NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK ALUMINIUM FLUORIDA DARI ASAM FLUOSILIKAT DAN ALUMINIUM HIDROKSIDA KAPASITAS TON/TAHUN

Transkripsi

1 NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK ALUMINIUM FLUORIDA DARI ASAM FLUOSILIKAT DAN ALUMINIUM HIDROKSIDA KAPASITAS TON/TAHUN Oleh: VIRMAN HANDOYO D Dosen Pembimbing: Eni Budiyati, S.T., M.Eng. Kun Harismah, Ph.D. PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA SURAKARTA 2016

2

3 ABSTRAKSI Produk AlF3 dibutuhkan oleh industri peleburan Al untuk menurunkan titik lebur Al, sehingga besar kebutuhan bahan bakar untuk panas peleburan dapat dikurangi. Kebutuhan AlF3 semakin meningkat dari tahun ke tahun, khususnya negara-negara maju yang memiliki banyak industri Al di dalamnya seperti Cina dan India. Pabrik ini akan didirikan pada tahun 2020 di daerah Gresik dengan bahan baku H2SiF6 dan Al(OH)3 berkapasitas produksi sebesar ton/tahun. Reaktor yang digunakan adalah reaktor CSTR (Continuous Stirred Tank Reaktor) yang berlangsung eksotermis pada fase padat-cair dengan kondisi operasi 70 o C dan tekanan 1 atm. Proses utama selanjutnya adalah kristalisasi dan pengeringan. Untuk memproduksi AlF3 dengan kapasitas 5.050,505 kg/jam dibutuhkan H2SiF6 sebanyak 8.477,641 kg/jam dan Al(OH)3 sebanyak 4.518,540 kg/jam. Sedangkan kebutuhan utilitas air sebanyak 2.653,772 kg/jam, steam sebanyak 2.666,488 kg/jam, listrik sebanyak 1.212,123 kw, udara tekan sebanyak 115,582 kg/jam, bahan bakar solar sebanyak 69,986 liter/jam dan propana sebanyak 553,510 kg/jam. Pabrik beroperasi selama 330 hari dengan jumlah karyawan 202 orang. Analisis ekonomi menunjukkan besarnya Percent Return on Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 35,5% dan sesudah pajak sebesar 26,6%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak selama 2,20 tahun dan sesudah pajak selama 2,73 tahun. Break Event Point (BEP) sebesar 49,38%, Shut Down Point (SDP) sebesar 27,97% dan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 34,91%. Berdasarkan hasil di atas serta mempertimbangkan beberapa aspek seperti kondisi operasi alat dengan tekanan atmosferis dan suhu rendah, bahan baku tidak bersifat volatil dan higroskopis, limbah tidak merusak lingkungan serta letak pendirian pabrik di daerah non-konflik, maka pabrik AlF3 ini menguntungkan dan layak untuk didirikan. Kata kunci: aluminium fluorida, aluminium hidroksida, asam fluosilikat

4 ABSTRACT AlF3 products needed by industry consolidation Al to lower the melting point of Al, so a great need for fuel for the heat of fusion can be reduced. AlF3 needs is increasing from year to year, particularly the developed countries that have a lot of industries Al in it such as China and India. This factory will be established in 2020 in Gresik with raw materials H2SiF6 and Al(OH)3 with production capacity of 40,000 tons/year. The reactor used is a reactor CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) which took place in the exothermic solid-liquid phase with the operating conditions of 70 C and a pressure of 1 atm. The next main process is crystallization and drying. To produce AlF3 with a capacity of kg / h takes H2SiF6 much as kg / hr and Al(OH)3 as much as kg/hour. While the need for water utilities as much as kg/hour of steam as much as kg/hour, as much as kw of electricity, compressed air as much as kg/hour, the diesel fuel as much as liters/hour and propane as much as kg/hour. The factory operated for 330 days with the number of employees 202 people. The economic analysis shows the Percent Return on Investment (ROI) before tax of 35.5% and 26.6% after tax. Pay Out Time (POT) before taxes for 2.20 years and 2.73 years after tax for. Break Event Point (BEP) amounted to 49.38%, Shut Down Point (SDP) 27.97% and the Discounted Cash Flow (DCF) of 34.91%. Based on the above results and to consider several aspects such as operating conditions instrument with atmospheric pressure and low temperature, the raw material is not volatile and hygroscopic, waste does not damage the environment and location of the establishment of factories in the area of non-conflict, the plant AlF3 is profitable and feasible to set. Keyword: aluminium fluoride, aluminium hydroxide, fluosilicic acid

5 A. PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Pendirian Pabrik Aluminium sering dijumpai dalam keseharian karena merupakan bahan baku peralatan dapur, kaleng susu, kembang api, konduktor listrik, industri properti, otomotif dan masih banyak barang lainnya yang berbahan dasar aluminium fluorida. Karena saat ini industri otomotif dan properti sangat berkembang pesat di Indonesia maka pendirian pabrik aluminium fluorida akan menjadi jalan keluar yang tepat dan memiliki prospek yang baik. Saat ini Aluminium fluorida hanya diproduksi oleh PT. Petrokimia Gresik untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri yang sangat banyak, karena untuk menghasilkan 1 ton Aluminium diperlukan sekitar 40 kg aluminium fluorida. Sehingga produsen aluminium masih sering melakukan impor aluminium fluorida agar produksi tetap berjalan, oleh karena itu pendirian pabrik aluminium fluorida sangat berpeluang dan dimungkinkan untuk didirikan di Indonesia. 2. Kapasitas Produksi Kapasitas produksi dirancang sebanyak ton/tahun untuk memenuhi pasar dalam dan luar negeri, penentuan kapasitas didasarkan pada kebutuhan yang digunakan di dalam negeri maupun di ekspor ke luar negeri pada tahun (Tabel 1) dan produksi pabrik yang telah berdiri (Tabel 2). Tabel 1. Data Konsumsi AlF3 di Indonesia dan Luar Negeri (BPS, ) No. Tahun Jumlah (Ton) Dalam negeri Luar negeri

6 Tabel 2. Data Pabrik Penghasil Aluminium Fluorida No. Nama Perusahaan Kapasitas (Ton/tahun) Lokasi 1 Alufluor (2011) Sweden 2 MexiChem (2011) Meksiko 3 Arab Mining co. (2008) Tunisia 4 Aohan Yinyi Mininh co, Ltd. (2013) China 5 Boliden Odda ( 2014) Norway 6 Fluorsid co. (2014) Italia 7 Gulf Fluor (2014) UEA 8 Petrokimia Gresik (2014) Indonesia 9 Rio Tinto Alcan (2014) Canada 3. Pemilihan Proses Proses yang digunakan untuk memproduksi aluminium fluorida terdiri dari 3 macam (Tabel 3). Tabel 3. Pemilihan Proses Berdasarkan Aspek Teknis dan Ekonomi Parameter Proses 1 Proses 2 Proses 3 Bahan baku H2SiF6.SiF4 H2SiF6 CaF2 H2SO4 H2SO4 Al2O3 Al(OH)3 Al2O3 Konsumsi energi Besar Sedang Besar Kemurnian produk 92% 95% 92% Persedian bahan baku Melimpah tersedia di Indonesia Melimpah tersedia di Indonesia Melimpah import dari China Investasi ekonomi Besar Sedang Besar Berdasarkan Tabel 3 disimpulkan untuk menggunakan proses 2 dengan pertimbangan persediaan bahan baku yang melimpah dan terdapat di Indonesia sehingga tidak memerlukan biaya transportasi yang mahal. B. DESKRIPSI PROSES 1. Proses Produksi Aluminium Fluorida Proses produksi aluminium fluorida dengan bahan asam fluosilikat dan aluminium hidroksida dilakukan dengan mereaksikan keduanya di dalam reaktor, setelah reaksi terbentuk kemudian dilakukan proses kristalisasi untuk mendapatkan padatan aluminium fluorida. Apabila padatan telah terbentuk proses selanjutnya adalah pengeringan menggunakan rotary dryer, selain proses-proses tersebut terdapat proses tambahan yang bertujuan mendapatkan kemurnian produk dengan kadar tinggi. 2. Kondisi Operasi Reaktor Pada reaktor terjadi proses pencampuran asam fluosilikat dan aluminium hidroksida (Persamaan 1). H2SiF6 + 2Al(OH)3 2AlF3 + SiO2 + 4H2O... (1)

7 Reaktor bersifat isothermal (suhu 70 C dan tekanan 1 atm), dengan tujuan menjaga kualitas produk yang akan diproduksi. Perbandingan asam fluosilikat dan aluminium hidroksida dalam reaktor adalah 2:1 (Karlstrom, 2002). 3. Tinjauan Termodinamika Suatu reaksi dapat dikatakan eksotermis ataupun endotermis apabila reaksi tersebut menghasilkan panas ataupun melepas panas, hal tersebut dapat diketahui dengan menghitung tinjauan termodinamika. Terjadinya perubahan entalpi selama reaksi tersebut berlangsung pada suhu standar 298K akan menunjukkan besarnya nilai ΔH R dengan memperhatikan persamaan 1. a. Menentukan nilai ΔH R ΔH R 298 = ΔH f produk - ΔH f reaktan Tabel 4. Nilai ΔH f 298 Setiap Komponen Keadaan Standar (Karlstrom, 2002) AlF3 Komponen Al(OH)3 H2O H2SiF6 SiO2 ΔH f 298 (kj/mol) Sehingga dihasilkan ΔH R 298 sebesar ,191 kj/mol yang artinya bersifat eksotermis (menghasilkan panas). b. Menentukan nilai ΔG R ΔG R 298 = ΔG f produk - ΔG f reaktan Tabel 5. Nilai ΔG f 298 Setiap Komponen Keadaan Standar (Karlstrom, 2002) AlF3 Komponen Al(OH)3 H2O H2SiF6 ΔG f 298 (kj/mol) , ,39-228, ,93-856,30 SiO2 Sehingga diperoleh hasil perhitungan ΔG R 298 sebesar 1.034,05 kj/mol yang artinya reaksi tersebut berjalan secara spontan. C. SPESIFIKASI ALAT UTAMA PROSES 1. Filter Tabel 4. Spesifikasi Filter Kode H-130 Fungsi Memisahkan H2SiF6 dari padatan pengotor untuk recycle Tipe Sand filter berbentuk tangki silinder vertikal berisi tumpukan pasir dan kerikil Bahan Carbon steel type SA-283 grade C Rate umpan 0,563 ton/jam

8 Debit Tinggi Diameter Jumlah 20,203 ft 3 /jam 0,581 m 0,290 m 1 buah 2. Kristalizer Tabel 6. Spesifikasi Kristalizer Kode S-120 Fungsi Membentuk kristal AlF3.3H2O dari AlF3 dan H2O Tipe Stirred tank crystallizer dilengkapi dengan jaket dan tutup atas berupa torispherical dished head dan bawah berupa konis terpancung Bahan Carbon steel SA 283 grade B Kondisi operasi - Suhu (T) 65 C - Tekanan (P) 1 atm Volume 97,003 ft 3 Tekanan desain 16,232 psi Dimensi - Silinder Diameter dalam 1,514 m Diameter luar 1,524 m Tinggi 2,271 m Tebal 0,187 in - Tutup atas Tipe Torispherical dished head Tebal 0,187 in Tinggi 0,256 m - Tutup bawah Tipe Konis terpancung Tebal 0,187 in Tinggi 0,356 m - Tinggi total 2,939 m - Jaket pendingin Diameter dalam jaket 68,000 in Diameter luar jaket 68,500 in Tinggi jaket 2,683 m Tebal jaket 0,250 in - Nozzle

9 Pemasukan (arus 5) 2,5 in Pengeluaran slurry (arus 6) 3 in Pengeluaran gas (arus 20) 3 in Air pendingin (masuk) 24 in Air pendingin (keluar) 24 in Pengaduk - Tipe Six blade disk - Diameter 0,505 m - Kecepatan 123,000 rpm - Jumlah 2 buah - Tenaga motor 5 Hp Leg support - Tipe l beam - Ukuran 7 x 3 3 in 4 - Berat 20,000 lb/ft - Luas penampang 5,830 in 2 Baut - Diameter 1,625 in - Jumlah 8 buah Lug dan gusset - Tebal plate horisontal 7 in - Tebal plate vertikal 3 in Pondasi Beton berbentuk prisma Jumlah 4 buah 3. Reaktor Tabel 7. Spesifikasi Reaktor Kode R-100 Fungsi Mereaksikan H2SiF6 dan Al(OH)3 Tipe Reaktor CSTR (Continuous Stirred Tank Reaktor) silinder vertikal dengan tutup atas dan bawah berupa torispherical dished head dilengkapi pengaduk dan jaket Bahan Carbon steel SA 283 grade B Kondisi operasi - Suhu (T) 70 C - Tekanan (P) 1 atm Volume 10,812 ft 3 Tekanan desain 17,567 psi Dimensi - Silinder

10 Diameter dalam 0,803 m Diameter luar 0,812 m Tinggi 0,803 m Tebal 0,187 in - Tutup atas dan bawah Tipe Torispherical dished head Tinggi 0,143 m Tebal 0,187 in - Tinggi total 1,173 m - Jaket pendingin Diameter dalam jaket 40,000 in Diameter luar jaket 40,375 in Tinggi jaket 1,031 m Tebal jaket 0,200 in - Nozzle Pemasukan Al(OH)3 1,5 in Pemasukan H2SiF6 2,5 in Pengeluaran (arus 3) 2 in Air pendingin (masuk) 22 in Air pendingin (keluar) 22 in Pengaduk - Tipe Six blade disk - Diameter 0,267 m - Kecepatan 237,880 rpm - Jumlah 2 buah - Tenaga motor 2 Hp Leg support - Tipe l beam - Ukuran 10 x 3 in - Berat 14,750 lb/ft - Luas penampang 4,290 in 2 Baut - Diameter 1,625 in - Jumlah 8 buah Lug dan gusset - Tebal plate horisontal 4,5 in - Tebal plate vertikal 2 in Pondasi Beton berbentuk prisma Jumlah 3 buah

11 4. Rotary Dryer Tabel 8. Spesifikasi Rotary Dryer Kode B-170 B-180 Fungsi Mengurangi kadar air SiO2 Mengurangi kadar air dan air kristal di dalam AlF3 Tipe Single shell direct heat rotary dryer Single shell direct heat rotary dryer Bahan Stainless steel, SA 167 grade 3 type Cr - 8 Ni Stainless steel, SA 167 grade 3 type Cr - 8 Ni Rate umpan 2.841,709 kg/jam ,327 kg/jam Temperatur umpan - Masuk 65 o C 65 o C - Keluar 110 o C 350 o C Rate udara ,460 kg/jam ,158 kg/jam Temperatur udara - Masuk 117 o C 420 o C - Keluar 114 o C 323 o C Volume rotary dyer 2.916,229 ft ,995 ft 3 Diameter shell 7,283 ft 7,800 ft Panjang shell 70,035 ft 77,584 ft Tebal shell 0,188 in 0,188 in Kecepatan putar 3,717 rpm 3,471 rpm Slope rotary dryer 0,284 o 0,606 o Corong umpan pemasukan - Volume 291,623 ft 3 370,500 ft 3 - Diameter 4,000 ft 4,000 ft - Panjang 27,862 ft 35,398 ft Flight rotary dryer - Tipe Flight 45 o lip-flight Flight 45 o lip-flight - Jumlah flight 15 buah 16 buah - Tinggi radial flight 0,910 ft 0,975 ft - Jarak antara flight 5,150 ft 5,515 ft Tenaga motor Jumlah roll support 4 buah 4 buah Jumlah poros support 4 buah 4 buah Jumlah bearing 20 buah 20 buah Pondasi Beton berbentuk Beton berbentuk prisma prisma Diameter baut 0,5 in 0,5 in

12 Jumlah 1 buah 1 buah 5. Sentrifuge Tabel 9. Spesifikasi Sentrifuge Kode H-110 H-130 H-140 H-150 Fungsi Memisahkan Memisahkan Memisahkan SiO2 dari AlF3.3H2O SiO2 dari slurry keluaran reaktor (R-100C) dari slurry slurry keluaran centrifuge (H-130) keluaran tangki penampung sementara (F-121) Memisahkan Al(OH)3 dari slurry keluaran centrifuge (H-140) Tipe Nozzle Nozzle Disk Disk discharge discharge Bahan Carbon steel Carbon steel Carbon steel Carbon steel Debit 8,561 m 3 /jam 7,246 m 3 /jam 0,528 m 3 /jam 0,473 m 3 /jam Diameter bowl 16 in 18 in 7 in 7 in Panjang bowl 40 in 45 in 17,5 in 17,5 in Putaran rpm rpm rpm rpm Waktu tinggal 1,847 menit 3,106 menit 2,505 menit 2,796 menit Tenaga motor 40 Hp 40 Hp 0,333 Hp 40 Hp Jumlah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah D. MANAJEMEN PERUSAHAAN Pabrik aluminium fluorida berdiri dalam naungan sebuah perusahaan yang berbentuk perseroan terbatas dengan 4 pertimbangan. 1. Perusahaan dapat memperoleh modal dari penjualan saham ke publik dimana penanam modal memiliki minat dalam industri ini. 2. Tanggungjawab pemegang saham terbatas hanya pada besar modal yang ditanam dan tidak ikut serta menanggung hutang perusahaan. 3. Kelangsungan hidup perusahaan terjamin karena tidak terpengaruh berhentinya karyawan. 4. Manajemen lebih baik karena karyawan dapat dipilih sesuai kebutuhan dalam perusahaan seesuai kemampuan dan pengalaman. Karyawan perusahaan dibagi menjadi 2 macam (karyawan shift dan non-shift), dimana karyawan shift menangani produksi secara langsung yang terbagi dalam 4 shift (3 shift bekerja sesuai jadwal dan 1 shift libur) dengan massa kerja 7 hari dalam

13 Rupiah/ tahun ( x 109) 1 minggu. Sedangkan karyawan non-shift adalah yang tidak menangani proses secara langsung (direktur, staff ahli, kepala bagian) dengan masa kerja 5 hari dalam 1 minggu. E. ANALISA EKONOMI DAN KESIMPULAN Analisa ekonomi bertujuan untuk mengetahui kelayakan pendirian pabrik aluminium fluorida, dengan kapasitas produksi ton/tahun dibutuhkan modal kerja sebanyak Rp dengan keuntungan sebelum pajak sebesar Rp dan keuntungan setelah pajak sebesar Rp Sehingga diperoleh Break Even Point sebesar 49,38%, Shut Down Point sebesar 27,97%, Return on Investment sebelum pajak sebesar 35,47%, Return on Investment setelah pajak sebesar 26,60% dan Discounted Cash Flow sebesar 34,91%. Pabrik ini memiliki resiko rendah karena bahan baku yang tidak volatil dan higroskopis, pendirian pabrik terletak di daerah yang tidak terjadi konflik, kondisi operasi tidak memerlukan tekanan dan suhu yang tinggi. Berdasarkan hasil perhitungan tersebut maka pabrik aluminium fluorida layak untuk didirikan di kabupaten Gresik, Jawa Timur RA 600 SA 400 VA 200 0,3 RA 0 SDP BEP Tingkat Produksi per tahun (%) FA Gambar 1. Grafik Analisis Kelayakan Pabrik Aluminium Fluorida Keterangan: Fa : Fixed expense Ra : Regulated expense Sa : Sales Va : Variable expense

14 F. DAFTAR PUSTAKA Aries, R.S., dan Newton, R.D Chemical Engineering Cost Estimation. McGraw Hill Book Company. New York. Brown, G.G., Kaltz, D., Foust, A.S., dan Schneidewind, R Unit Operation Modern Asia Edition. John Wiley and Sons, Inc. New York. Brownell, L.E. dan Young, E.H Process Equipment Design. John Wiley and Sons, Inc. New York. Coulson, J.M. dan Richardson, J.F Chemical Engineering, Vol 6. Pergamon International Library. New York. Geankoplis, C.J Transport Process and Unit Operations, 2 nd ed. Allyn and Bacon, Inc. Boston. Gernes, D.C., Gatos, L., dan Kinf, W.R Producing Aluminium Fluoride. USA. Patent No. 3,057,681. Karlstrom, John Reactor Model for Production of Aluminium Fluoride. Sweden. Kern, D.Q Process Heat Transfer. McGraw Hill Book Company, Inc. New York. Kirk, R.E., dan Othmer, D.F Encyclopedia of Chemical Technology, 3 rd ed. John Wiley and Sons, Inc. New York. McCabe, W.L., Smith, J.C., dan Harriott, P Unit Operation of Chemical Engineering International Editions. McGraw Hill Book Company, Inc. New York. Perry, R.H. dan Green, D.W Perry s Chemical Engineer s Handbook, 6 th ed. McGraw Hill Book Company, Inc. New York. Peters, M.S. dan Timmerhaus, K.D Plant Design and Economics for Chemical Engineers, 4 th ed. McGraw Hill Book Company, Inc. New York. Silla, H Chemical Process Engineering. Marcel Dekker, Inc. New York. Smith,J.M., dan Van Ness, H.T Introduction of Chemical Engineering Thermodynamics, 4 th ed. Mc Graw Hill,Inc. Singapore. Treyball, R.E Mass-Transfer Operations, 3 rd ed. McGraw Hill Book Company, Ltd. Japan. Ulrich, G.D A Guide To Chemical Engineering Process Design and Economics. John Wiley and Sons, Inc. Japan. Walas, S.M Chemical Process Equipment Selection and Design. Butterworth-Heinemann. USA. Yaws, C.L Chemical Properties Handbook. McGraw Hill Book Company, Inc. New York.