NASKAH PUBLIKASI

PRARANCANGAN PABRIK FORMALDEHIDA

DENGAN PROSES KATALIS PERAK

KAPASITAS 20.000 TON/TAHUN

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh

Gelar Kesarjanaan Strata 1 Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Oleh :

Agus Nur Arifin

D 500 050 014

Dosen Pembimbing :

Dr. Ir. H. Ahmad M. Fuadi, M.T.

Ir.Haryanto AR, M.S

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2014

INTISARI

Formaldehida merupakan senyawa gugus aldehida yang paling sederhana

dan memiliki nilai sangat strategis. Dalam dunia industri kimia, banyak sektor

industri kimia yang menggunakan formaldehida sebagai bahan pendukung untuk

pembuatan produk lain. Formaldehida dapat dimanfaatkan secara langsung

sebagai bahan pengawet, desinfektan, atau digunakan sebagai bahan intermediet

pada pembuatan urea formaldehida, melamin formaldehida dan phenol

formaldehida. Formaldehida ini diproduksi dengan bahan baku metanol dan udara.

Pendirian pabrik formaldehida dengan proses katalis perak ini direncanakan

berkapasitas 20.000 ton / tahun dan didirikan di kawasan industri Bontang,

Kalimantan Timur pada tahun 2015.

Proses pembuatan formaldehida dengan proses katalis perak dibagi mejadi

tiga tahap, yaitu persiapan bahan baku, pembentukan produk, dan pemurnian

produk. Tahap pertama, 1.183,1721 kg/jam metanol diuapkan terlebih dahulu

menggunakan vapourizer (Vp-01) sebelum dicampur dengan 9.940,4827 Kg/jam

udara. Setelah metanol menjadi fase gas, bersamaan dengan udara dimasukan

kedalam reaktor fixed bed multitube yang mana sebelumnya dinaiikan terlebih

dahulu pada suhu 600C tekanan 1,2 atm. Didalam reaktor terjadi reaksi yang

bersifat eksotermis, irreversible, non isotermal, dan non adiabatis dengan media

pendingin moltensalt. Setelah proses pembentukan reaksi produk terjadi, produk

dikeluarkan dari reaktor (R-01) pada suhu 616.3897C. Tahap terakhir yaitu tahap

pemurnian produk. Sebelum pemurnian produk dengan absorber (Ab-01), produk

keluaran reaktor terlebih dahulu diturunkan suhunya menjadi 35oC agar sesuai

dengan suhu operasi di absorber. Didalam absorber produk keluaran reaktor

dimurnikan dengan 1.134,0354 kg/jam air. Sebanyak 2.525,2525 kg/jam hasil

bawah absorber merupakan produk formaldehida yang diinginkan, dan

9.732,4377 kg/jam hasil atas absorber gas CH3OH, H2O, O2, N2, H2 dan CH2O.

Pabrik formaldehida ini direncanakan beroperasi 330 hari/tahun dengan

jumlah karyawan sebanyak 135 orang dengan modal tetap

Rp.129.369.308.314,95 dan modal kerja Rp. 10.594.996.139,01. Dari analisis

kelayakan diperoleh Percent Return On Invesment (ROI) sebelum pajak

41,7200% dan setelah pajak 29,2040%. Pay Out time (POT) sebelum pajak

1,9330 tahun dan setelah pajak 2,5510 tahun. Break Event Point (BEP) sebesar

42,18% dan Shut Down Point (SDP) sebesar 26,22%. Discounted cash Flow

(DCF) terhitung sebesar 47,11%. Berdasarkan pertimbangan bahwa ROI, POT,

BEP, dan DCF untuk pabrik beresiko rendah dan perhitungan memenuhi standar,

maka pabrik ini layak untuk didirikan.

Pendahuluan

Sektor industri saat ini berperan besar dalam meningkatkan kemajuan

suatu Negara. Salah satu sektor industri tersebut adalah sektor industri kimia. Di

Indonesia saat ini, sektor industri kimia mengalami pertumbuhan yang signifikan

dengan ditandai banyak berdirinya perusahaan atau pabrik-pabrik berbasis industri

kimia.

Salah satu industri kimia tersebut adalah industri formaldehida.

Formaldehida adalah senyawa dari gugus aldehid yang paling sederhana dan

memiliki nilai strategis dalam perkembangan dunia industri, karena banyak sektor

industri lain yang menggunakan formaldehida sebagai bahan bakunya. Kegunaan

formaldehida 37% sendiri sebagai bahan baku turunan formaldehida sendiri

seperti urea formaldehida, resin formaldehida, melamin formaldehida, dan penol

formaldehida.

Saat ini kebutuhan akan formaldehida dalam negeri tidak sebanding dengan

produksi dalam negeri, sehingga pemerintah membutuhkan impor dari luar negeri.

Hal ini dapat terlihat dari kebutuhan impor formaldehida dari tahun 2001–2005

berdasarkan data impor BPSI (Biro Pusat Statistik Indonesia).

Table 1.1 Daftar Kebutuhan Impor Formaldehida Indonesia Dari Tahun

2001 - 2006

No. Tahun Kebutuhan impor (ton/tahun)

1 2001 3.132,090

2 2002 3.446,745

3 2003 4.175,261

4 2004 5.001,957

5 2005 9.089,312

6 2006 10.068,260

Untuk itu dibutuhkan pendirian pabrik formaldehida baru dengan kapasitas

20.000 ton/tahun yang dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri.

Dasar Reaksi

Proses pembentukan formaldehida dengan katalis perak didasarkan

pada reaksi oksidasi. Reaksinya adalah sebagai berikut :

CH3OH(g) + ½ O2(g) CH2O(g) + H2O(g) …….1

CH3OH(g) CH2O(g) + H2(g) ……………..2

Reaksi diatas berlangsung di dalam reaktor fixed bed multitube pada

temperatur 590o-650

oC dan tekanan atmospheris dengan perbandingan mol

antara metanol dan udara adalah 1 : 2 (Kirk and Othmer, 1996).

Tinjauan Termodinamika

Tabel 1. Data Panas Pembentukan dan Energi Gibbs

Komponen ∆Hfo (Kj/mol) ∆Gf

o (Kj/mol)

CH2O -115,9 -109,91

CH3OH -201,17 -162,51

H2O -241,8 -228,6

H2 0 0

O2 0 0

( Yaws, 1999 )

Reaksi I

CH3OH (g) + ½ O2 (g) CH2O(g) + H2O (g) ......................4

∆Hro = ΔHf

o produk – ΔHf

o reaktan .......................................................5

ΔHro

= (∆Hfo CH2O + ∆Hf

o H2O) - (∆Hf

o CH3OH +(1/2 ∆Hf

o O2))

= (-115,9 + (-241,8)) - (-201,17 + 0)

ΔHro = -156,53 kJ/mol

Reaksi II

CH3OH (g) CH2O (g) + H2 (g) ....................................6

ΔHro = ΔHf

o produk – ΔHf

o reaktan ...........................................................7

ΔHro

= (∆HfoCHOH+ ∆Hf

o H2) - (∆Hf

o CH3OH)

= (-115,9 + (0)) - (-201170 )

ΔHro

= +85,27 kJ/mol

Pada reaksi pertama terjadi reaksi eksotermis dan pada reaksi kedua

terjadi reaksi endotermis. Namun demikian, secara keseluruhan reaksi yang

berlangsung adalah reaksi eksotermis. (Kirk and Othmer, 1994)

Untuk harga K didapatkan :

∆Go = ∆Gf

oproduk

- ∆Gf

oreaktan ..........................................................8

= (Gf CH2O + Gf H2O) - (Gf CH3OH + ½Gf O2)

= (-109,91 + -228,6) – (-162,51 + 0)

= -176 kJ/mol = -176.000 J/mol

G = -RT ln K ………………………………………………………9

In K = RT

G

In K = )298(314,8

000.176

K = 7,0975.1030

K sangat besar

Jadi reaksinya adalah reaksi irreversible karena harga K yang didapat

sangat besar (Smith dan Van Ness, 1996).

Tinjauan Kinetika

Persamaan kinetika reaksi pembentukan formaldehida adalah sebagai

berikut :

-rm = mm

mms

pk

pkk

.1

..

…………………………………………………10

Harga konstanta kecepatan reaksi kimia adalah sebagai berikut :

CH3OH + ½ O2 CH2O + H2O ...........................................11

CH3OH CH2O + H2 ...............................................12

Dimana : kS = 0,032 exp (6300 / T)

km = 14,7 exp (-7050/T) (Mezaki and Inoue, 1989)

Langkah Proses

Proses produksi formaldehida dibagi menjadi 3 tahap yaitu :

1. Tahap penyiapan bahan baku

Pada tahap ini terdapat 2 tahap penyiapan yaitu tahap penyiapan

bahan baku metanol dan udara. Untuk metanol pertama-tama metanol cair

dari tangki penyimpanan (F-01) (T = 35oC, P = 1 atm) dipompa menuju ke

vaporizer (V-01). Didalam vaporizer, metanol cair diubah fasenya menjadi

gas sampai titik didihnya menjadi 70,10oC dengan tekanan 1 atm. Selanjutnya

produk hasil dari vaporizer dialirkan ke separator (H-01) untuk dipisahkan

antara cairan dan uap. Produk atas dari separator (L-01) yang berupa gas

inilah yang selanjutnya digunakan sebagai umpan reaktor, sedangkan hasil

bawah separator (L-01) yang berupa cairan dikembalikan sebagai campuran

umpan untuk vaporizer (V-01). Sedangkan untuk udara diperoleh dari alam

dengan cara diserap menggunakan blower (G-01) pada tekanan 1,2 atm dan

suhu 35oC. Selanjutnya udara dialirkan ke heat exchanger (E-01) untuk

dinaikkan suhunya menjadi 170oC.

Udara hasil keluar heat exchanger (E-01) selanjutnya di umpankan

bersama-sama dengan uap metanol kedalam reaktor (R-01). Tetapi

sebelumnya, campuran metanol dan udara tersebut dinaikkan suhunya hingga

mencapai 600oC dengan menggunakan furnace (Q-01). Umpan keluar dari

furnace selanjutnya di turunkan tekanannya dari 2,78 atm menjadi 1,2 atm

dengan menggunakan expander (Exp-01) sebelum masuk ke reaktor (R-01)

sebagai umpan.

2. Tahap pembentukan produk

Umpan campuran metanol dan udara pada suhu 600oC dan tekanan

1,2 atm diatas selanjutnya direaksikan didalam reaktor fix bed multitube yang

telah diisi katalis perak. Reaksi yang terjadi didalam reaktor berlangsung

dalam fase gas dan bersifat irreversible, eksotermis, non-adiabatis, dan non-

isothermal. Untuk mengurangi panas yang dihasilkan, maka digunakan

pendingin Moltensalt untuk mengurangi suhu pada reaktor. Produk hasil

reaksi, selanjutnya dikeluarkan dari reaktor (R-01) dengan suhu 616,39oC.

3. Tahap pemurnian produk

Produk reaktor yang keluar dari reaktor tidak langsung didinginkan di

cooler (E-03), melainkan diturunkan dahulu suhunya dengan memanfaatkan

panasnya yang tinggi yaitu 616oC. Panas produk reaktor digunakan untuk

memanaskan umpan udara dengan melewatkannya di heat exchanger (E-01),

sehingga panas produk reaktor turun dari 616,39oC menjadi 486,28

oC.

Selanjutnya panas dari produk reaktor dimanfaatkan lagi untuk membuat

steam di waste heat boiler (E-02), sehingga panas dari produk reaktor turun

dari 486,28oC menjadi 484,37

oC.

Produk reaktor yang keluar dari waste heat boiler selanjutnya

dialirkan ke cooler (E-03) untuk didinginkan suhunya menjadi 35oC, suhu

yang dibutuhkan untuk umpan absorber. Setelah itu produk reaktor yang

keluar dari cooler (E-03) dialirkan menuju ke absorber (D-01) dengan suhu

35oC dan tekanan 1,0029 atm. Didalam absorber (D-01) formaldehida diserap

dengan menggunakan media penyerap air. Hasil atas yang berupa gas yaitu

oksigen, nitrogen, dan sedikit H2O, CH3OH, dan CHOH digunakan sebagai

bahan bakar furnace (Q-01) dan selebihnya dijual. Sedangkan untuk hasil

bawah yang berupa larutan formaldehida 37%, selanjutnya dialirkan menuju

tangki penampungan (F-02) dengan menggunakan pompa (L-03) untuk

selanjutnya siap dipasarkan.

Spesifikasi Alat Dan Bahan

1. Tangki penyimpan bahan baku metanol

Kode : F-01

Fungsi : menampung metanol selama 7 hari

Tipe : silinder vertical dengan flat bottom dan head conical roof

Volume : 80.954,1030 gal

Jumlah : 1 buah

2. Tangki penyimpan produk formaldehida

Kode : F-02

Fungsi : menampung formaldehida selama 7 hari

Tipe : silinder vertical dengan flat bottom dan head conical roof

Volume : 129.171,6528 gal

Jumlah : 1 buah

3. Blower

Kode : G-01

Fungsi : menaikkan tekanan udara dari 1 atm menjadi 1,2 atm dan

mengalirkan udara ke reaktor

Tipe : sentrifugal 1 stage

Kapasitas : 882.952,3741 m3/jam

Daya : 3 Hp

4. Vaporizer

Kode : V-01

Fungsi : menguapkan metanol sebelum masuk reaktor

Tipe : heat exchanger double pipe

Panjang pipa : 12 ft

Luas permukaan : 88,0320 ft2

5. Separator

Kode : H-01

Fungsi : memisahkan antara cairan dan uap metanol dari vaporizer

Tipe : vertical drum

Volume : 1,2001 m3

Diameter : 30 in

6. Heat exchanger

Kode : E-01

Fungsi : memanaskan udara

Tipe : heat exchanger double pipe

Panjang pipa : 12 ft

Luas permukaan : 88,032 ft2

7. Waste heat boiler (WHB)

Kode : E-02

Fungsi : membuat steam

Tipe : heat exchanger double pipe

Panjang pipa : 12 ft

Luas permukaan : 22,0080 ft2

8. Expander

Kode : Ex

Fungsi : menurunkan tekanan dari 2,7976 atm menjadi 1,2 atm

Tipe : single stage dan sentrifugal

Laju alir : 2,718 m3/s

Daya : 50 Hp

9. Furnace

Kode : Q-01

Fungsi : menaikkan suhu umpan reaktor menjadi 6000C

Tipe : box

Qduty : 5,5469 MMBTU/jam

10. Reaktor

Kode : R-01

Fungsi : mereaksikan CH2OH dengan O2 menjadi CHOH

Tipe : fixed bed multitube

Jenis : reaktor katalitik non adiabatic dan non isothermal

Suhu : 600-616,38970C

Tekanan : 1,2 atm

Katalis : perak (Ag)

Volume : 2.213,7512 galon

Tinggi total : 5,1657 m

Jumlah : 1 buah

11. Absorber

Kode : D-01

Fungsi : menyerap formaldehida dengan menggunakan air

Tipe : packed tower

Suhu : 350C

Tekanan : 1 atm

12. Cooler

Kode : E-03

Fungsi : mendinginkan produk reaktor dari suhu 484,360C menjadi 35

0C

Tipe : heat exchanger shell and tube

Panjang tube : 16 ft

Luas permukaan : 2.257,6438 ft2

Jumlah tube : 719 buah

Analisi Ekonomi

Berdasarkan hasil analisis ekonomi didapatkan bahwa pendirian pabrik

formaldehida membutuhkan modal investasi sebesar Rp.129.369.308.314,95 dan

biaya produksi sebesar Rp. 136.164.709.711,37. Analisis ekonomi terhadap pabrik

ini menunjukkan keuntungan sebelum pajak Rp.53.973.081.854,19 pertahun dan

keuntungan setelah pajak Rp.37.781.157.297,94 pertahun. Percent Return On

Invesment (ROI) sebelum pajak 41,7200% dan setelah pajak 29,2040%. Pay Out

time (POT) sebelum pajak 1,9330 tahun dan setelah pajak 2,5510 tahun. Break

Event Point (BEP) sebesar 42,18% dan Shut Down Point (SDP) sebesar 26,22%.

Discounted cash Flow (DCF) terhitung sebesar 47,11%.

Gambar 1. Grafik Kelayakan Analisis Ekonomi

Kesimpulan

Dari hasil analisa ekonomi dapat diambil kesimpulan bahwa :

1) Percent Return on Investment sebelum pajak = 41,72% dan sesudah pajak =

29,20%. Batas minimum Percent ROI pabrik resiko rendah 20%

2) Pay Out Time sebelum pajak = 1,9330 tahun dan sesudah pajak =

2,5510 tahun. Batas maksimum POT pabrik resiko rendah = 5 tahun

3) Break Even Point = 41,18 %. Syarat BEP untuk pabrik kimia antara 40-60%

4) Shut Down Point = 26,22 %. Syarat SDP untuk pabrik kimia minimal 25%

5) Discounted cash Flow adalah 47,11 %

Dari hasil evaluasi ekonomi di atas Pabrik Formaldehid dengan proses

Katalis Perak kapasitas 20.000 ton/tahun layak untuk didirikan.

-

40,00

80,00

120,00

160,00

200,00

240,00

280,00

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Mil

ya

r (R

up

iah

) p

er T

ah

un

Kapasitas Produksi per Tahun (%)

Sa Ra

Va

Fa

DAFTAR PUSTAKA

Agra, S., 1989, Kinetika dan Katalis, Universitas Gadjah Mada

Anonim, 2003, matches process Equipment Cost Estimate,

http://www.matche.com/ , Diakses tanggal 25 September 2013, jam

13.43 WIB

Anonim, 2009, Chemichal price, http://www.icis.com/, diakses tanggal 25

September 2013, jam 13.46 WIB

Anonim, 2009, Formaldehyde and Adhesive Resin, http://www.ikah.dprin.go.id/,

diakses tanggal 19 Januari 2013, jam 12.26 WIB

Anonim, 2013, Silver Catalyst, www.allgemeine-gold.de, diakses tanggal 31

Oktober 2013, jam 12.26 WIB

Aries, R.S. and Newton, R.D., 1955, Chemical Engineering Cost Estimation,

McGraw-Hill Book Company, New York.

Badan Pusat Statistik, 2001-2005, Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia,

Export-Import, Jakarta

Brown, G.G., Et.All., 1950, Unit Operation, Modern Asia ed, John Willey and

Sons Inc., New York

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

Michigan.

Coulson, J.M. and Richarson, J.F., 1983, Chemical Engineering, vol. 6,

Pergamon Press Ltd, New York.

Fogler, H.S., 1999, Elements of Chemical Reaction Engineering, 3rd

edition,

Prentice Hall P.T.R, New Jersey.

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

Company, Singapura.

Kirk, R.E. and Othmer, V.R., 1993, Encyclopedia of Chemical Technology, vol.5

Carbon & Graphite Fibers to C1-Chlorocarbons, 4th

ed., John Wiley &

Sons Inc., New York.

Kirk, R.E. and Othmer, V.R., 1994, Encyclopedia of Chemical Technology, vol.11

Flavor Characterization to Fuel Cells, 4th

ed., John Wiley & Sons Inc.,

New York.

Kirk, R.E. and Othmer, V.R., 1995, Encyclopedia of Chemical Technology, vol.16

Mass Transfer to Neuroregulators, 4th

ed., John Wiley & Sons Inc., New

York.

Kirk, R.E. and Othmer, V.R., 1996, Encyclopedia of Chemical Technology, vol.17

Nickel & Nickel Alloys to Paint, 4th

ed., John Wiley & Sons Inc., New

York.

Kirk, R.E. and Othmer, V.R., 1998, Encyclopedia of Chemical Technology, vol.25

Vitamins to Zone Refining, 4th

ed., John Wiley & Sons Inc., New York.

Mc Ketta, J.J. and Cunningham, D.F., 1976, Encyclopedia of Chemical

Processing and Design, vol.11, Marcel Pekker, New York, p. 350-370.

Mezaki, R. and Inoue, H, 1991, Rate Equation of Solid Catalyzed Reaction,

University of Tokyo Press, Tokyo, p. 218.

MSDS Air pdf, http://s7d9.scene7.com/is/content/minesafetyappliances/10003.

Perry, R.H. and Green, D.W., 1950, Chemical Engineers’ Handbook, 3th

ed.,

McGraw Hill Book Company, Tokyo.

Peters, M.S., Timmerhaus, K.D. and West, R.E., 2003, Plant Design and

Economics for Chemical Engineers, 5th

ed., Mc-Graw Hill, New York.

Treybal, R.E., 1984, Mass Transfer Operation, 3rd

ed., McGraw Hill International

Book Company, Japan.

Ullman’s, 1988, Encyclopedia of Industrial Chemistry, vol.A11 Fibers 5.Synthetic

Inorganic to Formaldehyde, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim..

Widiyanti, Arin., 2006,”Daftar 20 Perusahaan Produsen Formalin”. Detik News.

http://news.detik.com/read/2006/01/03/160825/511554/10/daftar-20-

perusahaan-produsen-formalin?nd992203605 diunggah 26.09.2013

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

USA.

HASIL TURNUTIN