

τ − 1

ln τ�� xlnτ

�∆C�R

.dT

T

�

��

= �117,488 �−0,70101 × 298

+ �0,00135 × 298� +−8,7. 10��

1,18 × 298��

1,18 + 1

2��

1,18 − 1

ln 1,18�� xln1,18

�∆C�R

.dT

T

�

��

= −1683,738 kJ kmol⁄

R�∆C�R

.dT

T

�

��

= −13998 kJ kmol⁄

��∆��

�.��

�

�

��

= −4941505 kJ kmol⁄

45

∆G� = ∆H�� −

T

T�(∆H�

� −∆G��) + R�

∆C�R

dT�

��

− RT�∆C�R

.dT

T

�

��

∆G� = −48200 −353

298(−48200 − (−222560)) +−13998 − (−4941505)

∆G� = 4672765,5 kJ kmol⁄

4) Proses Etilena

C�H�O�(�) + C�H�(�) → C�H�O�(�)


bawah ini:



= [∆G°�C�H�O�] − [∆G°�C�H�O� + C�H�]

= [−154.86] − [−30,60 + 68,12]

= -192,38kJ mol⁄



∆G� = ∆H�� −

T

T�(∆H�

� −∆G��) + R�

∆C�R

dT�

��

− RT�∆C�R

.dT

T

�

��

(Pers. 13.17, Smith et al., 2001)

�∆C�R

.dT

T

�

��

= �ΔA �ΔB. T� + �ΔC. T�� +

∆D

τ. T��

τ + 1

2��

τ − 1

ln τ�� xlnτ



Etilen C�H� 68,12

Etil Akrilat C�H�O� -154.86

46

�∆C�R

.dT

T

�

��

= �59,18 �−0,86848 × 298

+ �0,00371 × 298� +−8. 10��

1,35 × 298��

1,35 + 1

2��

1,35 − 1

ln 1,35�� xln1,35

�∆C�R

.dT

T

�

��

= 2667,4645 kJ kmol⁄

R�∆C�R

.dT

T

�

��

= 22177,3 kJ kmol⁄

��∆��

�.��

�

�

��

= 8937451,7 kJ kmol⁄

∆G� = ∆H�� −

T

T�(∆H�

� −∆G��) + R�

∆C�R

dT�

��

− RT�∆C�R

.dT

T

�

��

∆G� = −92300 −403

298(−92300 − (−192380)) + 22177,3 − 8937451,7

∆G� = −9142917 kJ kmol⁄

Berikut ini Energi Gibbs untuk masing-masing proses:

Tabel 28. Energi Gibbs Standard dan Energi Gibbs Reaksi

Proses ∆G° Standar ∆G° Reaksi

Asetilena −230950 6470191,9

Propilena −840480 −3108848

Esterifikasi −48200 4701896,2

Etilena −92300 −8978476

47

Berikut ini hasil perbandingan ketiga proses:

Tabel 29. Perbandingan Proses

Asetilena Oksidasi Propilena Esterifikasi Etilena

Reaksi 1 Reaksi 2

Bahan Baku Asetilena Propilena Akrolein Asam Akrilat Asam Akrilat

Karbon Monoksida

Oksigen Oksigen Etanol Etilena

Etanol

Temperatur reaksi 150°C 330°C 200°C 80°C 130°C

Tekanan operasi 30 atm 1 atm 1 atm 14 atm

Fasa reaksi gas gas gas cair cair

Yield 80 75 90 80

Keuntungan 954.971.000.000 701.038.936.500 991.310.000.000 950.547.000.000

Perubahan Entalpi Standar (298K) −230950 −645410 −48200 −92300

Perubahan Entalpi Reaksi −254699,6 −423034,8 −33067,83 94319,246

Energi Gibbs Standar (298K) 6478315,5 −840480 4672765,5 −9142917Energi Gibbs Reaksi −149870 −3335505 −222560 −192380

48

Dari tabel di atas dapat disimpulkan bahwa:

1) Yield tertinggi dihasilkan pada proses esterifikasi yaitu sebesar 90%. Ini

menandakan bahwa proses esterifikasi menghasilkan produk etil akrilat lebih

banyak di bandingkan proses lainnya.

2) Temperatur reaksi pada proses esterifikasi lebih rendah dibandingkan proses

lainnya yaitu sebesar 80°C. Sehingga penggunaan energi lebih sedikit di

bandingkan proses lainnya.

3) Keuntungan tertinggi juga diperoleh pada proses esterifikasi.

Maka berdasarkan perbandingan keempat proses pembuatan etil akrilat di atas,

maka dipilih proses esterifikasi fasa cair dengan bahan baku asam akrilat dan

etanol.

C. Deskripsi Proses

Proses pembuatan etil akrilat melalui beberapa tahap sebagai berikut:

1) Tahap Penyiapan Bahan Baku

2) Tahap Pembentukan Produk

3) Tahap Pemurnian Produk

Penjabaran dan uraian tiap-tiap tahap adalah sebagai berikut:

1) Tahap penyiapan bahan baku

Bahan baku disimpan dalam tangki penyimpanan bahan baku ST-101 untuk asam

akrilat, ST-102 untuk etanol, dan ST-103 untuk asam sulfat pada temperatur

ruangan 30°C dan tekanan 1 atm. Dari tangki penyimpanan, ketiga bahan

49

dialirkan oleh pompa (P-101) menuju pemanas untuk menaikkan suhunya menjadi

80°C. Selanjutnya ketiga bahan dialirkan ke dalam reaktor (RE-201).

2) Tahap pembentukan produk

Reaktor yang digunakan adalah Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB).

Reaksi yang terjadi dalam reaktor:

C�H�O�(�) + C�H�OH(�) → C�H�O�(�) + H�O(�)

Reaksi berlangsung pada temperatur 80°C pada tekanan 220-230 mmHg dengan

katalis asam sulfat. Reaksi yang terjadi bersifat eksotermis, sehingga untuk

mempertahankan temperatur perlu pendingin sebagai penghilang panas yang

dihasilkan reaksi.

3) Tahap pemurnian produk

Untuk mendapatkan kemurnian sesuai dengan yang diharapkan cairan dimurnikan

dengan menggunakan distilasi. Produk yang keluar dari reaktor (RE-201)

diumpankan menuju distilasi (DT-301). Campuran gas yang mengandung etil

akrilat, etanol, dan air yang bebas asam akrilat akan menuju kondensor (CD-301)

dan masuk kedalam separator (SP-301) untuk memisahkan antara fasa gas dan

fasa cair. Sebagian keluaran dari separator (SP-301) dikembalikan ke kolom

distilasi (DT-301) dan sebagian lagi menuju unit ekstraksi (EX-301).

Sebagian besar etanol yang diekstraksi dari etil akrilat dan beberapa asam akrilat

sisa di netralisasi di unit ekstraksi menggunakan kaustik cair yang dialirkan

melalui bagian atas kolom ekstraksi. Produk yang mengandung etil akrilat, air,

dan sisa bahan lainnya, diumpankan menuju kolom distilasi dehidrasi (DT-302).

Air dan by-product didistilasi overhead dari kolom distilasi dehidrasi (DT-302)

50

menuju kondensor (CD-302) dan masuk ke dalam separator (SP-302). Produk

keluaran dari bottom kolom distilasi dehidrasi (DT-302) yang mengandung etil

akrilat dikirim menuju kolom distilasi produk (DT-303).

Satu atau dua kolom distilasi dapat digunakan untuk mendapatkan etil akrilat

dengan spesifikasi kualitas komersil. Dalam proses pembuatan etil akrilat, perlu di

tambahkan inhibitor di setiap kolom distilasi untuk menghindari kemungkinan

terjadinya polimerisasi. Inhibitor juga bisa di injeksikan ke produk etil akrilat

ketika menuju tangki penyimpanan sehingga aman pada saam penyimpanan atau

pengiriman. Salah satu inhibitor yang dapat digunakan adalah mequinol

monomethyl ether hydroquinone (MeHQ).

III. SPESIFIKASI BAHAN BAKU DAN PRODUK

A. Bahan Baku

1. Asam Akrilat

Nama Produk Asam Akrilat

Rumus Molekul C�H�O�

Rumus Bangun

Berat Molekul 72 g mol⁄

Wujud Cairan tidak berwarna

Titik Lebur 12,5 °C (54,32 °F)

Titik Didih 141 °C (285,8 °F)

Densitas 1,0511 g mL⁄ (20 °C)

Sumber: Perry’s, 2008

2. Etanol

Nama Produk Etanol

Rumus Molekul C�H�OH

Rumus Bangun



52

Titik Lebur -114,14 °C (-173,452 °F)

Titik Didih 78,29 °C (172,904 °F)


Komposisi 70 % C�H�OH (30% H�O)


B. Bahan pembantu

1. Asam Sulfat

Nama Produk Asam Sulfat

Rumus Molekul H�SO�

Rumus Bangun


Wujud Cair (30 °C, 1 atm)

Titik Lebur 10,49°C (50,882 °F)

Titik Didih 340 °C (644 °F)

Densitas 1,834 g mL⁄

Komposisi 98% H�SO� (2% H�O)


C. Produk

1. Etil Akrilat

Nama Produk Etil Akrilat

Rumus Molekul C�H�O�

53

Rumus Bangun


Wujud Cairan Tidak Berwarna

Titik Lebur -71,2 °C (-96,16 °F)

Titik Didih 99,4 °C (210,9 °F)


Komposisi 99,5 % C�H�O� (0,5 H�O)

Kelarutan 1,5 g 100gH�O⁄

Sumber: Mackay et.al., 2006

2. Air

Nama Produk Air

Rumus Molekul H�O

Rumus Bangun



Titik Didih 100 °C (212 °F)

Densitas 1 g mL⁄ (25 °C)


X. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan

Berdasarkan hasil analisis ekonomi yang telah dilakukan terhadap prarancangan

pabrik etil akrilat dari asam akrilat dan etanol dengan kapasitas 50.000 ton/tahun

dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Return on Investment (ROI) sebesar 21,93 %

2. Payback Period (PBP) selama 2,8 tahun

3. Break Event Point (BEP) sebesar 47,78 %

4. Shut Down Point sebesar (SDP) sebesar 24,01 %

5. Interest Rate Of Return (IRR) sebesar 21,90 %

B. Saran

Berdasarkan pertimbangan hasil analisis ekonomi di atas, maka dapat diambil

kesimpulan bahwa pabrik etil akrilat dengan kapasitas 50.000 ton per tahun layak

untuk dikaji lebih lanjut dari segi proses maupun ekonominya.

DAFTAR PUSTAKA

Aries, R.S., Newton, R.D., 1955, Chemical Engineering Cost Estimation, McGraw-Hill Book Company, New York

Hersberger Brian Lee, B. IL., Kammerzell Lucas John, H. TX., VanArsdale Willian Eugene, S. TX. (2005, 19 Mei). Patent No. US 2005/0107629 A1. Amerika Serikat.

Brown.G.George., 1950, Unit Operation 6ed, Wiley&Sons, USA.

Brownell, L.E., Young, E.H., 1959, Process Equipment Design Vessel Design, Michigan

Chie I-Lung, Chen Kay, Kuo Chien-Lin, 2008, Overall control strategy of a coupled reactor/columns process for the production of ethyl acrylate, Journal of Process Control, 215-231

Coulson, J.M., and Richardson, J.F., 2005, An Introduction to Chemical Engineering, Allyn and Bacon Inc., Massachusets

Dougherty Edward F, L. C., Seates Mark O., P., & L James, P.H. (1985, 26 Maret). Patent No.4.507.495. Amerika Serikat.

Evans, Equipment Design Handbook nd ed., Gulf Publishing Co., Houston.

Geankoplis, C.J., 2003, Transport Processes and Unit Operations, 4nd ed., Prentice-Hall International, Tokyo

Himmeblau.David., 1996, Basic Principles and Calculation in Chemical Engineering, Prentice Hall Inc, New Jersey.

186

Kern, D.Q., 1950, Process Heat Transfer, McGraw Hill International Book Company, Singapura

Kirk, R.E., Othmer, V.R., 1999, Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons Inc., New York

Ludwig, E.E., 1965, Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants, volume 1, Gulf Publishing Company, Houston

Mc Cabe. 1985. Unit Operation of Chemical Engineering, Jilid 2nd, Ed. 4th. Mc Graw Hill Book Company : New York

Perry, R.H., Green, D., 2008, , 8th ed., McGraw Hill Companies Inc., USA.

Peters, M.S., Timmerhaus, K.D., West, R.E., 2003, Plant Design and Economics for Chemical Engineers, 5th ed., Mc-Graw Hill, New York.

Smith, J.M., Van Ness, H.C., Abbott, M.M., 2001, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 6th ed, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York.

Sugiharto, et. Al., 1987. Keputusan Gubernur Kepala Daerah Khusus Ibukota Jakarta, Nomor : 1608 tahun 1988, Tanggal : 26 September 1988 : Jakarta

Treyball, R.E., 1984. Mass Transfer Operation, 3rd ed. McGraw-Hill Book Company, Inc., New York.

Encyclopedia of Industrial Chemistry, vol.A11, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim

Ullrich, G.D., 1984, A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economics, John Wiley & Sons, New York.

Walas, S.M., 1988, Chemical Process Equipment, 3rd ed., Butterworths series in chemical engineering, USA.

www.bps.go.id, Badan Pusat Statistik, Data Impor, diakses pada tahun 2017.

187

Yaws, C.L., 1999, Chemical Properties Handbook, McGraw Hill Companies Inc., USA.

PRARANCANGAN PABRIK ETIL AKRILAT DARI ASAM …digilib.unila.ac.id/32630/30/SKRIPSI FULL TEKS TANPA...

Documents

Transcript of PRARANCANGAN PABRIK ETIL AKRILAT DARI ASAM …digilib.unila.ac.id/32630/30/SKRIPSI FULL TEKS TANPA...