PRARANCANGAN PABRIK SIKLOHEKSANA DENGAN PROSES …eprints.ums.ac.id/56273/19/HALAMAN DEPAN.pdf ·...
Transcript of PRARANCANGAN PABRIK SIKLOHEKSANA DENGAN PROSES …eprints.ums.ac.id/56273/19/HALAMAN DEPAN.pdf ·...
PRARANCANGAN
PABRIK SIKLOHEKSANA DENGAN PROSES
HIDROGENASI BENZENA
KAPASITAS 30.000 TON PER TAHUN
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh
Gelar Kesarjanaan Strata 1 Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oleh:
Anton Priambodo
D 500 120 021
Dosen Pembimbing:
1. Tri Widayatno, S.T., M.Sc., Ph.D
2. Eni Budiyati, S.T., M.Eng
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2017
Prarancangan Pabrik Sikloheksana dengan Proses Hidrogenasi Benzena
Kapasitas 30.000 ton/tahun
ii
Anton Priambodo
D 500 120 021
Intisari
INTISARI
Sikloheksana merupakan produk setengah jadi, yang digunakan sebagai bahan
baku pembuatan asam adipat dan kaprolaktam yang nantinya diproses menjadi
nilon 6,6 dan nilon 6. Pabrik sikloheksana ini rencananya nanti didirikan di
Kawasan Industri Krakatau Steel Cilegon Banten dengan kapasitas perancangan
sebesar 30.000 ton/tahun.
Proses pembuatan sikloheksana ini menggunakan proses hidrogenasi. Reaksi
berlangsung di dalam reaktor fixed bed multitube pada fase gas-cair dengan bantuan
katalis nikel. Kondisi operasi reaktor dirancang pada tekanan 20 atm dan suhu
150°C. Kebutuhan benzena sebanyak 7.489,2838 kg/jam, kebutuhan hidrogen
sebanyak 1.352,6713 kg/jam, dan kebutuhan katalis sebanyak 5.792,6796 kg.
Sumber air yang digunakan berasal dari Waduk Nadra Cilegon Banten.
Kebutuhan air untuk pendingin sebanyak 101.818,8969 kg/jam, kebutuhan air
untuk steam sebanyak 2.048,9580 kg/jam, dan kebutuhan air untuk domestik
sebanyak 1.173,4598 kg/jam. Kebutuhan listrik untuk alat proses sebanyak
2.124,7044 kw dan kebutuhan listrik untuk alat utilitas sebanyak 109,6179 kw.
Kebutuhan listrik umum sebanyak 195 kw. Kebutuhan bahan bakar untuk boiler
sebanyak 155,3 liter/jam dan kebutuhan bahan bakar untuk generator listrik selama
7 hari sebanyak 58.536,5911 liter. Kebutuhan udara tekan sebanyak 44,0384
m3/jam.
Untuk bentuk badan usaha yang dipilih dalam perancangan pabrik
sikloheksana ini adalah perseroan terbatas. Pabrik sikloheksana ini beroperasi
selama 330 hari dalam setahun dengan jumlah karyawan 133 orang. Pabrik
sikloheksana ini membutuhkan modal tetap sebanyak Rp 343.094.440.016,21 dan
modal kerja sebanyak Rp 548.342.887.684,46. Dari analisis ekonomi pabrik
dihasilkan keuntungan sebelum pajak sebesar Rp 139.916.212.692,37 per tahun dan
keuntungan setelah pajak sebesar Rp 104.937.159.519,27 per tahun dengan
potongan pajak sebesar 25%. Percent return on investment sebelum pajak 40,78%
dan setelah pajak 30,59%. Pay out time sebelum pajak 1,97 tahun dan setelah pajak
2,46 tahun. Break even point sebesar 40,15%, Shut down point sebesar 25,47%, dan
Discounted cash flow sebesar 13,81%. Dari beberapa analisis ekonomi yang
dihasilkan maka prarancangan pabrik sikloheksana ini layak untuk didirikan.
Prarancangan Pabrik Sikloheksana dengan Proses Hidrogenasi Benzena
Kapasitas 30.000 ton/tahun
iii
Anton Priambodo
D 500 120 021
Kata Pengantar
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahirobil’alamin, segala puji syukur kehadirat Allah SWT yang
telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, salam serta shalawat semoga
senantiasa dilimpahkan kepada Nabi Muhammad SAW, sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir prarancangan pabrik dengan judul “Prarancangan
Pabrik Sikloheksana dengan Proses Hidrogenasi Benzena Kapasitas 30.000
ton/tahun”.
Tugas prarancangan pabrik ini disusun sebagai syarat yang harus dipenuhi oleh
mahasiswa untuk mendapatkan gelar Strata satu (S1) Teknik Kimia Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
Terselesaikannya penyusunan tugas prarancangan pabrik ini tidak lepas dari
bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penyusun
menyampaikan ucapan terima kasih kepada:
1. Bapak Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D., selaku Ketua Program Studi Teknik
Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widayatno, S.T., M.Sc., Ph.D., selaku Dosen Pembimbing 1 yang
telah membimbing dan memberikan arahan kepada penyusun sehingga dapat
terselesaikannya tugas akhir ini.
3. Ibu Eni Budiyati, S.T., M.Eng., selaku Dosen Pembimbing 2 yang telah sabar
membimbing, menasehati, dan memberikan arahan kepada penyusun sehingga
dapat terselesaikannya tugas akhir ini.
4. Bapak dan Ibu dosen serta karyawan di Program Studi Teknik Kimia
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
5. Orang tua yang selalu memberikan dukungan berupa doa, semangat, dan
materi.
6. Aprianto Singgih Nugroho selaku partner TPP yang saling menyemangati
dalam pengerjaan tugas akhir ini.
7. Teman-teman satu angkatan 2012 yang selalu mendukung dan menyemati.
8. Serta semua pihak yang membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini, yang
tidak dapat penyusun sebutkan satu per satu.
Prarancangan Pabrik Sikloheksana dengan Proses Hidrogenasi Benzena
Kapasitas 30.000 ton/tahun
iv
Anton Priambodo
D 500 120 021
Kata Pengantar
Penulis menyadari bahwa penyusunan tugas akhir ini masih terdapat banyak
kekurangan dan jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang
bersifat membangun sangat diharapkan demi kemajuan di masa depan.
Surakarta, Agustus 2017
Penyusun
Prarancangan Pabrik Sikloheksana dengan Proses Hidrogenasi Benzena
Kapasitas 30.000 ton/tahun
v
Anton Priambodo
D 500 120 021
Daftar Isi
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... i
INTISARI ......................................................................................................... ii
KATA PENGANTAR ..................................................................................... iii
DAFTAR ISI .................................................................................................... v
DAFTAR TABEL ............................................................................................ ix
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xi
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik ............................................................ 1
1.2. Kapasitas Pabrik ..................................................................................... 2
1.3. Lokasi ..................................................................................................... 6
1.4. Tinjauan Pustaka ..................................................................................... 8
1.4.1 Macam-macam Proses Pembuatan Sikloheksana ....................... 8
1.4.2 Kegunaan Produk ........................................................................ 8
1.4.3 Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku dan Produk ........................ 9
1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum ................................................... 13
BAB II DISKRIPSI PROSES .......................................................................... 15
2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ....................................................... 15
2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku .............................................................. 15
2.1.2 Spesifikasi Produk ...................................................................... 16
2.2. Konsep Proses ......................................................................................... 16
2.2.1 Dasar Reaksi ............................................................................... 16
2.2.2 Penggunaan Katalis ..................................................................... 16
2.2.3 Mekanisme Pada Reaksi ............................................................. 17
2.2.4 Kondisi Operasi .......................................................................... 17
2.2.5 Tinjauan Termodinamika ............................................................ 17
2.2.6 Tinjauan Kinetika ....................................................................... 20
2.2.7 Langkah Proses ........................................................................... 20
2.3. Diagram Alir Proses ............................................................................... 22
Prarancangan Pabrik Sikloheksana dengan Proses Hidrogenasi Benzena
Kapasitas 30.000 ton/tahun
vi
Anton Priambodo
D 500 120 021
Daftar Isi
2.4. Diagram Alir Kualitatif........................................................................... 23
2.5. Diagram Alir Kuantitatif......................................................................... 24
2.6. Neraca Massa dan Neraca Panas ............................................................ 25
2.7. Tata Letak Pabrik dan Peralatan ............................................................. 30
BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ........................................... 37
3.1. Alat Besar ............................................................................................... 37
3.1.1 Tangki Penyimpanan Bahan Baku Benzena (F-110) .................. 37
3.1.2 Tangki Penyimpanan Produk Sikloheksana 99,7% (F-150) ....... 38
3.1.3 Tangki Penyimpanan Produk Sikloheksana 99,9% (F-160) ....... 39
3.1.4 Reaktor (R-120) .......................................................................... 40
3.1.5 Separator (H-130) ....................................................................... 41
3.1.6 Menara Distilasi (D-140) ............................................................ 41
3.2. Alat Kecil ................................................................................................ 42
3.2.1 Kompresor (G-133) ..................................................................... 42
3.2.2 Ekspander (G-122) ...................................................................... 43
3.2.3 Akumulator (F-142) .................................................................... 44
3.2.4 Heat Exchanger (E-113) ............................................................. 44
3.2.5 Heat Exchanger (E-121) ............................................................. 45
3.2.6 Heat Exchanger (E-131) ............................................................. 46
3.2.7 Reboiler (E-145) ......................................................................... 46
3.2.8 Kondensor (E-141) ..................................................................... 47
3.2.9 Cooler (E-123) ............................................................................ 48
3.2.10 Cooler (E-144) ............................................................................ 49
3.2.11 Cooler (E-146) ............................................................................ 49
3.2.12 Pompa (L-111) ............................................................................ 50
3.2.13 Pompa (L-112) ............................................................................ 51
3.2.14 Pompa (L-132) ............................................................................ 52
3.2.15 Pompa (L-143) ............................................................................ 53
3.2.16 Pompa (L-147) ............................................................................ 54
3.2.17 Pompa (L-151) ............................................................................ 56
3.2.18 Pompa (L-161) ............................................................................ 57
Prarancangan Pabrik Sikloheksana dengan Proses Hidrogenasi Benzena
Kapasitas 30.000 ton/tahun
vii
Anton Priambodo
D 500 120 021
Daftar Isi
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES (UTILITAS) DAN
LABORATORIUM ........................................................................... 58
4.1. Unit Pendukung Proses ........................................................................... 58
4.1.1 Unit Pengadaan dan Pengolahan Air .......................................... 58
4.1.2 Unit Pengadaan Steam ................................................................ 67
4.1.3 Unit Pembangkit Listrik .............................................................. 68
4.1.4 Unit Penyediaan Bahan Bakar .................................................... 70
4.1.5 Unit Pengadaan Udara Tekan ..................................................... 71
4.2. Laboratorium .......................................................................................... 72
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ...................................................... 73
5.1. Bentuk Perusahaan.................................................................................. 73
5.2. Struktur Organisasi ................................................................................. 74
5.3. Tugas dan Wewenang ............................................................................. 75
5.3.1 Pemegang Saham ........................................................................ 75
5.3.2 Dewan Komisaris ........................................................................ 76
5.3.3 Direktur Utama ........................................................................... 76
5.3.4 Sekretaris .................................................................................... 77
5.3.5 Staf Ahli ...................................................................................... 77
5.3.6 Manajer Produksi ........................................................................ 78
5.3.7 Manajer Public Relation ............................................................. 78
5.3.8 Manajer Marketing ..................................................................... 79
5.3.9 Manajer Health, Safety, and Environmental (HSE) ................... 79
5.3.10 Kepala Bagian Produksi dan Pengendalian Proses ..................... 80
5.3.11 Kepala Bagian Utilitas ................................................................ 80
5.3.12 Kepala Bagian Pemeliharaan dan Bengkel ................................. 80
5.3.13 Kepala Bagian Laboratorium ...................................................... 80
5.3.14 Kepala Bagian Administrasi ....................................................... 81
5.3.15 Kepala Bagian Humas dan Personalia ........................................ 81
5.3.16 Kepala Bagian Pemasaran .......................................................... 81
5.3.17 Kepala Bagian Pembelian ........................................................... 81
5.3.18 Kepala Bagian K3LH .................................................................. 81
Prarancangan Pabrik Sikloheksana dengan Proses Hidrogenasi Benzena
Kapasitas 30.000 ton/tahun
viii
Anton Priambodo
D 500 120 021
Daftar Isi
5.3.19 Kepala Bagian Keamanan ........................................................... 82
5.3.20 Karyawan .................................................................................... 82
5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan ............................................................ 82
5.5. Sistem Kepegawaian dan Upah .............................................................. 84
5.6. Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji .............................. 85
5.7. Kesejahteraan Karyawan ........................................................................ 85
5.8. Manajemen Produksi .............................................................................. 87
BAB VI ANALISIS EKONOMI .................................................................... 89
6.1. Capital Investment (Modal) .................................................................... 92
6.2. Manufacturing Cost (Biaya Produksi) .................................................... 93
6.3. General Expenses (Pengeluaran Umum) ................................................ 95
6.4. Analisis Kelayakan ................................................................................. 95
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 103
LAMPIRAN .................................................................................................... 105
Prarancangan Pabrik Sikloheksana dengan Proses Hidrogenasi Benzena
Kapasitas 30.000 ton/tahun
ix
Anton Priambodo
D 500 120 021
Daftar Tabel
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Data perusahaan wilayah Eropa ....................................................... 5
Tabel 1.2 Data perusahaan wilayah Amerika .................................................. 6
Tabel 2.1 Neraca massa overall ....................................................................... 25
Tabel 2.2 Neraca massa recycle dan make up hidrogen ................................... 25
Tabel 2.3 Neraca massa recycle dan purging hidrogen ................................... 25
Tabel 2.4 Neraca massa Reaktor (R-120) ........................................................ 26
Tabel 2.5 Neraca massa Separator (H-130) ..................................................... 26
Tabel 2.6 Neraca massa Menara Distilasi (D-140) .......................................... 26
Tabel 2.7 Neraca panas di sekitar Reaktor (R-120) ......................................... 27
Tabel 2.8 Neraca panas di sekitar Separator (H-130) ...................................... 27
Tabel 2.9 Neraca panas di sekitar Menara Distilasi (D-140) ........................... 28
Tabel 2.10 Neraca panas di sekitar Heat Exchanger (E-113) .......................... 28
Tabel 2.11 Neraca panas suhu campuran di sekitar Heat Exchanger (E-121). 28
Tabel 2.12 Neraca panas di sekitar Heat Exchanger (E-121) .......................... 29
Tabel 2.13 Neraca panas di sekitar Heat Exchanger (E-131) .......................... 29
Tabel 2.14 Neraca panas di sekitar Cooler (E-123) ......................................... 29
Tabel 2.15 Neraca panas di sekitar Cooler (E-144) ......................................... 30
Tabel 2.16 Neraca panas di sekitar Cooler (E-146) ......................................... 30
Tabel 2.17 Perincian luas tanah bangunan pabrik ............................................ 32
Tabel 4.1 Kebutuhan air pendingin .................................................................. 59
Tabel 4.2 Kebutuhan steam .............................................................................. 61
Tabel 4.3 Kebutuhan listrik untuk keperluan proses ........................................ 68
Tabel 4.4 Kebutuhan listrik untuk keperluan utilitas ....................................... 69
Tabel 5.1 Pembagian jadwal kerja masing-masing regu dalam 3 shift ............ 83
Tabel 5.2 Penggolongan jabatan, jumlah karyawan, dan gaji .......................... 85
Tabel 6.1 Harga indeks chemical engineering plant ........................................ 90
Prarancangan Pabrik Sikloheksana dengan Proses Hidrogenasi Benzena
Kapasitas 30.000 ton/tahun
x
Anton Priambodo
D 500 120 021
Daftar Tabel
Tabel 6.2 Physical plant cost ........................................................................... 92
Tabel 6.3 Fixed capital investment .................................................................. 92
Tabel 6.4 Working capital investment .............................................................. 93
Tabel 6.5 Total capital investment ................................................................... 93
Tabel 6.6 Direct manufacturing cost ............................................................... 93
Tabel 6.7 Indirect manufacturing cost ............................................................. 94
Tabel 6.8 Fixed manufacturing cost ................................................................ 94
Tabel 6.9 Total manufacturing cost ................................................................. 94
Tabel 6.10 General expenses ........................................................................... 95
Tabel 6.11 Fixed cost ....................................................................................... 98
Tabel 6.12 Variable cost .................................................................................. 99
Tabel 6.13 Regulated cost ................................................................................ 99
Tabel 1. Neraca massa umpan .......................................................................... 106
Tabel 2. Neraca massa hasil atas kolom........................................................... 106
Tabel 3. Neraca massa hasil bawah kolom ...................................................... 107
Tabel 4. Neraca panas di sekitar kolom ........................................................... 107
Tabel 5. Perhitungan kondisi operasi umpan ................................................... 107
Tabel 6. Kondisi operasi atas kolom ................................................................ 108
Tabel 7. Kondisi operasi bawah kolom ............................................................ 108
Tabel 8. Suhu dew point umpan ....................................................................... 109
Tabel 9. Penentuan harga relative volatility (αi) .............................................. 110
Tabel 10. Perhitungan konstanta Underwood (θ) ............................................ 110
Tabel 11. Perhitungan jumlah refluk minimum ............................................... 111
Tabel 12. Komposisi masuk kondensor (Vo) ................................................... 111
Tabel 13. Komposisi refluk (Lo) ...................................................................... 111
Prarancangan Pabrik Sikloheksana dengan Proses Hidrogenasi Benzena
Kapasitas 30.000 ton/tahun
xi
Anton Priambodo
D 500 120 021
Daftar Gambar
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Grafik data impor di Indonesia tahun 2005 sampai 2014 ............ 2
Gambar 1.2 Grafik konsumsi sikloheksana di dunia ....................................... 3
Gambar 1.3 Grafik data ekspor impor dunia tahun 2009 sampai 2013 ........... 3
Gambar 1.4 Peta kawasan industri krakatau steel ............................................ 7
Gambar 2.1 Diagram alir kualitatif .................................................................. 23
Gambar 2.2 Diagram alir kuantitatif ................................................................ 24
Gambar 2.3 Tata letak pabrik ........................................................................... 33
Gambar 2.4 Tata letak peralatan ...................................................................... 36
Gambar 4.1 Diagram alir pengolahan air waduk ............................................. 66
Gambar 5.1 Struktur organisasi prarancangan pabrik sikloheksana ................ 75
Gambar 6.1 Grafik indeks chemical engineering plant tahun 1994 sampai
2013 ............................................................................................... 91
Gambar 6.2 Grafik analisis ekonomi ............................................................... 101