i

PRARANCANGAN

PABRIK POLISTIRENA

DENGAN PROSES POLIMERISASI LARUTAN

KAPASITAS 75.000 TON/TAHUN

Diajukan Guna Melengkapi Persyaratan dalam Menyelesaikan Pendidikan

Tingkat Strata Satu di Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Oleh:

Nurhayati

D 500 120 069

Dosen Pembimbing:

1. Ir. Haryanto, A.R., M.S.

2. M. Mujiburohman, S.T., M.T., Ph.D.

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

SURAKARTA

2016

ii

iii

iv

INTISARI

Polistirena banyak digunakan sebagai bahan baku dalam industri

kabel, botol, pipa, furniture, serta produk lain yang terbuat dari plastik. Pabrik

polistirena ini diharapkan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri dan

mengurangi jumlah impor dari negara lain. Pabrik ini direncanakan beroperasi

selama 330 hari/tahun dengan kapasitas produksi 75.000 ton/tahun. Bahan baku

utama yang dibutuhkan adalah stirena monomer 106.714,2860 ton/tahun, etil

benzena 6.289,3200 ton/tahun dan benzoil peroksida 93,5855 ton/tahun. Lokasi

pabrik polistirena ini direncanakan akan didirikan di Cilegon, Banten pada tahun

2019. Kebutuhan air di pabrik ini didapatkan dari sungai Cidanau sedangkan

untuk kebutuhan energi listrik didapatkan dari PLN dan generator.

Proses pembuatan polistirena ini dilakukan dengan metode

polimerisasi larutan. Proses pembuatannya yaitu dengan cara mereaksikan stirena

monomer dengan initiator benzoil peroksida dalam Reaktor Alir Tangki

Berpengaduk (RATB) yang dilengkapi dengan jaket pendingin dan berlangsung

pada kondisi tekanan 1 atm dan suhu 900C. Selanjutnya, digunakan flash drum

bentuk vertikal untuk memisahkan fase uap dan cairan dari hasil keluaran reaktor.

Produk polistirena yang keluar sebagai hasil bawah flash drum dimasukkan ke

dalam extruder untuk membentuk lelehan polistirena menjadi polistirena

berbentuk pellet berukuran 1/8 in; sedangkan, produk atas flash drum akan

digunakan kembali sebagai umpan recycle.

Hasil analisis ekonomi terhadap prarancangan pabrik polistirena

diperoleh bahwa total investasi (Total Capital Investment) sebesar

Rp478.529.711.199 dan total biaya produksi (Production Cost)

Rp1.776.680.105.595. Dari analisis kelayakan diperoleh hasil ROI (Return on

Investment) sebelum pajak 38,88% dan sesudah pajak 29,16%. POT (Pay Out

Time) sebelum pajak 2,05 tahun dan sesudah pajak 2,55 tahun, BEP (Break Even

Point) 44,30%, SDP (Shut Down Point) 25,68% dan DCF (Discounted Cash

Flow) sebesar 30,51%. Berdasarkan pertimbangan hasil analisis tersebut maka

pabrik polistirena dengan kapasitas 75.000 ton/tahun ini layak untuk dikaji lebih

lanjut.

Kata kunci: polistirena, stirena monomer, polimerisasi larutan

v

ABSTRACT

Polystyrene is widely used as raw materials in the cable industry,

bottles, pipes, furniture and other products made of plastic. Polystyrene factory is

expected to meet domestic demand and reduce the amount of imports from other

countries. The factory is planned to operate for 330 days/year with a production

capacity of 75.000 tons/year. The main raw materials required are styrene

monomer 106,714.2860 tons/year ethyl benzene 6289.3200 tons/year and benzoyl

peroxide 93.5855 tons/year. Location polystyrene plant is planned to be

established in Cilegon, Banten in 2019. The need for water in the plant is derived

from the river Cidanau while the electrical energy needs obtained from the PLN

and generator.

The process of making polystyrene is done by solution polymerization

method. The manufacturing process is by reacting styrene monomer with the

initiator benzoyl peroxide in a stirred tank reactor flow (RATB) equipped with a

cooling jacket and takes place at 1 atm pressure conditions and a temperature of

90°C. Next, use a flash drum to separate vertical form vapor and liquid phase of

the reactor output. Polystyrene product that comes out as a result of lower flash

drum incorporated into the extruder to form a molten polystyrene into a pellet-

shaped polystyrene measuring 1/8 in; whereas, the product on flash drum will be

reused as recycle feed.

The results of economic analysis of the plant design polystyrene

showed that the total investment (Total Capital Investment) of Rp478.529.711.199

and total costs of production (Production Cost) Rp1.776.680.105.595. From

feasibility analysis results obtained ROI (Return on Investment) before tax after

tax 38.88% and 29.16%. POT (Pay Out Time) before tax after tax of 2.05 years

and 2.55 years, BEP (Break Even Point) 44.30%, SDP (Shut Down Point) 25.68%

and DCF (Discounted Cash Flow) of 30.51%. Based on consideration of the

results of the analysis, it polystyrene plant with a capacity of 75.000 tons/year of

this deserves to be studied further.

Keywords: polystyrene, styrene monomer, solution polymerization

vi

MOTTO

Sesuatu akan menjadi kebanggaan,

Jika sesuatu itu dikerjakan,

Dan bukan hanya dipikirkan.

Sebuah cita-cita akan menjadi kesuksesan,

Jika kita awali dengan bekerja untuk mencapainya.

Bukan hanya menjadi impian.

“Man Jadda Wa Jadda”

vii

PERSEMBAHAN

Segala puji syukur selalu tercurah kepada-Mu Yaa Allah atas segala nikmat dan

karunia-Mu penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

Tugas akhir ini saya persembahkan untuk:

1. Ibu, Bapak, kakak dan adik tercinta yang telah memberikan dukungan dan

semangat sehingga saya bisa menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Partner Penelitian saya sekaligus orang special saya yang sudah menemani

selama 3 tahun lebih ini baik suka maupun duka.

3. Partner TPP saya Dela Nayomi, terima kasih telah menjadi partner TPP ku.

Terima kasih untuk kesabaran, persahabatan dan kerjasamanya untuk

menyelesaikan tugas akhir ini. Maaf jika sikap atau perkataanku ada yang

menyakiti.

4. Temen-teman Teknik Kimia 2012 yang telah bersama-sama dalam

perkuliahan yang menyenangkan. Terimakasih atas doa dan semangat dari

kalian semua.

viii

KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah, segala puji hanya bagi Allah SWT, hanya karena

rahmat dan hidayah – NYA , penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan

laporan Tugas Akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Polistirena dari Stirena

Monomer Kapasitas 75.000 Ton/Tahun”.

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan

baik berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena

itu sudah sepantasnya penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Ir. Haryanto A.R., M.S. selaku dosen pembimbing I dan M.

Mujiburohman, S.T., M.T., Ph.D. selaku dosen pembimbing II atas

bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir.

2. Dosen penguji dalam ujian pendadaran tugas akhir “Prarancangan Pabrik

Polistirena dari Stirena Monomer Kapasitas 75.000 Ton/Tahun”.

3. Segenap civitas akademika, atas semua bantuannya.

4. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan, doa, materi, dan semangat

yang senantiasa diberikan tanpa kenal lelah.

5. Teman - teman seperjuangan teknik kimia 2012.

Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari

sempurna. Oleh karena itu penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik

yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis

dan pembaca sekalian.

Surakarta, Oktober 2016

Penulis

ix

DAFTAR ISI

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

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

HALAMAN KEASLIAN SKRIPSI .................................................................. iii

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

ABSTRACT .................................................................................................... v

MOTTO ............................................................................................................ vi

PERSEMBAHAN ........................................................................................... vii

KATA PENGANTAR ..................................................................................... viii

DAFTAR ISI ................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ........................................................................................... xiv

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xvi

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

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

1.2 Penentuan Kapasitas Perancangan .......................................... 2

1.3 Penentuan Lokasi Pabrik ......................................................... 5

1.4 Tinjauan Pustaka ..................................................................... 7

1.4.1 Macam-macam Proses .................................................. 7

1.4.2 Kegunaan Produk.......................................................... 10

1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk ............ 11

1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum ..................................... 15

BAB II DESKRIPSI PROSES ......................................................................... 17

2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ........................................ 17

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku ............................................... 17

2.1.2 Spesifikasi Bahan Pembantu ........................................ 17

2.1.3 Spesifikasi Produk ....................................................... 17

2.2 Konsep Proses ......................................................................... 18

2.2.1 Dasar Reaksi ................................................................ 18

2.2.2 Tinjauan Termodinamika ............................................. 20

2.2.3 Tinjauan Kinetika ......................................................... 21

x

2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ............................... 22

2.3.1 Diagram Alir Proses ..................................................... 22

2.3.2 Langkah Proses ............................................................. 25

2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas ............................................. 27

2.4.1 Neraca Massa ............................................................... 27

2.4.2 Neraca Panas ................................................................ 30

2.5 Tata Letak Pabrik dan Peralatan Proses ................................... 36

2.5.1 Tata Letak Pabrik .......................................................... 36

2.5.2 Tata Letak Peralatan Proses .......................................... 40

BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ........................................... 43

3.1 Spesifikasi Alat Utama ............................................................. 43

3.1.1 Mixer ........................................................................... 43

3.1.2 Reaktor ......................................................................... 44

3.1.3 Flash Drum .................................................................. 45

3.1.4 Extruder........................................................................ 45

3.2 Spesifikasi Alat Penunjang ...................................................... 46

3.2.1 Tangki Stirena Monomer ............................................. 46

3.2.2 Tangki Etil Benzena ..................................................... 47

3.2.3 Heater-01 .................................................................... 47

3.2.4 Heater-02 ..................................................................... 48

3.2.5 Condenser .................................................................... 49

3.2.6 Accumulator ................................................................. 49

3.2.7 Blower ......................................................................... 50

3.2.8 Belt Conveyor-01 ........................................................ 50

3.2.9 Bucket Elevator-01 ....................................................... 51

3.2.10 Silo Penyimpanan Benzoil Peroksida .......................... 51

3.2.11 Belt Conveyor-02 ......................................................... 52

3.2.12 Bucket Elevator-02 ....................................................... 52

3.2.13 Silo Penyimpanan Polistirena ...................................... 53

3.2.14 Pompa-01 ..................................................................... 53

3.2.15 Pompa-02 ..................................................................... 54

xi

3.2.16 Pompa-03 ..................................................................... 54

3.2.17 Pompa-04 ..................................................................... 55

3.2.18 Pompa-05 ..................................................................... 55

3.2.19 Pompa-06 ..................................................................... 56

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM............. 57

4.1 Unit Pendukung Proses ............................................................ 57

4.1.1 Unit Pengadaan Air ...................................................... 58

4.1.2 Unit Pengadaan Steam.................................................. 76

4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan ................................... 79

4.1.4 Unit Pengadaan Listrik ................................................ 79

4.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar ...................................... 84

4.2 Laboratorium ........................................................................... 86

4.2.1 Laboratorium Fisik dan Analitik .................................. 86

4.2.2 Laboratorium Penelitian ............................................... 87

4.2.3 Analisis Air .................................................................. 87

4.3 Unit Pengolahan Limbah .......................................................... 88

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ........................................................ 90

5.1 Bentuk Perusahaan .................................................................. 90

5.2 Struktur Organisasi .................................................................. 91

5.3 Tugas dan Wewenang .............................................................. 93

5.3.1 Pemegang Saham ........................................................ 93

5.3.2 Dewan Komisaris ......................................................... 94

5.3.3 Dewan Direksi ............................................................. 94

5.3.4 Staf Ahli ....................................................................... 95

5.3.5 Penelitian dan Pengembangan ..................................... 95

5.3.6 Kepala Bagian ............................................................... 96

5.3.7 Kepala Seksi ................................................................. 98

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ............................................. 99

5.4.1 Karyawan Non Shift ..................................................... 99

5.4.2 Karyawan Shift ............................................................. 99

5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah .......................................... 101

xii

5.5.1 Karyawan Tetap ........................................................... 101

5.5.2 Karyawan Harian ......................................................... 101

5.5.3 Karyawan Borongan..................................................... 101

5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji ............... 102

5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan .............................................. . 103

5.8 Keselamatan dan Kesehatan Kerja ........................................... 104

BAB VI ANALISIS EKONOMI ..................................................................... 106

6.1 Dasar Perhitungan .................................................................... 106

6.2 Perhitungan Biaya .................................................................... 109

6.2.1 Investasi Modal ............................................................ 109

6.2.2 Biaya Produksi ............................................................. 109

6.2.3 Pengeluaran Umum ...................................................... 110

6.3 Analisis Kelayakan .................................................................. 110

6.3.1 Persent Return On Investment (ROI) ........................... 110

6.3.2 Pay Out Time (POT) .................................................... 110

6.3.3 Break Even Point (BEP)............................................... 111

6.3.4 Shutdown Point (SDP) ................................................. 111

6.3.5 Discounted Cash Flow (DCF) ...................................... 111

6.4 Hasil Perhitungan ................................................................... 112

6.4.1 Fixed Capital Investment (FCI) .................................... 112

6.4.2 Working Capital Investment (WCI) .............................. 112

6.4.3 Total Capital Investment (TCI) .................................... 112

6.4.4 Direct Manufacturing Cost (DMC) .............................. 113

6.4.5 Indirect Manufacturing Cost (IMC) ............................. 113

6.4.6 Fixed Manufacturing Cost (FMC) ................................ 113

6.4.7 Total Manufacturing Cost (TMC) ................................ 114

6.4.8 General Expense ........................................................... 114

6.4.9 Total Production Cost (TPC) ....................................... 114

6.4.10 Perhitungan Keuntungan ............................................... 115

6.4.11 Analisis Kelayakan ........................................................ 115

6.5 Kesimpulan .............................................................................. 120

xiii

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 121

LAMPIRAN ............................................................................................... 124

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Data Impor Polistirena di Indonesia …………………………………… 2

Tabel 2. Data Produksi Polistirena di Dunia............................………………….. 4

Tabel 3. Perbandingan Proses Pembuatan Polistirena ........................................ 9

Tabel 4. Neraca Massa pada Mixer…………..…………………………..……… 27

Tabel 5. Neraca Massa pada Reaktor …….……………………………………. 28

Tabel 6. Neraca Massa pada Flash Drum………………………………………. 28

Tabel 7. Neraca Massa pada Extruder ….……………………………………….29

Tabel 8. Neraca Massa Overall ……..…………………………………………... 29

Tabel 9. Neraca Panas pada Mixer ……………….…………………………… 30

Tabel 10. Neraca Panas pada HE-01 ………..………………………………….. 30

Tabel 11. Neraca Panas pada Reaktor ……………………………………..…… 31

Tabel 12. Neraca Panas pada HE-02 ……………………………………..…….. 31

Tabel 13. Neraca Panas pada Flash Drum ……………………………………… 32

Tabel 14. Neraca Panas pada Condenser ……….………………………………32

Tabel 15. Neraca Panas pada Extruder ………………………………………… 33

Tabel 16. Neraca Panas Masuk Overall ……………………………………… 34

Tabel 17. Neraca Panas Keluar Overall ……………………………………… 35

Tabel 18. Perincian Luas Tanah Bangunan………………………………………39

Tabel 19. Kebutuhan Air Pendingin …..……………………………………… 61

Tabel 20. Kebutuhan Air untuk Steam ……………………………………….. 62

Tabel 21. Jumlah Total Kebutuhan Air ………………………………………. 65

Tabel 22. Kebutuhan Listrik Proses ……..……………………………………. 80

Tabel 23. Kebutuhan Listrik Utilitas …………………………………………. 81

Tabel 24. Jumlah Lumen ……..……………………………………………… 82

Tabel 25. Total Kebutuhan Listrik …………….……………………………… 84

Tabel 26. Jadwal Pembagian Kelompok Shift ….………………………………100

Tabel 27. Jadwal Pembagian Kelompok Shift Lanjutan ………..………………101

Tabel 28. Perincian Golongan, Kualifikasi, Jumlah Dana Gaji Karyawan ..…..102

Tabel 29. Indeks Harga Alat …..………………………………………………107

xv

Tabel 30. Total Fixed Capital Investment ………………………..…………...112

Tabel 31. Working Capital Investment…………………………………………112

Tabel 32. Total Capital Investment …….………………………………......… 112

Tabel 33. Direct Manufacturing Cost…………………………………………..113

Tabel 34. Indirect Manufacturing Cost ……………….………………………..113

Tabel 35. Fixed Manufacturing Cost ………………………………………….113

Tabel 36. Total Manufacturing Cost ……………………………………………114

Tabel 37. General Expense ………….……….………………………………..114

Tabel 38. Total Penjualan Produk ………….………………………………...114

Tabel 39. Fixed Cost ……….….................................................................... 117

Tabel 40. Variable Cost ……..………………………………………………. 117

Tabel 41. Regulated Cost ……….…………………………………………….117

Tabel 42. Analisis Kelayakan ………..………………………………………119

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Grafik Impor Polistirena di Indonesia ………….…………………… 3

Gambar 2. Diagram Alir Kualitatif ………………..………………………… 23

Gambar 3. Diagram Alir Kuantitatif ………………………………………… 24

Gambar 4. Tata Letak Pabrik ........................................................................... 40

Gambar 5. Tata Letak Alat ............................................................................... 42

Gambar 6. Diagram Alir Pengolahan Air Sungai ……..………………………. 59

Gambar 7. Blok Diagram Proses Pengolahan Limbah ..………………………. 89

Gambar 8. Struktur Organisasi Pabrik ………….……………………………. 93

Gambar 9. Chemical Engineering Cost Index ………….…………………….. 108

Gambar 10. Analisis Kelayakan Ekonomi Pabrik Polistirena …….………….. 119

Gambar 11. Cash flow Pabrik Polistirena……………………..............................120