i

PRARANCANGAN PABRIK ASAM BENZOAT

DENGAN PROSES OKSIDASI TOLUENA

DAN KATALIS KOBALT ASETAT

KAPASITAS 45.000 TON/TAHUN

Oleh:

Dyah Sulistyani Safitri

D 500 120 055

Dosen Pembimbing:

Ir. Herry Purnama, M.T., Ph.D.

Ir. H. Haryanto AR, M.S.

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

ii

iii

iv

INTISARI

Prarancangan pabrik asam benzoat dengan proses oksidasi toluena dengan

kapasitas 45.000 ton/tahun ini dilakukan untuk memenuhi kebutuhan asam

benzoat di dalam negeri. Reaksi pembentukan asam benzoat dari toluena melalui

proses oksidasi dengan oksigen yang berasal dari udara bebas dan menghasilkan

asam benzoat, oksigen sisa, nitrogen, air dan benzaldehida. Pada proses ini

digunakan katalis cobalt acetate. Reaksi ini berlangsung pada fase cair-gas di

dalam reaktor gelembung (bubble column reactor) yang bekerja secara kontinyu

pada kondisi operasi suhu 150⁰C, tekanan 3 atm, konversi reaksi 50%, yield 90%,

eksotermis, irreversible, isothermal dan non adiabatic.

Pabrik asam benzoat direncanakan didirikan di Tuban, Jawa Timur. Bahan

baku toluena yang dibutuhkan sebanyak 8.573,88 kg/jam dengan udara sebesar

19.488,29 kg/jam dan katalis cobalt acetate sebanyak 10,83 kg/jam akan

menghasilkan produk asam benzoat sebanyak 5.681,82 kg/jam. Alat-alat utama

yang digunakan dalam proses pembentukan asam benzoat adalah reaktor

gelembung, centrifugal decanter, menara distilasi, kristalizer, filter, evaporator,

rotary dryer dan heat exchanger. Sedangkan unit pendukung proses antara lain

unit penyediaan steam, pengadaan dan pengolahan air, pembangkit tenaga listrik,

pengadaan bahan bakar, penyedia udara tekan dan pengolahan limbah. Unit

penyediaan air diperoleh dari air sungai Bengawan Solo dan unit pembangkit

tenaga listrik diperoleh dari PLN dan generator set.

Perusahaan ini berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dengan sistem kerja

karyawan berdasarkan pembagian kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non-

shift. Modal tetap atau fixed capital investment (FCI) yang digunakan untuk

mendirikan pabrik adalah Rp 247.259.937.057 dengan modal kerja atau working

capital (WC) sebesar Rp 22.617.794.048. Analisa ekonomi memperlihatkan

bahwa keuntungan sesudah pajak Rp 72.887.402.310 per tahun setelah dipotong

pajak 25% keuntungan mencapai Rp 54.665.551.733 per tahun. return on

investment (ROI) sebelum pajak 29,48% dan setelah pajak 22,11%. Pay out time

(POT) sebelum pajak 2,53 tahun dan setelah pajak 3,11 tahun. Kondisi break

event point (BEP) pada nilai 49,9% kapasitas produksi, sedangkan shut down

point (SDP) sebesar 24,5%. Discounted cash flow (DCF) dalam perancangan

sebesar 32,73%. Dari data analisis kelayakan di atas disimpulkan bahwa pabrik ini

menguntungkan dan layak untuk didirikan.

v

ABSTRACT

Pre-design factory of benzoic acid by the process of oxidation of toluene

with a capacity of 45,000 tons / year is done to meet the needs of benzoic acid in

the country. Reaction formation of benzoic acid from toluene by oxidation with

oxygen from the air and produces benzoic acid, residual oxygen, nitrogen, water

and benzaldehyde. This process uses a cobalt acetate catalyst. This reaction takes

place in the liquid-gas phase in the reactor bubbles (bubble column reactor) which

works continuously on the operating conditions 150⁰C temperature, pressure 3

atm, the reaction conversion of 50%, yield 90%, exothermic, irreversible,

isothermal and non-adiabatic.

Benzoic acid plant planned founded in Tuban, East Java. The raw

material toluene is needed as much as 8573.88 kg / h with an air of 19488.29 kg /

h and a cobalt acetate catalyst as much as 10.83 kg / hour of benzoic acid would

produce as much as 5681.82 kg / hour. The main tools used in the process of

formation of benzoic acid is a bubble reactor, centrifugal decanter, distillation

towers, kristalizer, filters, evaporator, rotary dryers and heat exchangers. While

the process support unit including a steam supply unit, supply and water

treatment, power generation, fuel procurement, providers of compressed air and

waste treatment. Unit water supply is obtained from Bengawan Solo river water

and power generation units derived from PLN and generator sets.

The Limited Liability Company (PT) with a system for employees based

on the division of labor that consists of employee shift and non-shift. Fixed capital

or fixed capital investment (FCI) which is used to establish a factory is Rp 247

259 937 057 with working capital, or working capital (WC) amounting to Rp

22,617,794,048. Economic analysis shows that profit after tax of Rp

72,887,402,310 per year after taxes 25% profit reached Rp 54,665,551,733 per

year. return on investment (ROI) before tax after tax 29.48% and 22.11%. Pay out

time (POT) before tax and after tax of 2.53 years 3.11 years. Condition break

event point (BEP) in value of 49.9% of production capacity, while the shut-down

point (SDP) of 24.5%. Discounted cash flow (DCF) in the design of 32.73%.

From the data above feasibility analysis concluded that the plant is profitable and

feasible to set.

vi

MOTTO

“Sesungguhnya Allah tidak akan merubah nasib suatu kaum sehingga

mereka merubah nasib mereka sendiri”

(QS : 13. 11)

“Karena sesungguhnya sesudah kesulitan ada dua kemudahan”

(QS. Al Insyirah : 5-6)

“Allah meninggikan orang-orang yang beriman diantara kamu dan

orang-orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa derajat”

(Q.S. Al-Mujadalah: 11)

“Bukanlah sabar jika masih ada batasnya, dan bukanlah ikhlas jika

masih merasakan sakit”

vii

KATA PENGANTAR

Bissmillahirrahmaanirrohim

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan

segala rahmat hidayah dan petunjuknya-Nya sehingga penyusun dapat

menyelesaikan tugas akhir prarancangan pabrik kimia ini dengan baik. Tak lupa

sholawat serta salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Nabi Muhammad

SAW, keluarga, sahabat dan seluruh pengikutnya.

Tugas Prarancangan Pabrik Kimia merupakan tugas akhir yang harus

diselesaikan oleh setiap mahasiswa Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik,

Universitas Muhammadiyah Surakarta sebagai prasyarat untuk menyelesaikan

jenjang studi sarjana. Dengan tugas ini diharapkan kemampuan penalaran dan

penerapan teori-teori yang telah diperoleh selama kuliah dapat berkembang dan

dapat dipahami dengan baik.

Judul Tugas Akhir ini adalah Prarancangan Pabrik Asam Benzoat

dengan Proses Oksidasi Toluena dan Katalis Kobalt Asetat Kapasitas 45.000

Ton/Tahun. Adanya prarancangan pabrik ini diharapkan dapat memperkaya

alternatif industri masa depan bagi Indonesia.

Penyelesaian penyusunan laporan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan

dan bimbingan serta dorongan dari berbagai pihak. Melalui laporan ini penyusun

ingin mengucapkan terima kasih yang tiada terhingga, terutama kepada :

1. Bapak Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia

Universitas Muhammadiyah Surakarta

2. Bapak Ir.Herry Purnama, M.T., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing I

3. Bapak Ir. H. Haryanto. AR, M.S. selaku Dosen Pembimbing II

4. Bapak dan Ibu Dosen Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta

atas segala bimbingan dan arahannya

5. Keluarga yang selalu mendoakan dan memberi semangat serta dukungan.

6. Untuk teman seperjuanganku Aimatul Huda terimakasih untuk perhatian dan

pengertiannya selama ini.

viii

7. Untuk sahabatku Fadhilla Artiwi Putri, Dimas Singgih, Irfani Dawamia

Karda, Tiara Nurazizah, Rizka Mahagnyana, Siti Nur Amanah, Ristiana

Fauziati, Danang Setyo Kuncoro, dan Aditya Bukhorinudin terimakasih untuk

suka dukanya dan tetap semangat buat kalian semoga persahabatan kita

langgeng sampai kapanpun dan sukses buat kita semua.

8. Untuk Dimas Thaffif Rio Mahendra terima kasih telah memberikan warna di

akhir semester, terima kasih juga untuk kesabaran, support dan ngeselinnya

selama ini semoga tetep seperti ini sampai kapanpun walaupun kelak kita

dipisahkan oleh jarak.

9. Terimakasih juga kepada teman-teman teknik kimia UMS angkatan 2012

semoga kita tetap satu keluarga sampai kapanpun.

10. Untuk semua pihak yang telah berjasa dalam penyusunan tugas akhir ini.

Penyusun menyadari bahwa dalam penyusunan laporan tugas akhir ini

masih banyak terdapat kekurangan dan kesalahan, untuk itu penulis

mengharapkan saran dan kritik membangun demi kesempurnaan laporan ini. Dan

semoga laporan ini bermanfaat bagi semua pihak. Akhir kata penulis mohon maaf

apabila ada salah kata, dan terima kasih.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Surakarta, Februari 2017

Penyusun

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ....................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... ii

INTISARI ......................................................................................................... iv

MOTTO ........................................................................................................... v

KATA PENGANTAR ..................................................................................... vi

DAFTAR ISI .................................................................................................... viii

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xi

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiv

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

1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik................................................... 1

1.2. Kapasitas Pabrik ........................................................................... 2

1.2.1. Kebutuhan Asam Benzoat di Indonesia ............................ 2

1.2.2. Kapasitas Pabrik Asam Benzoat di Luar Negeri .............. 3

1.2.3. Ketersediaan Bahan Baku ................................................ 4

1.3. Lokasi Pabrik ................................................................................ 4

1.4. Tinjauan Pustaka ........................................................................... 6

1.4.1. Macam-macam Proses ....................................................... 6

1.4.2. Kegunaan Produk .............................................................. 8

1.4.3. Sifat Bahan Baku dan Produk ........................................... 9

1.5. Tinjauan Proses Secara Umum ..................................................... 12

BAB II. DESKRIPSI PROSES ........................................................................ 14

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ............................................. 14

2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku ..................................................... 14

2.1.2. Spesifikasi Bahan Pembantu ............................................. 14

2.1.3. Spesifikasi Produk ............................................................. 14

2.2. Konsep Proses ............................................................................... 15

2.2.1. Dasar Reaksi ...................................................................... 15

2.2.2. Kondisi Operasi ................................................................. 15

2.2.3. Tinjuan Termodinamika .................................................... 15

x

2.2.4. Tinjauan Kinetika .............................................................. 17

2.3. Diagram Alir Proses ...................................................................... 18

2.3.1. Penyiapan Bahan Baku ...................................................... 18

2.3.1.1. Tahap Persiapan Bahan Baku .............................. 19

2.3.1.2. Tahap Reaksi Pembuatan Produk ....................... 19

2.3.1.3. Tahap Pemurnian Produk ................................... 20

2.3.2. Diagram Alir Proses .......................................................... 21

2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas ................................................... 24

2.4.1. Neraca Massa .................................................................... 24

2.4.2. Neraca Panas ..................................................................... 32

2.5. Tata Letak Pabrik dan Peralatan Proses ........................................ 39

2.5.1. Tata Letak Pabrik .............................................................. 39

2.5.2. Tata Letak Peralatan .......................................................... 43

BAB III. SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ........................................... 46

3.1. Reaktor ........................................................................................ 46

3.2. Dekanter ...................................................................................... 47

3.3. Menara Distilasi .......................................................................... 47

3.4. Kristalizer .................................................................................... 49

3.5. Filter ........................................................................................... 49

3.6. Rotary Dryer ............................................................................... 50

3.7. Evaporator ................................................................................... 51

3.8. Tangki ......................................................................................... 51

3.9. Silo ........................................................................................... 52

3.10. Mixer ........................................................................................... 52

3.11. Kompresor ................................................................................. 54

3.12. Heat Exchanger ........................................................................... 54

3.13. Kondensor ................................................................................... 58

3.14. Reboiler ....................................................................................... 60

3.15. Accumulator ................................................................................ 62

3.16. Belt Conveyor ............................................................................. 63

3.17. Bucket Elevator ........................................................................... 64

xi

3.18. Filter Udara ................................................................................. 64

3.19. Blower ......................................................................................... 65

3.20. Pompa ......................................................................................... 66

BAB IV. UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ............ 72

4.1. Unit Pendukung Proses ................................................................. 72

4.2. Kriteria Kebutuhan Utilitas ........................................................... 76

4.3. Jumlah Kebutuhan Utilitas ............................................................ 78

4.4. Spesifikasi Alat Utilitas ................................................................. 82

4.5. Laboratorium ................................................................................ 91

4.6. Limbah ......................................................................................... 92

4.7. Kesehatan dan Keselataman Kerja (K3) ....................................... 94

BAB V. MANAJEMEN PERUSAHAAN ....................................................... 96

5.1. Bentuk Perusahaan ........................................................................ 96

5.2. Struktur Organisasi ........................................................................ 97

5.3. Tugas dan Wewenang ................................................................... 100

5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan .................................................. 105

5.5. Status Karyawan dan Sistem Upah ............................................... 107

5.6. Penggolongan Jabatan dan Jumlah Karyawan .............................. 107

5.7. Kesejahteraan Sosial Karyawan .................................................... 112

5.8. Manajemen Produksi ..................................................................... 113

BAB VI. ANALISIS EKONOMI .................................................................... 116

KESIMPULAN ........................................................................................... 130

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1. Data impor asam benzoat ............................................................... 2

Tabel 1.2. Kapasitas produksi asam benzoat di luar negeri ............................. 3

Tabel 1.3. Sifat fisis udara................................................................................ 11

Tabel 2.1. Arus neraca massa ........................................................................... 26

Tabel 2.2. Neraca massa total ......................................................................... 27

Tabel 2.3. Neraca massa mixer-01 (Mx-01) .................................................... 27

Tabel 2.4. Neraca massa reaktor ( R-01 )......................................................... 28

Tabel 2.5. Neraca massa centrifugal decanter (H-01) .................................... 28

Tabel 2.6. Neraca massa menara distilasi-01 (MD-01)................................... 29

Tabel 2.7. Neraca massa menara distilasi-02 (MD-02) .................................... 29

Tabel 2.8. Neraca massa mixer-02 (Mx-02) .................................................... 29

Tabel 2.9. Neraca massa kristalizer (S-01) ..................................................... 30

Tabel 2.10. Neraca massa filter (H-02) ............................................................ 30

Tabel 2.11. Neraca massa evaporator (V-01) .................................................. 31

Tabel 2.12. Neraca massa rotary dryer (RD-01) ............................................ 31

Tabel 2.13. Neraca panas mixer-01 (Mx-01) ................................................... 32

Tabel 2.14. Neraca panas heater-01 (E-01) .................................................... 32

Tabel 2.15. Neraca panas kompresor (G-01) .................................................. 33

Tabel 2.16. Neraca panas heater-02 (E-02) .................................................... 33

Tabel 2.17. Neraca panas reaktor (R-01) ........................................................ 34

Tabel 2.18. Neraca panas centrifugal decanter (H-01) .................................... 34

Tabel 2.19. Neraca panas heater-03 (E-03) ..................................................... 35

Tabel 2.20. Neraca panas menara distilasi-01 (MD-01) .................................. 35

Tabel 2.21. Neraca panas menara distilasi-02 (MD-02) .................................. 36

Tabel 2.22. Neraca panas cooler-01 (E-04) .................................................... 36

Tabel 2.23. Neraca panas mixer-02 (Mx-02) ................................................... 37

Tabel 2.24. Neraca panas kristalizer (S-01) .................................................... 37

Tabel 2.25. Neraca panas filter (H-02) ............................................................. 38

Tabel 2.26. Neraca panas evaporator (V-01) ................................................... 38

xiii

Tabel 2.27. Neraca panas di heater-04............................................................. 39

Tabel 2.28. Neraca panas rotary dryer (RD-01) ............................................. 39

Tabel 2.29. Luas tanah bangunan pabrik ........................................................ 41

Tabel 3.1. Spesifikasi alat pompa ................................................................... 66

Tabel 3.2. Spesiikasi alat pompa (lanjutan) .................................................... 67

Tabel 3.3. Spesifikasi alat pompa (lanjutan) ................................................... 68

Tabel 3.4. Spesifikasi alat pompa (lanjutan) ................................................... 69

Tabel 3.5. Spesifikasi alat pompa (lanjutan) ................................................... 70

Tabel 3.6. Spesiffikasi alat pompa (lanjutan) .................................................. 71

Tabel 4.1. Daftar kebutuhan air domestik dan sanitasi ................................... 78

Tabel 4.2. Daftar kebutuhan air untuk steam .................................................. 79

Tabel 4.3. Daftar kebutuhan air pendingin ...................................................... 79

Tabel 4.4. Daftar kebutuhan air proses ........................................................... 80

Tabel 4.5. Kebutuhan air ................................................................................. 80

Tabel 4.6. Kebutuhan air pendingin kristalizer ............................................... 81

Tabel 4.7. Kebutuhan listrik alat proses dan utilitas ....................................... 81

Tabel 4.8. Kebutuhan listrik total .................................................................... 81

Tabel 4.9. Kebutuhan bahan bakar .................................................................. 82

Tabel 4.10. Spesifikasi pompa utilitas ............................................................ 88

Tabel 4.11. Spesifikasi pompa utilitas (lanjutan) ............................................ 89

Tabel 4.12. Spesifikasi pompa utilitas (lanjutan) ............................................ 90

Tabel 4.13. Spesifikasi pompa utilitas (lanjutan) ............................................ 91

Tabel 5.1. Jadwal kerja setiap regu .................................................................. 106

Tabel 5.2. Penggolongan jabatan, jumlah karyawan dan gaji ......................... 108

Tabel 5.3. Jumlah karyawan proses ................................................................ 111

Tabel 5.4. Jumlah karyawan utilitas ................................................................ 112

Tabel. 6.1. Cost Index Chemical Plant ............................................................ 117

Tabel 6.2. Total Fixed Capital Investment ...................................................... 121

Tabel 6.3. Working Capital ............................................................................. 121

Tabel 6.4. Total Capital Investment ............................................................... 122

Tabel 6.5. Direct Manufacturing Cost ............................................................ 122

xiv

Tabel 6.6. Indirect Manufacturing Cost ......................................................... 123

Tabel 6.7. Fixed Manufacturing Cost ............................................................ 123

Tabel 6.8. Total Manufacturing Cost ............................................................. 123

Tabel 6.9. General Expenses ........................................................................... 124

Tabel 6.10. Total Production Cost ................................................................. 124

Tabel 6.11. Fixed Cost ................................................................................... 126

Tabel 6.12. Variabel Cost .............................................................................. 126

Tabel 6.13. Regulated Cost ............................................................................ 127

Tabel 6.14. Analisis kelayakan ....................................................................... 128

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Data impor asam benzoat di Indonesia ......................................... 3

Gambar 2.1. Diagram alir kualitatif ................................................................... 22

Gambar 2.2. Diagram alir kuantitatif ................................................................. 23

Gambar 2.3. Diagram alir neraca massa ........................................................... 25

Gambar 2.4. Tata letak pabrik asam benzoat .................................................... 42

Gambar 2.5. Tata letak alat proses .................................................................... 45

Gambar 4.1. Proses pengolahan air ................................................................... 96

Gambar 5.1. Struktur organisasi pabrik asam benzoat ...................................... 100

Gambar 6.1. Hubungan tahun dengan Cost Index ............................................ 117

Gambar 6.2. Analisa ekonomi ........................................................................... 129

Gambar 6.3. Rincian modal .............................................................................. 129