PRARANCANGAN PABRIK KIMIA PDF

Preview

Summary

PRARANCANGAN PABRIK KIMIA BIPHENYL DARI BENZENE KAPASITAS 100.000 TON/TAHUN SKRIPSI DISUSUN OLEH: LARAS NUR AINI 121140026 YOLANDA ESTER PANDIANGAN 121140035 PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA S1 JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK INDUSTRI UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN” YOGYAKARTA 2019 i HALAM...

Description

PRARANCANGAN PABRIK KIMIA BIPHENYL DARI BENZENE KAPASITAS 100.000 TON/TAHUN SKRIPSI

DISUSUN OLEH: LARAS NUR AINI

121140026

YOLANDA ESTER PANDIANGAN

121140035

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA S1 JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK INDUSTRI UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN” YOGYAKARTA 2019

i

HALAMAN PERSEMBAHAN

Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan, dukungan, semangat serta doa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Dengan segala kerendahan hati, penulis ingin mengucapkan terimakasih dan mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada:

1. Allah SWT, atas rahmat dan ridho-Nya yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. 2. Kedua orang tua, Ibu Suratmi dan Bapak Budiyana yang selalu memberikan motivasi, semangat, doa dan restu sehingga penulis bisa menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan lancar. 3. Simbah, Mas Nur, Mbak Caca, Luluk yang selalu memberi motivasi, semangat, doa dan restu sehingga penulis bisa menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Pak Bambang dan Ibu Diyar selaku pembimbing yang selalu sabar memberikan pengerahan dan motivasi dalam proses pengerjaan dan penyelesaian Tugas Akhir ini. 5. Yolanda Ester Pandiangan, partner dari jaman penelitian sampai skripsi, makasih Yol udah mau berpartner sama aku dan udah sabar menghadapi segala sifat dan tingkah laku ku  See you on top yaa  6. Ganang Pamungkas yang telah memberi semangat dan motivasi serta mau mendengarkan keluh kesahku selama kuliah dan pengerjaan Tugas Akhir ini, makasih mas Ganang  7. Salmi Khoiriyah yang mau berbagi kamar selama 3 bulan terakhir, makasih ya semangat dan motivasinya serta mau mendengarkan keluh kesah aku selama pengerjaan Tugas Akhir ini. Salmi semangat, jangan jadi deadliner  8. Agus, Obik, Andyt, Vanda, Iffah terimakasih atas semangatnya dan cerita selama perkuliahan  9. Elisa, Dwi, Lidana, Kikik, Ihda, Khurry terimakasih atas semangat dan cerita selama perkuliahan serta telah mau meminjami catatan kuliah  10. Teman – teman KP di Holcim Cilacap, Mbak Dita, Mbak Galuh, Asti, Sakti, Zahrial, tanpa kalian KP ku sendirian. Semangat berjuang mencari makan siang  11. Tim KKN angkatan 65 dusun Ngemplak, Taufiq, Rohmat, Fairuz, Nadhifa, Abrar, Dimas, Agus, Ganang, Salmi, terimakasih cerita dan kenangannya selama KKN  12. Guritna, Nadya, Husna, Hafiz, Della, Enung, Galuh, terimakasih atas semangat dan doanya, serta mau mendengarkan cerita perkuliahannku  13. Teman-teman ngaji di Sambirejo, terimakasih telah berbagi ilmu akheratnya yang berguna bagi penulis mengerjakan Tugas Akhir ini  Jazakumullahu khoiro  14. Seluruh teman-teman Teknik Kimia angkatan 2014 yang telah berbagi ilmu dan memberikan semangat, motivasi, cerita, kenangan selama perkuliahan dan pengerjaan Tugas Akhir ini, semangat guys, see you on top 

Dan kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan Tugas Akhir ini yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

Yogyakarta, Januari 2019 Laras Nur Aini

HALAMAN PERSEMBAHAN

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat, hidayah karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Selanjutnya penulis dengan segala kerendahan hati, mengucapkan terimakasih dan perhargaan dengan mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada:

1. Kedua orang tua, Bapak Tumpal Pandiangan dan Ibu Yurita Walintukan, beserta keluarga besar Pandiangan yang selalu memberikan motivasi, semangat, doa dan restu sehingga penulis bisa menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan lancar. 2. Bapak Ir. Bambang Sugiarto, MT. dan Ibu Siti Diyar Kholisoh, ST., MT., selaku pembimbing yang selalu sabar memberikan pengerahan dan motivasi dalam proses pengerjaan dan penyelesaian Tugas Akhir ini. 3. Bapak Ir. Wasir Nuri, MT. dan Ir. Tutik Muji S., MT., selaku penguji skripsi yang sudah memberikan masukan, motivasi, dukungan dan nasehat yang luar biasa sehingga penulis kedepannya bisa menjadi Alumni Teknik Kimia yang dapat mengharumkan almamater tercinta. 4. Laras Nur Aini, selaku partner skripsi yang selalu pengertian dan mendukung sampai akhirnya kita akhiri skripsi ini bersama-sama dengan perasaan haru dan penuh kebahagian. 5. Situ Nuzul Isrizkyah (soon ST. 😊), Dwi Andriani, ST., Elisa Melati Sukma, ST., yang telah memberi semangat dan motivasi serta mau mendengarkan keluh kesah ku selama kuliah dan pengerjaan Tugas Akhir ini. 6. Seluruh teman-teman Teknik Kimia angkatan 2014 yang telah berbagi ilmu dan memberikan semangat, motivasi, cerita, kenangan selama perkuliahan dan pengerjaan Tugas Akhir ini.

Dan kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan Tugas Akhir ini yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Yogyakarta, Januari 2019 Yolanda Ester Pandiangan

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur dipanjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa pemilik segala ilmu pengetahuan. Berkat izin, limpahan rahmat, dan kasih sayang-Nya, akhirnya penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Kimia Biphenyl dari Benzene Kapasitas 100.000 Ton/Tahun”. Adapun tujuan dari pembuatan Prarancangan Pabrik Kimia ini untuk memenuhi syarat dalam memperoleh gelar sarjana pada Program Studi Teknik Kimia S1, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Industri, Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Yogyakarta. Penyusunan tugas ini didasarkan atas hasil studi pustaka yang tersedia dan beberapa sumber seperti jurnal, data paten, materi akademik, dan sebagainya. Proses pembuatan Prarancangan Pabrik Kimia ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu, penyusun mengucapkan terimakasih kepada: 1. Ir. Bambang Sugiarto, MT., sebagai pembimbing I atas saran, kritik, bimbingan, dan arahan yang diberikan selama pengerjaan Tugas Akhir. 2. Siti Diyar Kholisoh, ST., MT., sebagai pembimbing II atas saran, kritik, bimbingan, dan arahan yang diberikan selama pengerjaan Tugas Akhir. 3. Orang tua, serta keluarga atas doa dan dukungan baik secara moril maupun materiil. 4. Teman-teman angkatan 2014 yang selalu mendukung serta turut membantu penyelesaian tugas akhir ini. 5. Semua pihak yang telah banyak membantu penyelesaian tugas akhir ini. Penyusun menyadari proses pembuatan Prarancangan Pabrik Kimia ini tidaklah luput dari segala kekurangan dan keterbatasan sehingga masih jauh dari kata sempurna. Untuk itu, penyusun mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi peningkatan kemampuan di masa yang akan datang. Dan secara luas dapat bermanfaat bagi khalayak ramai, khususnya adik-adikku di Jurusan Teknik Kimia. Yogyakarta, Desember 2018

Penulis

iii

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL...........................................................................................i HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................ii KATA PENGANTAR ........................................................................................iii DAFTAR ISI .......................................................................................................iv DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................v DAFTAR TABEL ...............................................................................................vi INTISARI............................................................................................................viii BAB I. PENDAHULUAN ..................................................................................1 A. Latar Belakang ...............................................................................................1 B. Penentuan Kapasitas Produksi ........................................................................1 C. Penentuan Lokasi Pabrik ................................................................................5 D. Tinjauan Pustaka ............................................................................................7 BAB II. PROSES produksi .................................................................................21 A. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ..............................................................21 B. Proses Produksi Biphenyl ...............................................................................22 C. Diagram Alir ...................................................................................................25 D. Tata Letak Pabrik ...........................................................................................30 E. Spesifikasi Alat ...............................................................................................33 BAB III. NERACA MASSA DAN ENERGI .....................................................50 A. Neraca Massa .................................................................................................50 B. Neraca Energi .................................................................................................55 BAB IV. UTILITAS ...........................................................................................61 BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN...........................................................86 A. Bentuk Badan Usaha ......................................................................................86 B. Struktur Organisasi .........................................................................................87 C. Jadwal Kerja Karyawan..................................................................................89 BAB VI. EVALUASI EKONOMI .....................................................................93 BAB VII. KESIMPULAN ..................................................................................97

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Lokasi Pabrik Biphenyl ....................................................................5 Gambar 2. Diagram Alir Kualitatif .....................................................................26 Gambar 3a. Diagram Alir Kuantitatif (% berat) .................................................27 Gambar 3b. Diagram Alir Kuantitatif (kg/jam) ..................................................28 Gambar 4. PEFD Proses Dehidrogenasi .............................................................29 Gambar 5. Tata Letak Pabrik ..............................................................................31 Gambar 6. Tata Letak Alat Proses ......................................................................32 Gambar 7. PEFD Utilitas ....................................................................................85 Gambar 8. Struktur Organisasi di Pabrik Biphenyl .............................................88

v

DAFTAR TABEL Tabel 1. Impor dan Ekspor Biphenyl ke Indonesia ............................................1 Tabel 2. Target Pemasaran Produk Biphenyl .....................................................4 Tabel 3. Data Komponen Proses Dehidrogenasi Benzene ..................................9 Tabel 4. Data Komponen Proses Kopling Oksidatif Benzene.............................9 Tabel 5. Analisa Pemilihan Proses Pembuatan Biphenyl ....................................11 Tabel 6. Harga ΔHf0 dan ΔGf0 pada Fase Gas .....................................................13 Tabel 7. Stoikiometri...........................................................................................17 Tabel 8. Neraca Massa Reaktor ..........................................................................50 Tabel 9. Neraca Massa Vaporizer .......................................................................50 Tabel 10. Neraca Massa SP-1 .............................................................................51 Tabel 11. Neraca Massa Furnace........................................................................51 Tabel 12. Neraca Massa WHB ............................................................................51 Tabel 13. Neraca Massa CDP .............................................................................51 Tabel 14. Neraca Massa SP-2 .............................................................................52 Tabel 15. Neraca Massa Heater ..........................................................................52 Tabel 16. Neraca Massa MD-1 ...........................................................................52 Tabel 17. Neraca Massa MD-2 ...........................................................................53 Tabel 18. Neraca Massa CD-1 ............................................................................53 Tabel 19. Neraca Massa CD-2 ............................................................................53 Tabel 20. Neraca Massa RB-1 ............................................................................54 Tabel 21. Neraca Massa RB-2 ............................................................................54 Tabel 22. Neraca Massa PT ................................................................................54 Tabel 23. Neraca Energi Vaporizer .....................................................................55 Tabel 24. Neraca Energi SP-1 .............................................................................55 Tabel 25. Neraca Energi Furnace .......................................................................55 Tabel 26. Neraca Energi Reaktor ........................................................................56 Tabel 27. Neraca Energi EV-1 ............................................................................56 Tabel 28. Neraca Energi WHB ...........................................................................56 Tabel 29. Neraca Energi CDP .............................................................................57 Tabel 30. Neraca Energi SP-2 .............................................................................57

vi

Tabel 31. Neraca Energi Heater..........................................................................57 Tabel 32. Neraca Energi MD-1 ...........................................................................58 Tabel 33. Neraca Energi CD-1 ............................................................................58 Tabel 34. Neraca Energi RB-1 ............................................................................58 Tabel 35. Neraca Energi MD-2 ...........................................................................59 Tabel 36. Neraca Energi CD-2 ............................................................................59 Tabel 37. Neraca Energi RB-2 ............................................................................59 Tabel 38. Neraca Energi PT ................................................................................60 Tabel 39. Kebutuhan Air Pabrik Biphenyl ..........................................................61 Tabel 40. Jumlah Karyawan Non Shift................................................................89 Tabel 41. Pembagian kerja karyawan shift .........................................................90 Tabel 42. Perhitungan Jumlah Karyawan Shift Bagian Produksi .......................91 Tabel 43. Perhitungan Jumlah Karyawan Shift Bagian Utilitas ..........................92 Tabel 44. Jumlah Karyawan Shift .......................................................................92 Tabel 45. Ringkasan Kesimpulan Ekonomi ........................................................95

vii

INTISARI Pabrik Biphenyl dirancang dengan kapasitas produksi 100.000 ton/tahun. Bahan baku untuk pembuatan biphenyl adalah benzene yang diperoleh dari Shell Chemicals Pte Ltd, Singapore. Pabrik ini direncanakan didirikan di kawasan industri Cilacap, dengan badan hukum berbentuk Perseroan Terbatas (PT). Luas tanah yang diperlukan adalah 71.274 m2 dengan total tenaga kerja sebanyak 187 orang. Pabrik beroperasi kontinyu selama 24 jam/hari dan 330 hari efektif dalam setahun. Pembuatan biphenyl menggunakan proses dehidrogenasi. Reaksi dijalankan di dalam reaktor fixed bed multi tube yang beroperasi pada suhu 645,20C – 649,30C dimana suhu dipertahankan tidak melebihi suhu 6500C pada tekanan 5,5 atm. Produk keluar dari reaktor masih berupa fase gas, sehingga untuk mengembunkan hasil keluaran reaktor maka harus dilakukan berbagai proses yaitu penurunan tekanan menggunakan expansion valve (EV-1) dan pendinginan menggunakan waste heat boiler (WHB), kemudian dilanjutkan dengan alat kondensor parsial (CDP), disini hasil keluaran reaktor berubah menjadi fase cair dan sedikit fase gasnya, sehingga untuk memisahkan kedua fase tersebut, dipilih separator (SP-2). Adapun hasil keluaran separator tersebut terbagi menjadi dua bagian, dimana bagian gas yang tidak terembunkan dialirkan ke unit pengolahan limbah (UPL), sedangkan gas yang terembunkan dialirkan ke heater (H) sebelum diumpankan ke menara distilasi (MD-1). Hal ini bertujuan agar umpan masuk menara distilasi (MD-1) pada kondisi cair jenuh. Pada alat menara distilasi (MD-1), umpan akan dimurnikan berdasarkan perbedaan titik didihnya, dan didapatkan produk biphenyl dengan kemurnian 76,4% pada bagian bawah menara distilasi (MD-1). Sedangkan hasil atas menara distilasi (MD-1) diembunkan dengan alat kondensor (CD-1) dan dialirkan kembali ke vaporizer (V) sebagai recycle dan sebagian dikembalikan ke menara distilasi (MD-1) sebagai refluks. Karena diinginkan produk dengan kemurnian tinggi maka perancang mengumpankan hasil bawah menara distilasi pertama (MD-1) menuju ke menara distilasi ke dua (MD-2) pada kondisi cair jenuh. Sehingga pada proses distilasi kedua ini diperoleh hasil keluaran menara distilasi (MD-2) bagian bawah yaitu produk biphenyl dengan kemurnian 99,9%. Produk biphenyl tersebut memiliki kekentalan relatif besar yaitu 4,4 cP pada kondisi lingkungan, sehingga hasil bawah menara distilasi kedua (MD-2) pada kondisi cair jenuh (viskositas larutan sebesar 0,25 Cp) dialirkan ke prilling tower (PT) untuk membentuk produk biphenyl menjadi prill dengan ukuran diameter rata-rata 2 mm. Kemudian prill biphenyl diangkut menggunakan srew conveyor (SC) dan dimasukkan ke silo menggunkan bucket elevator (BE). Untuk mendukung jalannya proses diperlukan layanan utilitas meliputi air, listrik, bahan bakar, steam dan udara tekan. Kebutuhan air total yang diperlukan pada pabrik ini sebesar 49.870,50 kg/jam yang diambil dari sungai Donan, Cilacap, Jawa Tengah, yang mana digunakan untuk mencukupi kebutuhan air servis, air kebutuhan rumah tangga dan perkantoran, air pendingin dan air umpan boiler. Kebutuhan listrik berdasarkan perhitungan 1.154,34 kW, yang dipenuhi PLN sebesar 1.442,93 kW, digunakan generator ketika terjadi pemadaman listrik. Sedangkan untuk bahan bakar fuel gas digunakan sebesar 79.930.319 m3/tahun dan bahan bakar solar sebesar 39.092,4 liter/tahun. Kebutuhan udara tekan setiap alat sebagai pengoperasi alat kontrol sebesar 2 m3/jam, sehingga kebutuhan total udara tekan adalah 64,80 m3/jam. Berdasarkan perhitungan evaluasi ekonomi diperoleh modal tetap yang diperlukan sebesar $47.621.052 dan Rp14.013.094.136.906,00, serta modal kerja sebesar Rp18.273.821.349.297. Return on Invesment (ROI) sebelum pajak 38,7% dan setelah pajak 27,1%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak 2,1 tahun dan setelah pajak 2,7 tahun. Break Even Point (BEP) 46,94 % , Shut Down Point (SDP) 14,05 %, dan Discounted Cash Flow Rate (DCFR) 20,55 %. Berdasarkan hasil evaluasi ekonomi, pabrik biphenyl kapasitas 100.000 ton/tahun ini menarik untuk dikaji lebih lanjut. Kata Kunci: Benzene, Biphenyl, Dehidrogenasi.

viii

DAFTAR PERTANYAAN UJIAN LISAN Hari: Selasa; Tanggal: 08 Januari 2019

Tim Dosen

: 1. Ir. Bambang Sugiarto, MT.

2. Siti Diyar Kholisoh, ST., MT. 3. Ir. Wasir Nuri, MT.

4. Ir. Tutik Muji S., MT.

Tempat

: Ruang Seminar Laboratorium Instrumentasi, Jurusan Teknik Kimia S1

1. Alasan mendirikan pabrik di Cilacap! Jawab: Karena di kawasan industri Cilacap transportasi dari darat, laut, dan udara sangat memadai dan tersedia. Terdapat pelabuhan Tanjung Intang Cilacap, bandara Tunggul Wulung serta jalur kereta api. Jadi mempermudah pendistribuan bahan baku dan produk dari dalam dan luar negeri. 2. Tuliskan gugus bangun reaksi pembuatan biphenyl dari benze...