Tinjauan Komprehensif Perancangan Awal Pabrik Furfural Berbasis Ampas Tebu di Indonesia

Transkripsi

1 Tinjauan Komprehensif Perancangan Awal Pabrik Furfural Berbasis Ampas Tebu di Indonesia Anondho Wijanarko 1, Johanes Anton Witono 2, Made Satria Wiguna 3 1 Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Indonesia. anondho@che.ui.edu 2 PT Pacific Oil and Gas Indonesia. jwitono@gmail.com 3 PT Chevron Pacific Indonesia. satria.wiguna@chevron.com Abstrak - Furfural merupakan senyawa kimia yang dihasilkan dari reaksi hidrolisis dan dehidrasi pentosa dengan bantuan katalis asam. Pentosa dari senyawa hemiselulosa, banyak terkandung didalam biomasssa, salah satunya ampas tebu. Furfural memiliki aplikasi yang luas dalam berbagai industri, seperti pengolahan minyak bumi, pembuatan nilon, pelapisan, farmasi, dan serat sintetik. Berdasarkan analisa pasar dalam negeri, maka didapatkan kapasitas pabrik furfural yang akan dibangun sebesar 510 ton/tahun. Pabrik ini direncanakan akan dibangun di Kawasan Industri Gresik (KIG), dengan total lahan yang dibutuhkan seluas 101x72 m 2. Mode operasi proses menggunakan kombinasi proses batch dan kontinyu. Reaksi utama berlangsung dalam reaktor berpengaduk selama 3 jam pada suhu 128 o C dan tekanan 3 atm. Kinerja proses pabrik furfural ini ditunjukkan melalui efisiensi energi sebesar 93,7% dan efisiensi karbon sebesar 83,7%. Dari hasil perhitungan ekonomi, untuk mendirikan pabrik furfural ini, total investasi kurang lebih sebesar US$ 4,7 juta dengan biaya manufaktur sebesar US$ 1,1 juta. Nilai Net Present Value (NPV) kurang lebih sebesar US$ 3,3 juta, tingkat pengembalian internal/ internal rate of return (IRR) sebesar 12,3%, dengan waktu pengembalian kurang lebih selama 3 tahun 9 bulan. Perubahan yang paling sensitif terhadap kelayakan pabrik ini adalah kapasitas terpasang pabrik, dimana kapasitasnya tidak boleh kurang dari 463 ton/tahun. 1. Pendahuluan Agroindustri di Indonesia merupakan sektor yang memiliki peran yang sangat penting dalam perindustrian nasional. Namun kegiatan pasca panen dan pengolahan hasil pertanian, termasuk pemanfaatan produk samping dan sisa pengolahannya masih kurang. Produk pertanian Indonesia umumnya hanya dipasarkan dalam bentuk primer, sehingga bernilai rendah dan rentan terhadap fluktuasi harga, sebab harga komoditas primer umumnya cenderung menurun, sedangkan harga produk olahan cenderung meningkat [1]. Dalam industri pengolahan tebu menjadi gula, ampas tebu yang dihasilkan jumlahnya dapat mencapai 90% dari setiap tebu yang diolah, sedangkan kandungan gula yang termanfaatkan hanya sebesar 5%. Selama ini, pemanfaatan ampas tebu sebagai bahan baku particle board, pulp, bahan baker, pupuk, dan pakan ternak bersifat terbatas dan bernilai ekonomi rendah. Dibutuhkan teknologi baru untuk mendiversifikasikan pemanfaatan ampas tebu tersebut menjadi produk bernilai ekonomi tinggi, salah satu alternatifnya adalah diolah menjadi Furfural [1,2]. Ampas tebu dapat diolah menjadi furfural karena memiliki kandungan pentosan yang merupakan komponen utama dalam proses sintesis furfural. Bahan baku lain yang dapat digunakan dalam produksi furfural selain ampas tebu antara lain: tongkol jagung, sekam padi, kayu, rami dan sumber lainnya yang mengandung pentosan [3]. Furfural banyak digunakan sebagai pelarut dalam industri pengolahan minyak bumi dan pembuatan pelumas pada pembuatan nilon. Selain itu furfural juga berfungsi sebagai senyawa intermediate untuk pembuatan furfuril alkohol, tetrahidrofuran, industri farmasi, herbisida, dan aplikasi pada pewangi [4,5,6,7]. Tingginya permintaan furfural dan belum adanya produsen furfural di dalam negeri, menyebabkan Indonesia selama ini mengimpor furfural dari luar negeri, seperti dari Cina yang merupakan produsen furfural terbesar di dunia [7]. Karena alasan-alasan tersebut, maka perlu dilakukan pengkajian kelayakan teknis/ekonomis mengenai pendirian pabrik yang akan memproduksi furfural dengan bahan baku berupa ampas tebu. Dengan demikian dapat diketahui peluang pembangunan pabrik furfural di Indonesia. 2. Latar Belakang Teori Ampas tebu merupakan limbah berserat dari batang tebu setelah melalui proses penghancuran dan ekstraksi. Ampas tebu, seperti halnya biomassa yang lain, terdiri dari tiga penyusun utama, yaitu: selulosa, hemiselulosa, lignin dan sisanya unsur penyusun lainnya. Ampas tebu yang dihasilkan dari industri gula di Indonesia, 30% diantaranya dipergunakan sebagai bahan bakar untuk boiler industri gula, sedangkan 70% sisanya diambil sebagai ampas tebu yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan gabus, particle board, makanan ternak, pulp dan furfural [2]. A. Wijanarko, J. A. Witono & M. S. Wiguna - 1

2 Furfural (C 5 H 4 O 2 ) atau sering disebut dengan 2- furankarboksaldehid, furaldehid, furanaldehid, 2- Furfuraldehid, merupakan senyawa organik turunan dari golongan furan. Furfural merupakan cairan berwarna kuning tua hingga coklat dan memiliki aroma yang kuat. Furfural dengan titik didih 161,7 o C (1 atm), merupakan senyawa yang kurang larut dalam air namun larut dalam alkohol, eter, dan benzena. Furfural dapat disintesis dari berbagai jenis biomassa yang memiliki kandungan pentosan, dengan tahapan reaksi, yaitu : reaksi hidrolisis dengan katalis asam yang dilanjutkan dengan reaksi dehidrasi [5,8]. Kedua reaksi diatas dapat dilakukan dengan siklus batch maupun kontinyu[5,6]. Tabel 1 menunjukkan perbandingan proses batch dan kontinyu. Dalam bentuk baku, furfural banyak digunakan sebagai pelarut dalam industri penyulingan minyak bumi dan industri pembuatan minyak-minyak pelumas, serta untuk mensintesis senyawa turunan yang digunakan pada industri pembuatan nilon. Senyawa turunan yang dapat disintesis dari furfural diantaranya adalah furfuril alkohol dan furan. Furfuril alkohol umumnya digunakan dalam industri yang memproduksi serat sintetik dan untuk mensintesis senyawa yang digunakan dalam industri pelapisan (coating), industri cat, dan beberapa industri farmasi; sedangkan furan dipakai dalam industri farmasi, industri yang memproduksi serat sintetik, herbisida, dan untuk mensintesis pelarut yang digunakan dalam industri pembuatan PVC [4,5,6,7]. Tabel 1. Perbandingan proses batch dan kontinyu [8,9] Parameter Proses Batch Proses Kontinyu Umpan Ampas Tebu Pentosa Jumlah Reaktor 1 2 Kondisi Operasi Atmosferik, + 68 atm, o C Suhu Tinggi Produk Samping Lebih Sedikit Sedikit Pemurnian Furfural Distilasi Azeotropik Ekstraksi dan Distilasi Glukosa (dextrose) merupakan produk samping yang diperoleh pada reaksi melalui pembentukan furfural, pada tahapan reaksi hidrolisis. Glukosa tergolong gula monosakarida dengan rumus empiris C 4 H 12 O 4. Penggunaan glukosa banyak diterapkan sebagai bahan baku permen, permen karet, selai, jelly, sirup dan produk konsumen lainnya. 3. Metodologi Langkah-langkah yang akan dilakukan untuk perancangan awal pabrik ini adalah : a. Melakukan analisa pasar furfural di Indonesia untuk menentukan kapasitas pabrik b. Membuat deskripsi serta diagram alir proses lengkap berdasarkan mode proses yang digunakan. c. Menghitung neraca massa dan energi menggunakan piranti lunak CHEMCAD 5.2 d. Melakukan analisa teknis terhadap rancangan yang dibuat berdasarkan parameter proses, desain peralatan proses utama dan pendukung, serta kebutuhan utilitas. e. Membuat rancangan detail reaktor, kolom ekstraksi, kolom distilasi, kolom flash, dan unit penukar panas (heat exchanger). f. Menentukan lokasi pabrik. g. Membuat tata letak pabrik, manajemen proyek, dan struktur organisasi. h. Menghitung kelayakan ekonomi dari pabrik. 4.1 Aspek Pasar 4. Hasil dan Diskusi Menurut data DEPPERINDAG, untuk memenuhi meningkatnya permintaan Furfural di Indonesia diperoleh melalui impor dari luar negeri. Impor terbesar diperoleh dari Cina yang merupakan produsen terbesar Furfural di dunia saat ini. Oleh karena itu data permintaan yang dipergunakan hanya berdasarkan pada impor. Faktor PDB dan populasi (P) merupakan variabel yang mempengaruhi permintaan furfural di Indonesia, maka kedua faktor tersebut digunakan untuk mendapatkan persamaan prediksi permintaan furfural (D furfural ) di Indonesia, sebagai berikut: D furfural = (1,098xPDB)+(14691,02xP)....(1) Gambar 2 menunjukkan estimasi proyeksi permintaan furfural berdasarkan persamaan diatas. Permintaan (kg) DATA PROYEKSI Tahun Pesimis Most Probable Optimis Gambar 2. Data dan proyeksi permintaan furfural Indonesia (Sumber Data : Dirjen IKAHH, Depperindag) A. Wijanarko, J. A. Witono & M. S. Wiguna - 2

3 Gambar 3. Diagram alir blok proses produksi furfural 4.2 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk Bahan baku yang digunakan adalah ampas tebu yang diasumsikan berukuran 5 mm dan diperoleh dari PTPN X dan XI di Surabaya, asam sulfat 36% sebagai katalis yang diperoleh dari PT Liku Telaga Gresik, dan toluena 98,5% sebagai pelarut yang diperoleh dari PERTAMINA UP IV Cilacap. Produk utama Furfural dihasilkan dengan kemurnian 98% sesuai dengan spesifikasi pasar, sementara glukosa sebagai produk samping juga memiliki kemurnian 98%. 4.3 Deskripsi Proses Dalam perancangan pabrik ini digunakan kombinasi antara proses batch dan proses kontinyu. Untuk menghubungkan jalannya kedua mode operasi digunakan bantuan tanki antara (holding tank). Gambar 3 menunjukkan diagram alir blok proses produksi furfural. Proses batch digunakan pada : - Unit penanganan awal, dimana berlangsung proses pengenceran asam sulfat 36% menjadi 6%. - Unit reaksi utama, dimana semua bahan baku telah dimasukkan dalam reaktor dan siap untuk direaksikan. Kondisi operasi reaktor adalah suhu 128 o C dan tekanan 3 atm. Reaksi berlangsung selama 180 menit (3 jam), setelah itu dilanjutkan dengan penguapan. Yield pembentukan furfural dari pentosan adalah 73%. Pada kondisi operasi tersebut dihasilkan produk samping yaitu glukosa dan asam asetat. Reaksi-reaksi yang terjadi dalam reaktor adalah sebagai berikut [8] : Hidrolisis selulosa menjadi glukosa: Asam C H O + nh O nc H (2) ( ) O6 n Hidrolisis pentosan menjadi pentosa: Asam C H O + nh O nc H (3) ( 5 8 4) O5 n Dehidrasi pentosa membentuk Furfural: Asam nc H O nc H O + nh O (4) Pembentukan asam asetat : Asam asetat terbentuk akibat reaksi hidrolisis terhadap gugus asetil pada komponen hemiselulosa di ampas tebu. Proses kontinyu digunakan pada unit penanganan akhir yang terdiri atas : - Unit Pemurnian Furfural, merupakan unit dimana furfural yang diuapkan dengan kukus tekanan rendah kemudian dikondensasikan untuk selanjutnya diekstraksi dengan pelarut toluena untuk memisahkannya dari air dan asam asetat. Untuk memisahkan Furfural dari toluena dan mendapatkan konsentrasi Furfural sesuai spesifikasi digunakan proses distilasi. - Unit Pemisahan Ampas Tebu dan Glukosa, merupakan unit dimana asam sulfat; glukosa; dan sisa pentosa yang tidak teruapkan di reaktor, dipisahkan dari ampas tebu yang terdapat didalamnya dengan proses penyaringan. Setelah penyaringan, Glukosa diambil sebagai produk 2 A. Wijanarko, J. A. Witono & M. S. Wiguna - 3

4 samping dengan bantuan kolom pemisah fasa (flash column). Konsentrasi asam sulfat diencerkan hingga 36% agar dapat disimpan dalam tanki penyimpanan. 4.4 Perancangan Kapasitas Kapasitas terpasang pabrik furfural yang akan dibangun sangat bergantung pada jumlah permintaan. Penentuan kapasitas terpasang pabrik furfural ini dihitung dengan mempertimbangkan proyeksi nilai permintaan most-probable furfural pada tahun pertama produksi, yaitu tahun 2006, sebesar kg/tahun. Disamping itu, pabrik baru ini direncanakan hanya akan mengambil 90% pasar domestik mengingat posisinya sebagai produsen baru yang tidak bisa langsung menguasai 100% pasar domestik. Dengan basis perhitungan tersebut maka kapasitas pabrik yang diharapkan adalah sebesar 90% x kg/tahun = kg/tahun (~ kg/tahun). Dalam 1 tahun, proses produksi pabrik direncanakan akan berjalan selama 330 hari; dengan waktu pemeliharaan sebanyak 2 kali, masing-masing selama 10 hari; melakukan antisipasi breakdown selama 5 hari; dan melakukan perawatan secara keseluruhan (overhaul) selama 10 hari. Dari uraian diatas, bahwa waktu operasi bagi pabrik selama satu tahun adalah 330 hari dan terdapat 6 batch dalam satu hari, maka kapasitas pabrik untuk setiap batch adalah 256,56 kg/batch, sehingga diperoleh kapasitas aktual sebesar kg/tahun. Dari hasil simulasi CHEMCAD 5.2, diperoleh kapasitas produksi glukosa sebesar kg/tahun. 4.5 Efisiensi Massa dan Energi Efisiensi massa dan energi dibuat dengan bantuan piranti lunak CHEMCAD 5.2 dan beberapa asumsi. Efisiensi massa diwakilkan melalui efisiensi karbon dalam senyawa. Hasil perhitungan efisiensi massa dan energi dapat dilihat pada tabel 2 dan 3. Kebutuhan utilitas per batch dalam proses produksi pabrik furfural dapat dilihat pada tabel 4. Tabel 2. Efisiensi karbon pabrik furfural Asal Karbon Total Karbon (kmol) Masuk Ampas Tebu 102,92 Keluar Sisa Ampas Tebu 39,44 Furfural 21,50 Glukosa 25,24 Effisiensi Karbon 83,7% Tabel 3. Efisiensi energi pabrik furfural Total Energi Masuk (kj/batch) Total Energi Keluar (kj/batch) Total Energi Hilang/Loss (kj/batch) Effisiensi Energi 93,7% Tabel 4 Kebutuhan utilitas per batch Utilitas Kebutuhan Satuan Kukus Tekanan Rendah ,19 kg Air Pendingin ,65 kg Listrik 800,77 kwh Gas Alam 3.748,69 std.m Peralatan [10] Pemilihan peralatan di pabrik ini disesuaikan dengan fungsinya, berdasarkan pertimbangan kelebihan dan kekurangan dari masing-masing alat, serta didukung dengan pertimbangan ekonomi. Pada pembahasan selanjutnya, peralatan proses ini akan dibagi dalam dua kategori, yaitu : peralatan utama dan peralatan pendukung. Peralatan utama merupakan peralatanperalatan proses yang memiliki fungsi penting seperti tempat berlangsungnya reaksi, proses pemurnian atau pemisahan, dll. Yang termasuk dalam kategori peralatan utama di pabrik ini adalah : reaktor, kolom ekstraksi dan distilasi, kolom flash, serta alat penukar panas (heat exchanger). Peralatan pendukung merupakan peralatan-peralatan proses yang berfungsi mendukung kerja peralatan utama, seperti : mixer, pompa, conveyor, dan tanki-tanki penyimpanan. Reaktor Reaktor digunakan untuk mereaksikan ampas tebu dengan bantuan asam sulfat hingga menghasilkan furfural. Di pabrik ini reaktor yang digunakan adalah jenis reaktor batch. Tabel 7 menunjukkan spesifikasi reaktor dan pengaduknya. Tabel 7. Spesifikasi reaktor No. Alat R-101 Jenis Reaktor Batch Volume (m 3 ) 269,5 Tinggi (m) 10 Diameter (m) 6 Vertikal High Alloy Steel SA 167 Grade 11 Type 37 Dinding (Shell) Lembaran baja 5/8 in. berukuran 2,5 m sebanyak 4 buah disambung secara double welded butt joint Torispherical Head, tebal 1 in. Fondasi Skirt dengan ketebalan ¼ in, dibantu oleh dudukan baut luar (external bolting chair) setebal 1 7/8 in, dengan jumlah baut sebanyak 24 buah berukuran 2½ in. Bearing plate untuk menopang baut setebal 5/8 in. Aksesoris - Flange jenis slip-on flange, dengan ukuran sesuai pipa yang masuk dan keluar reaktor. - Manhole = 20 in. Spesifikasi Pengaduk Jenis pengaduk Cakram dan Pisau (disc and blades) Jumlah bilah (buah) 6 Diameter pengaduk (m) 1,5 Tinggi bilah (m) 0,38 Kecepatan rotasi (rpm) 37 Daya pengaduk (kw) 5,2 Stainless Steel (SS-309) A. Wijanarko, J. A. Witono & M. S. Wiguna - 4

5 Kolom Ekstraksi Kolom ekstraksi digunakan untuk memisahkan furfural dari senyawa lain seperti air dan asam asetat. Kolom ekstraksi yang digunakan di pabrik ini berjenis Pulsed Perforated Plate Column, dengan jenis tray yaitu sieve tray. Kolom jenis ini dipilih karena tegangan permukaan yang terjadi pada kesetimbangan cair-cair di dalam kolom lebih besar dari 10 dyne/cm, sehingga tidak sesuai bila menggunakan jenis kolom yang lain. Kolom ekstraksi ini dilengkapi dengan pulse device berupa pompa jenis diaphragm. Tabel 8 menunjukkan spesifikasi kolom ekstraksi dan pompa diaphragm. Tabel 8. Spesifikasi kolom ekstraksi No. Alat T-101 Jenis Pulsed Perforated Plate Column Tekanan kolom (atm) 3 Jarak antar tray (m) 0,05 Jumlah tray (buah) 21 Jenis tray Sieve tray Diameter (m) 0,8 Tinggi (m) 7,5 Vertikal Carbon Steel SA 285 Grade A Dinding (Shell) Lembaran baja ¼ in. berukuran 2,5m sebanyak 3 buah disambung secara double welded butt joint Torispherical Head, tebal ¼ in. Fondasi Skirt dengan ketebalan ¼ in, dibantu oleh dudukan baut luar (external bolting chair) setebal 3½ in, dengan jumlah baut sebanyak 24 buah berukuran 2½ in. Bearing plate untuk menopang baut setebal 1¼ in. Aksesoris - Flange jenis slip-on flange, dengan ukuran sesuai pipa yang masuk dan keluar kolom ekstraksi. - Manhole = 20 in. Pulse Device Jenis Diaphragm Pump Daya (kw) 31,52 Cast Iron Kolom Distilasi Kolom distilasi di pabrik ini digunakan untuk mendapatkan kembali (recovery) toluena dan juga untuk mendapatkan konsentrasi furfural sesuai dengan yang diinginkan. Kolom distilasi yang dipilih di pabrik ini adalah tipe tray column dengan jenis tray adalah sieve tray. Jenis ini baik dipakai pada kondisi tekanan yang rendah (kurang dari 13kPa) dan diameter kolom sampai dengan 2,5 meter. Selain itu, sieve tray memiliki kapasitas dan efisiensi yang baik. Tabel 9 menunjukkan spesifikasi kolom distilasi. Kolom Flash Kolom flash digunakan di pabrik ini untuk mendapatkan glukosa sebagai produk samping dengan memisahkannya dari asam sulfat setelah keluar dari filter. Proses pemisahan berlangsung pada suhu cukup tinggi mengingat tingginya titik didih dari glukosa. Penukar Panas (Heat Exchanger) Ada dua jenis HE yang digunakan di pabrik ini, yaitu jenis shell-tube dan double pipe. Jenis shell- tube digunakan untuk reboiler dan kondenser di kolom distilasi serta kondenser di aliran keluaran reaktor, sedangkan jenis double pipe digunakan untuk pendingin dan kondenser di aliran keluaran kolom flash. Pertimbangan pemilihan jenis HE didasarkan pada luas area transfer panas yang terjadi di HE tersebut. Shell-Tube dipilih karena memiliki luas area transfer panas lebih dari 10m 2, sedangkan jenis double pipe dipakai karena memiliki luas area transfer panas kurang dari 10m 2. Tabel 12 dan 13 menunjukkan spesifikasi unit penukar panas pabrik furfural. Mixer Mixer digunakan untuk mengencerkan asam sulfat. Mixer yang digunakan dilengkapi dengan pengaduk untuk membantu homogenitas pencampuran. Pemilihan jenis pengaduk yang digunakan berdasarkan pada pertimbangan sesuai untuk proses karena murah dan dapat menangani cairan dari segi viskositasnya. Tabel 14 menunjukkan spesifikasi mixer. Tabel 9. Spesifikasi kolom distilasi No. Alat T-102 Jenis Tray Column Tekanan kolom (atm) 1 Rasio refluks 1,5 Jarak antar tray (m) 0,23 Jumlah tray (buah) 34 Tray umpan 24 Jenis tray Sieve tray Diameter (m) 2,3 Tinggi (m) 9,2 Vertikal Carbon Steel SA 285 Grade A Dinding (Shell) Lembaran baja ¼ in. berukuran 2,5 m sebanyak 4 buah disambung secara double welded butt joint Torispherical Head, tebal 3/8 in. Fondasi Skirt dengan ketebalan ¼ in, dibantu oleh dudukan baut luar (external bolting chair) setebal 1 1/8 in, dengan jumlah baut sebanyak 24 buah berukuran 1 in. Bearing plate untuk menopang baut setebal 5/8 in. Aksesoris - Flange jenis slip-on flange, dengan ukuran sesuai pipa yang masuk dan keluar kolom distilasi. - Manhole = 20 in. Tabel 10. Spesifikasi kolom flash No. Alat V-102 Tekanan (atm) 1 Tinggi/ Diameter (m) 1,2/ 0,8 Vertikal High Alloy Steel SA 167 Grade 11 Type 317 Dinding (Shell) Lembaran baja 3/16 in. berukuran 1,5 m sebanyak 1 buah. Fondasi Aksesoris Torispherical Head, tebal 3/8 in. Skirt dengan ketebalan ¼ in, dibantu oleh dudukan baut luar (external bolting chair) setebal 2 in, dengan jumlah baut sebanyak 24 buah berukuran 1 in. Bearing plate untuk menopang baut setebal 5/8 in. - Flange jenis slip-on flange, dengan ukuran sesuai pipa yang masuk dan keluar kolom distilasi. - Manhole = 20 in. A. Wijanarko, J. A. Witono & M. S. Wiguna - 5

6 Tabel 12. Spesifikasi Shell-Tube Heat Exchanger No. Alat E-101 E-104 E-105 Q (kj/h) 1,46E+07 1,61E+07 1,84E+07 A (m 2 ) 18,66 455,17 75,92 LMTD 38,37 6,92 42,75 Tipe U-Tube U-Tube Fluida panas Keluaran Reaktor LPS Fixed- Head Distilat Laju alir (kg/hr) 6.606, , ,22 T in. ( o C) 159, ,7 T out ( o C) Fluida dingin Air Produk Bawah CW Laju alir (kg/hr) ,65 t in. ( o C) 30,13 139,4 27 t out ( o C) 151,1 156,73 52 Shell Keluaran Reaktor LPS Distilat Diameter (m) 0,3048 0,8382 0,3048 Jenis pitch Square Triangular Triangular Pitch (m) 0, , ,03175 dp (psi) 0, , ,00248 CS CS CS Tube Air Produk Bawah CW ID (in.) 0,93 0,93 0,93 OD (in.) Panjang (m) 3,66 4,88 6,1 Jumlah pipa dp (psi) 0, , ,00102 SS SS SS Uc (W/m 2.K) 25,72 4,91 21,26 Ud (W/m 2.K) 5.674, , ,5 Rd -0,0387-0,2031-0,0469 Tabel 14. Spesifikasi mixer No. Alat V-101 Tekanan kolom (atm) 1 Volume (m 3 ) 228,8 Diameter (m) 5,6 Tinggi (m) 9,3 Vertikal Stainless Steel (SS 317) Dinding (Shell) Lembaran baja berukuran 3/8 in berukuran 2,5 m sebanyak 4 buah Disambung secara double welded joint. Torispherical Head, tebal ½ in. Jenis pengaduk Spesifikasi Pengaduk Cakram dan Pisau (disc and blades) Jumlah bilah (buah) 6 Diameter pengaduk (m) 1,4 Tinggi bilah (m) 0,35 Kecepatan rotasi (rpm) 37 Daya pengaduk (kw) 4,7 Stainless Steel (SS-309) Tabel 13. Spesifikasi Double Pipe HE No. Alat E-102 E-103 Q (kj/h) 1,9E+06 3,86E+04 A (m 2 ) 2,18 0,88 LMTD 42,73 42,8 Fluida panas H 2SO 4 Glukosa Laju alir (kg/hr) 1.911,32 51,13 T in. ( o C) T out ( o C) 152,5 152,5 Fluida dingin Kukus Jenuh Kukus Jenuh Laju alir (kg/hr) 7.544, ,54 t in. ( o C) ,397 t out ( o C) ,398 Annulus H 2SO 4 Kukus Jenuh ID (in.) 3,068 2,067 OD (in.) 3,5 2,375 Tinggi fin (in.) 0,5 0,625 Tebal fin (mm) 0,9 0,9 Jumlah fin dp (psi) 0, ,59E-09 Stainless Steel Carbon Steel Tube Kukus Jenuh Glukosa ID (in.) 2,067 1,049 OD (in.) 2,375 1,315 Panjang (m) 11,5 8,4 Jumlah hairpin 6 1 dp (psi) 3,03 0,046 Stainless Steel Carbon Steel Tabel 15. Spesifikasi conveyor No. Alat C-101A/B C-102 Aliran Umpan Residu Ampas Tebu Ampas Tebu Jenis Screw Screw Diameter (m) 0,23 0,15 Panjang (m) 6 6 Kecepatan rotasi (rpm) Daya (kw) 1 0,159 Daya Motor (kw) 1,5 0,2 Carbon Steel Carbon Steel Tabel 16. Spesifikasi filter No. Alat F-101 Jenis Vacuum Drum Filter Luas area (m 2 ) 756,6 Stainless Steel (SS 309) Tabel 17. Spesifikasi drum No. Alat V-103 Volume (m 3 ) 23,8 Diameter (m) 3,1 Panjang (m) 3,1 Horizontal Dinding (Shell) Carbon Steel Lembaran baja berukuran ¼ in berukuran 2,5 m sebanyak 2 buah Disambung secara double welded joint. Torispherical Head, tebal 3/8 in. Tabel 18. Spesifikasi pompa No. Alat P-101A/B P-102A/B P-103A/B P-104A/B P-105A/B Aliran Asam Sulfat Air Air Toluena Furfural-Toluena Jenis Sentrifugal Sentrifugal Sentrifugal Sentrifugal Sentrifugal Pin / Pout (atm) 1 / 3 1 / 3 1 / 5 1 / 3 1 / 1,1 Laju Alir (gpm) 806, ,61 155,85 155,853 Head (m) 37,93 38,15 46,11 38,12 11,51 Effisiensi 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 Daya (kw) 25,9 2,7 144,6 2,2 1 SS 309 Carbon Steel Carbon Steel Carbon Steel Carbon Steel A. Wijanarko, J. A. Witono & M. S. Wiguna - 4

7 Conveyor Conveyor di pabrik ini berfungsi untuk mengalirkan ampas tebu menuju ke reaktor dan membawa residu ampas tebu ke tempat penampungan limbah padat. Berdasarkan pertimbangan tertentu, maka dipillih jenis screw untuk conveyor di pabrik ini, dengan spesifikasi seperti pada tabel 15. Filter Filter digunakan untuk memisahkan ampas tebu dari senyawa lain yang tidak ikut teruapkan di reaktor. Karena pemasukkan umpan kedalam filter ini dilakukan secara kontinyu, maka filter yang dipilih adalah jenis Vacuum Drum Filter. Filter ini dipilih juga karena lebih murah dibanding dengan jenis filter lain untuk proses kontinyu. Spesifikasi filter dapat dilihat pada tabel Lokasi Pabrik dan Kebutuhan Lahan Berdasarkan beberapa pertimbangan, seperti : ketersediaan bahan baku, lokasi pasar, ketersediaan utilitas, fasilitas, dan infrastruktur, maka dipilih Kawasan Industri Gresik sebagai lokasi untuk mendirikan pabrik ini. Lahan yang masih tersedia seluas 36 ha, dengan harga tanah Rp ,-/m 2. Hasil perhitungan kebutuhan lahan untuk pendirian pabrik ini adalah seluas 101 x 72 m 2 (gambar 4), dengan perincian luas lahan sebagai berikut : Area proses (26 x 18 m 2 ); Area tanki I (24 x 27 m 2 ); Area tanki II (26 x 8 m 2 ); Area unit pengolahan limbah (26 x 5 m 2 ); Area perluasan pabrik (50 x 27 m 2 ). Drum Drum digunakan sebagai akumulator (reflux drum) di kolom distilasi. Tabel 17 menunjukkan spesifikasi drum. Pompa Dari beberapa tipe pompa yang ada, pabrik ini menggunakan pompa jenis sentrifugal dengan spesifikasi seperti terdapat dilihat pada tabel 18. Jumlah pompa digandakan untuk menghindari rusaknya salah satu pompa yang dapat mengganggu jalannya produktivitas pabrik. Tanki Di pabrik ini ada dua jenis tanki, yaitu : tanki antara (holding tank) dan tanki penyimpanan (storage tank). Tanki antara digunakan untuk penyimpanan sementara senyawa yang dihasilkan dari unit batch untuk selanjutnya dialirkan ke unit kontinyu, sedangkan tanki penyimpanan digunakan untuk menyimpan bahan baku dan produk. Karena senyawa-senyawa yang terlibat didalamnya tidak volatile, maka kedua jenis tanki menggunakan tipe fixed cone roof. Tabel 19. Spesifikasi tanki antara No. Alat TK-101 TK-102 TK-103 Vol. (m 3 ) 266 8,8 39 Dia. (m) 7 1,8 3,5 Tinggi (m) 7 3,3 4,5 Berat (kg) Vertikal Horizontal Vertikal CS CS CS Tabel 20. Spesifikasi tanki penyimpanan No. Alat TK-104 TK-105 TK-106 TK-107 Senyawa H 2SO 4 Toluena Furfural Glukosa 36% 98% 98% 98% Volume (m 3 ) , Penyimpanan (hari) Dia. (m) 7,5 8,1 4,2 2,3 Tinggi (m) 9 8,1 6 4,6 Berat (kg) Vertikal Vertikal Vertikal Horizontal SS CS CS CS Gambar 4. Tata letak pabrik furfural 4.8 Analisa Ekonomi Biaya Investasi Biaya investasi total perancangan pabrik ini terdiri dari biaya investasi peralatan dan modal kerja. Total investasi yang dibutuhkan sebesar US$ ,00, dimana biaya pembelian peralatan sebesar US$ ,00 ; total biaya langsung US$ ,00; total biaya tidak langsung US$ ,00 ; total modal kerja US$ ,00. Penentuan biaya investasi ini didasarkan pada biaya pembelian peralatan dan biaya-biaya lain yang dikalikan dengan faktor estimasinya. Biaya Manufaktur Biaya manufaktur merupakan biaya-biaya yang secara langsung terkait dengan proses produksi. Biaya manufaktur ini terdiri atas biaya variabel/tidak tetap dan biaya tetap. Biaya manufaktur ini dihitung dengan menggunakan faktor estimasi; kecuali untuk biaya bahan baku, utilitas, operator, dan depresiasi. Total biaya manufaktur sebesar US$ ,55; terdiri dari biaya variabel sebesar US$ ,55 dan A. Wijanarko, J. A. Witono & M. S. Wiguna - 5

8 biaya tetap sebesar US$ ,00. Total biaya untuk pembelian bahan baku sebesar US$ ,18; sedangkan utilitas sebesar US$ ,66. Analisa Kelayakan Analisa kelayakan penting dilakukan untuk mengetahui profitabilitas dari suatu proyek. Beberapa parameter yang umum digunakan dalam menganalisa profitabilitas suatu proyek, seperti Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR), Payback Period (PBP). Hasil analisa sensitivitas terhadap pendirian pabrik ini, dapat dilihat pada tabel 21. Tabel 21. Hasil analisa kelayakan Parameter Batas Nilai Hasil NPV IRR PBP > 0 > cost of capital < 8 tahun US$ ,47 12,26% 3 tahun 9 bulan Titik Impas (Break Even Point) Untuk mencapai BEP maka besar volume produksi ialah 170 ton/tahun atau sekitar 33% dari kapasitas produksi maksimum. Jadi jika ingin meraih keuntungan, maka volume produksi harus lebih besar dari kapasitas BEP. Analisa Sensitivitas Analisa sensitivitas yaitu analisa dengan mengubah nilai parameter-parameter biaya pabrik untuk mengetahui akibatnya terhadap parameter kelayakan pabrik. Hasil analisa sensitivitas yang dilakukan terhadap pendirian pabrik ini, dapat dilihat pada tabel 22. Tabel 22. Hasil analisa kelayakan nilai 8,46%. Dengan menggunakan batasan parameter kelayakan IRR>8%, didapatkan bahwa besarnya kemungkinan proyek investasi furfural layak untuk dilakukan sebesar 64,8% (gambar 5). Gambar 5. Kurva Distribusi IRR 2. Hasil simulasi IRR dengan asumsi distribusi triangular (US$ 1.740,00) Simulasi yang dilakukan terhadap parameter kelayakan IRR dengan asumsi distribusi triangular (US$ 1.740,00) menghasilkan kurva distribusi dengan kemungkinan nilai IRR terkecil sebesar 0%, terbesar 20% dan nilai IRR yang sering muncul 10%. Dengan menggunakan batasan parameter kelayakan IRR>8%, didapatkan bahwa besarnya kemungkinan proyek investasi furfural layak untuk dilakukan sebsar 70,2% (gambar 6). Nilai ini lebih besar dibandingkan dengan simulasi dengan harga uniform. Hal ini disebabkan karena kemungkinan harga furfural banyak terjadi pada harga US$ 1.740,00 sedangkan kemungkinan pada distribusi uniform sama besarnya. Parameter Harga Bahan Baku Harga Furfural Harga Glukosa Volume Produksi Kapasitas Produksi Nilai Kasus Dasar Batas Kelayakan Nilai Minimum Deviasi (%) US$ 0,01 US$ 0, US$ 1.740,00 US$ 1.350,00-22 US$ 2.100,00 US$ 1.750, ton/thn 463 ton/thn ton/thn Analisa Resiko Analisa resiko merupakan suatu metode analisa untuk mengetahui tingkat kemungkinan (probabilitas) resiko suatu investasi. Dalam perancangan ini, analisa resiko dilakukan dengan menggunakan simulasi Monte Carlo dengan bantuan perangkat lunak Crystal Ball. 1. Hasil simulasi IRR dengan asumsi distribusi uniform Simulasi yang dilakukan terhadap parameter kelayakan IRR dengan asumsi distribusi uniform menghasilkan kurva distribusi dengan kemungkinan nilai IRR terkecil sebesar 2,04% dan nilai IRR yang sering muncul pada Gambar 6. Kurva Distribusi IRR, skenario triangular harga furfural US$ 1.740,00 3. Hasil simulasi IRR dengan asumsi distribusi triangular (US$ 1.200,00) Simulasi yang dilakukan terhadap parameter kelayakan IRR dengan asumsi distribusi triangular (US$ 1.200,00) menghasilkan kurva distribusi dengan kemungkinan nilai IRR terkecil 2%, terbesar 19% dan nilai IRR yang sering muncul 8%. Dengan menggunakan batasan parameter kelayakan IRR>8%, A. Wijanarko, J. A. Witono & M. S. Wiguna - 6

9 didapatkan bahwa besarnya kemungkinan proyek investasi furfural layak untuk dilakukan sebsar 52,7% (gambar 7). Nilai hasil simulasi dengan asumsi distribusi triangular dengan harga yang sering muncul pada harga US$ 1.200,00 lebih kecil dibandingkan dengan hasil simulasi dengan asumsi jenis kemungkinan yang lain. Hal ini disebabkan harga yang sering muncul pada US$ 1.200,00 yang sudah berada pada nilai batas bawah kelayakan pabrik US$ 1.350,00/ton. 6. Pabrik furfural ini akan dibangun di Kawasan Industri Gresik (KIG) pada lahan seluas 101 x 72 m 2, dengan total investasi sebesar US$ , Analisa kelayakan untuk pabrik furfural ini : - NPV : US$ ,47 - IRR : 12,26% - PBP : 3 tahun 9 bulan 8. Parameter yang paling sensitif terhadap kelayakan investasi pabrik ini adalah kapasitas terpasang pabrik dimana produksi furfural harus lebih besar dari 463 ton/tahun. 9. Peluang pembangunan pabrik furfural dengan harga dasar furfural US$ 1.740,00/ton adalah sebesar 70,2%. Apabila harga furfural turun hingga mencapai harga US$ 1.200,00 peluang pembangunan pabrik turun hingga mencapai 52,7%. Gambar 7. Kurva Distribusi IRR, skenario triangular harga furfural US$ 1.200,00 5. Kesimpulan 1. Proses pembuatan furfural dengan bahan baku ampas tebu dilakukan dengan kombinasi sistem batch-kontinyu, dengan reaksi utama adalah hidrolisis yang diikuti dengan reaksi dehidrasi menggunakan katalis asam sulfat. 2. Untuk memenuhi kebutuhan pasar pada tahun pertama produksi (2006), maka kapasitas terpasang pabrik adalah : - Produk Utama, Furfural : 510 kg/tahun. - Produk Samping, Glukosa : 600 kg/tahun. 3. Reaktor yang digunakan adalah reaktor batch berpengaduk yang dioperasikan pada tekanan 3 atm dan suhu 128 o C selama 180 menit. Reaktor ini berdimensi 10 x 6 m, yang terdiri dari 4 buah lembaran baja 2,5 m dengan tebal 5/8 in. Reaktor ini menggunakan torispherical head dengan tebal 1 in. dan didukung oleh skirt setebal ¼ in. 4. Kinerja proses pabrik ditunjukkan dengan efisiensi karbon sebesar 83,7% sedangkan efisiensi energi sebesar 93,7%. Kebutuhan listrik untuk setiap kilogram produk adalah 3,1 kwh. 5. Bahan baku yang dibutuhkan untuk menghasilkan 1 kilogram furfural adalah: - Ampas tebu = 7,4 kg - Asam Sulfat 36% = 122,74 kg - Toluena 98,5% = 372,1 kg 6. Pustaka 1., Paradigma Baru Bagi Limbah, Kompas 12 Juli , 1990, CIC : Kertas dan Pulp, Jakarta. 3. Shleser, Robert, 1994, Ethanol Production in Hawaii, State of Hawaii. 4. Zeith, Karl J, Fortuitous Radical Reactions in Furfural and Charcoal Reactors, Chemical Innovation Magazine, March Kirk-Othmer, 1995, Furan Derivatives : Supplement Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons. 6. Katkeviés, Juris., Ilma Ruduš,sc. oec, 1998, Pre- Feasibility Study For Furfural Production, Latvian Development Agency. 7., 1999, Volume dan Nilai Ekspor Bahan Kimia Indonesia, Dirjen IKAH Depperindag RI. 8. Ramirez, J.A., dkk., 2002, Kinetic Study of The Acid hydrolysis of Sugar Cane Bagasse, Journal Of Food Engineering 55 page US. Pat. 4,553,743 (10 April 1990) Madeiros,et al 10. Walas, S. M. Chemical Process Equipment : Selection and Design, Buther Worths. 11. Garret, D. E, 1989, Chemical Engineering Economics, Van Nostrand. Reinhold. 12. Peters, M. S., Klaus D. Timmerhaus, 1991, Plant Design and Economics for Chemical Engineers 4 th ed, McGraw Hill, Inc. 13. Turton, R., et al, 1998, Analysis, Synthesis, and Design of Chemical Processes, Prentice-Hall. A. Wijanarko, J. A. Witono & M. S. Wiguna - 7

10 7. Biografi Anondho Wijanarko menyelesaikan S2 bidang Bio Engineering dari Tokyo Institute of Technology (2000) dan S1 dari Jurusan Teknik Gas dan Petrokimia, Universitas Indonesia (1984). Wijanarko adalah dosen di Departemen Teknik Kimia, Universitas Indonesia, dengan bidang keahlian rekayasa reaksi biokimia. Johanes Anton Witono menyelesaikan S1 dari Jurusan Teknik Gas dan Petrokimia, Universitas Indonesia (2004), dengan bidang keahlian process engineering. Witono kini bekerja sebagai Process Engineer di PT Pacific Oil and Gas Indonesia. Indonesia. Made Satria Wiguna menyelesaikan S1 dari Jurusan Teknik Gas dan Petrokimia, Universitas Indonesia (2003), dengan bidang keahlian heat management. Wiguna kini bekerja sebagai Petroleum Engineer di PT Chevron Pacific A. Wijanarko, J. A. Witono & M. S. Wiguna - 8