PRARANCANGAN PABRIK ALUMINIUM FLUORIDA DARI ASAM FLUOSILIKAT DAN ALUMINIUM HIDROKSIDA KAPASITAS 50.000 TON PER TAHUN Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Meraih Gelar Sarjana Teknik Strata Satu Pada Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Oleh: Risma Cholifah Astarini D 500 110 042 Dosen Pembimbing: Eni Budiyati, S.T, M.Eng Kun Harismah, Ph.D PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA SURAKARTA 2016 i
MOTTO Sesungguhnya Allah SWT tidak akan merubah nasib suatu kaum sehingga mereka merubah nasib mereka sendiri (Ar-Rad d: 11) Berlelah-lelahlah, manisnya hidup terasa setelah lelah berjuang. Jika engkau tak tahan lelahnya belajar, engkau akan menanggung perihnya kebodohan (Imam Syafi I) Apabila seseorang belajar ilmu tanpa semangat dan merasa sudah bisa, maka ia tidak akan pernah berhasil dalam mempelajarinya. Tetapi orang yang bersemangat dan mau bersusah-payah dalam mencarinya, itulah orang yang akan berhasil (Imam Syafi I) Jika anda tidak dapat menjelaskan suatu hal secara sederhana, itu berarti anda belum cukup memahaminya (Albert Einstein) Apa yang anda pikirkan, itulah yang membentuk diri anda (Bruce Lee) iv
PERSEMBAHAN Segala puji dan syukur selalu tercurah kepada Allah SWT. Atas segala nikmat dan karunia yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Karya ini saya persembahkan untuk: 1. Ayah dan Ibu tercinta, terima kasih untuk curahan kasih dan sayang yang menyejukkan hatiku. Kesabaran, kepercayaan dan dukungan yang selama ini Ayah dan Ibu berikan kepadaku telah menguatkan aku untuk dapat menempuh pendidikan sarjana ini. Ayah dan Ibu, terima kasih karena selalu menyelipkan namaku dalam setiap doa, sehingga aku berhasil dan mampu mewujudkan impianku. Kerja keras Ayah dan Ibu telah mengantarkanku dalam pintu gerbang keberhasilan. Semoga Allah SWT senantiasa memberi kesehatan dan selalu menjaga Ayah dan Ibu. 2. Kedua adikku Shovia Krismelina dan Raditya Achmad Ferarzi, terima kasih untuk keceriaan dan semangat kalian yang selalu membuat aku ingin lekas menyelesaikan skripsi sehingga bisa segera berkumpul kembali. 3. Partner terbaikku Virman Handoyo, terima kasih telah menjadi partner kerja praktek, penelitian dan TPP terbaik. Terima kasih untuk kerjasama, kesabaran dan suntikan semangatnya hingga akhirnya tugas akhir ini selesai. Semoga kesuksesan selalu berpihak padamu dan Allah selalu menjaga serta melindungimu. 4. Teman-teman Teknik Kimia UMS 2011 yang telah berjuang bersama dalam perkuliahan, terimakasih telah menjadi sahabat serta keluarga yang baik untukku. Semoga Allah selalu menjaga dan melindungi kalian. v
KATA PENGANTAR Segala puji bagi Allah yang telah menciptakan manusia dan mengajarkan kepadanya. Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas karunia, nikmat, rahmat dan kesempatan yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul Prarancangan Pabrik Aluminium Fluorida dari Asam Fluosilikat dan Aluminium Hidroksida Kapasitas 50.000 Ton per Tahun. Tidak lupa Sholawat serta salam penulis haturkan kepada Nabi Besar Muhammad SAW yang kita nantikan syafa atnya di hari akhir nanti. Tugas prarancangan pabrik merupakan salah satu syarat yang wajib ditempuh untuk menyelesaikan program strata satu di Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Pada kesempatan kali ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah memberikan dukungan, bimbingan, dan bantuan hingga terselesaikannya laporan tugas akhir ini. Adapun pihak-pihak tersebut, antara lain: 1. Ibu Eni Budiyati, S.T, M.Eng, selaku dosen pembimbing I. 2. Ibu Dra. Kun Harismah, Ph.D, selaku dosen pembimbing II. 3. Seluruh dosen dan staf Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 4. Segenap civitas akademika dan teman-teman mahasiswa Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak. Saran dan kritik yang membangun sangat diharapkan oleh penulis demi kesempurnaan tugas akhir ini. Surakarta, 21 Januari 2016 Penulis vi
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii PERNYATAAN KEASLIAN... iii MOTTO... iv PERSEMBAHAN... v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... vii DAFTAR TABEL... xi DAFTAR GAMBAR... xiv DAFTAR LAMPIRAN... xv ABSTRAKSI... xvi ABSTRACT... xvii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik... 1 1.2 Kapasitas Peracangan... 2 1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik... 4 1.4 Tinjauan Umum... 5 1.5 Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku... 7 1.6 Sifat Fisika dan Kimia Produk... 8 BAB II DESKRIPSI PROSES... 9 2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk... 9 2.1.1 Spesifikasi bahan baku... 9 2.1.2 Spesifikasi produk... 10 2.2 Konsep Proses... 11 2.2.1 Tinjauan termodinamika... 11 2.2.2 Tinjauan kinetika... 12 2.3 Diagram Alir Proses... 13 2.4 Neraca Massa dan Panas... 14 2.4.1 Neraca massa... 16 2.4.2 Neraca panas... 22 2.5 Tata Letak Pabrik dan Peralatan... 26 vii
BAB III SPESIFIKASI ALAT... 32 3.1 Belt Conveyor... 33 3.2 Blower... 36 3.3 Bucket Elevator... 36 3.4 Centrifuge... 37 3.5 Cyclone... 37 3.6 Filter... 38 3.7 Heater... 38 3.8 Hopper... 39 3.9 Kristalizer... 39 3.10 Pompa... 41 3.11 Reaktor... 43 3.12 Rotary Dryer... 44 3.13 Tangki... 45 BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM... 48 4.1 Unit Pendukung Proses (Utilitas)... 48 4.1.1 Unit pengadaan listrik... 48 4.1.2 Unit pengadaan dan pengolahan air... 51 4.1.3 Unit penyedia steam... 55 4.1.4 Unit penyedia udara tekan... 57 4.1.5 Unit penyedia bahan bakar... 57 4.1.6 Unit pengolahan limbah... 57 4.1.7 Spesifikasi alat unit pendukung... 59 4.2 Laboratorium... 70 4.2.1 Laboratorium fisik... 71 4.2.2 Laboratorium analitik... 71 4.2.3 Laboratorium penelitian dan pengembangan... 71 4.2.4 Analisa air... 71 BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN... 72 5.1 Bentuk Perushaan... 72 5.2 Struktur Organisasi Perusahaan... 72 5.3 Tugas dan Wewenang... 75 viii
5.3.1 Pemegang saham... 75 5.3.2 Dewan komisaris... 75 5.3.3 Dewan direksi... 75 5.3.4 Staf ahli... 76 5.3.5 Kepala bagian... 76 5.3.6 Kepala seksi... 79 5.4 Pembagian Jam Kerja karyawan... 79 5.4.1 Karyawan non-shift... 80 5.4.2 Karyawan shift... 80 5.5 Sistem Kepegawaian dan Upah... 81 5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Upah... 82 5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan... 83 5.8 Kesehatan dan Keselamatan Kerja... 85 5.9 Manajemen Produksi... 86 5.10 Perencanaan Produksi... 86 5.11 Pengendalian Produksi... 87 BAB VI ANALISIS EKONOMI... 89 6.1 Dasar Perhitungan... 89 6.2 Perhitungan Biaya... 91 6.2.1 Investasi modal (capital investment)... 91 6.2.2 Biaya produksi (manufacturing cost)... 92 6.2.3 Pengeluaran umum (general expenses)... 92 6.3 Analisa Kelayakan... 92 6.3.1 Percent return on investment (ROI)... 93 6.3.2 Pay out time (POT)... 93 6.3.3 Break even point (BEP)... 93 6.3.4 Shut down point (SDP)... 94 6.3.5 Discounted cash flow (DCF)... 94 6.4 Hasil Perhitungan... 95 6.4.1 Total capital investment... 95 6.4.2 Total product cost... 96 6.4.3 Analisis kelayakan... 96 ix
BAB VII KESIMPULAN... 100 DAFTAR PUSTAKA... 101 LAMPIRAN... 104 Lampiran 1. Reaktor (R-100)... 104 x
DAFTAR TABEL Tabel 1. Data Konsumsi AlF3 di Indonesia dan Luar Negeri... 2 Tabel 2. Data Ekspor AlF3 Tahun 2014-2018... 4 Tabel 3. Data Pabrik Penghasil Aluminium Fluorida... 4 Tabel 4. Pemilihan Proses Berdasarkan Aspek Teknik dan Ekonomi... 7 Tabel 5. Data Nilai ΔH o f298 Setiap Komponen Keadaan Standar... 11 Tabel 6. Neraca Massa Reaktor (R-100)... 16 Tabel 7. Neraca Massa Sentrifuge (H-110)... 16 Tabel 8. Neraca Massa Kristalizer (S-120)... 17 Tabel 9. Neraca Massa Sentrifuge (H-130)... 17 Tabel 10. Neraca Massa Sentrifuge (H-140)... 18 Tabel 11. Neraca Massa Sentrifuge (H-150)... 18 Tabel 12. Neraca Massa Sand Filter (H-160)... 19 Tabel 13. Neraca Massa Rotary Dryer (B-180)... 19 Tabel 14. Neraca Massa Rotary Dryer (B-170)... 20 Tabel 15. Neraca Massa Cyvlone (H-187)... 20 Tabel 16. Neraca Massa Total Setelah Recycle... 20 Tabel 17. Neraca Panas Heater (E-101)... 22 Tabel 18. Neraca Panas Reaktor (R-100)... 22 Tabel 19. Neraca Panas Sentrifuge (H-110)... 22 Tabel 20. Neraca Panas Kristalizer (S-120)... 23 Tabel 21. Neraca Panas Sentrifuge (H-130)... 23 Tabel 22. Neraca Panas Sentrifuge (H-140)... 24 Tabel 23. Neraca Panas Sentrifuge (H-150)... 24 Tabel 24. Neraca Panas Sand Filter (H-160)... 25 Tabel 25. Neraca Panas Rotary Dryer (H-180)... 25 Tabel 26. Neraca Panas Rotary Dryer (H-170)... 25 Tabel 27. Spesifikasi Belt Conveyor (J-107,108, 111, 112, 131, 132)... 33 Tabel 28. Spesifikasi Belt Conveyor (J-133, 142, 143, 151, 152, 153)... 34 Tabel 29. Spesifikasi Belt Conveyor (J-171, 172, 181, 182, 183, 184)... 35 Tabel 30. Spesifikasi Blower (G-174, 186)... 36 Tabel 31. Spesifikasi Bucket Elevator (J-106)... 36 xi
Tabel 32. Spesifikasi Centrifuge (H-110,130, 140, 150)... 37 Tabel 33. Spesifikasi Cyclone (H-188)... 37 Tabel 34. Spesifikasi Sand Filter (H-130)... 38 Tabel 35. Spesifikasi Heater (E-101, 175)... 38 Tabel 36. Spesifikasi Hopper (F-105)... 39 Tabel 37. Spesifikasi Kristalizer (S-120)... 39 Tabel 38. Spesifikasi Pompa (L-104, 102, 111, 113, 122)... 41 Tabel 39. Spesifikasi Pompa (L-104, 141, 151, 161, 162)... 42 Tabel 40. Spesifikasi Reaktor (R-100)... 43 Tabel 41. Spesifikasi Rotary Dryer (B-170,180)... 44 Tabel 42. Spesifikasi Tangki (F-130)... 45 Tabel 43. Spesifikasi Tangki (F-112, 121)... 46 Tabel 44. Kebutuhan Listrik Proses... 48 Tabel 45. Kebutuhan Listrik Utilitas... 49 Tabel 46. Kebutuhan Listrik Penerangan... 50 Tabel 47. Kebutuhan Air Proses... 53 Tabel 48. Kebutuhan Air Pendingin... 54 Tabel 49. Kebutuhan Air Sanitasi... 54 Tabel 50. Spesifikasi Bak (X-210, 250, 280)... 59 Tabel 51. Spesifikasi Blower (G-293)... 59 Tabel 52. Spesifikasi Boiler (Q-380)... 60 Tabel 53. Spesifikasi Clarifier (H-230, 370)... 60 Tabel 54. Spesifikasi Cooling Tower (P-290)... 60 Tabel 55. Spesifikasi Deaerator (H-320)... 61 Tabel 56. Spesifikasi Exchanger (D-300, 310)... 61 Tabel 57. Spesifikasi Filter Udara (H-420)... 62 Tabel 58. Spesifikasi Furnace (Q-187)... 62 Tabel 59. Spesifikasi Generator (N-400)... 63 Tabel 60. Spesifikasi Kompresor (G-390)... 63 Tabel 61. Spesifikasi Screen (H-200)... 64 Tabel 62. Spesifikasi Pompa (L-341, 351, 371)... 64 Tabel 63. Spesifikasi Pompa (L-211, 221, 231, 241, 261)... 65 xii
Tabel 64. Spesifikasi Pompa (L-271, 272, 281, 282, 291)... 66 Tabel 65. Spesifikasi Pompa (L-292, 301, 311, 321, 331)... 67 Tabel 66. Spesifikasi Tangki (F-270, 330)... 68 Tabel 67. Spesifikasi Tangki (F-220, 240, 260, 360, 410)... 69 Tabel 68. Sistem Penjadwalan Karyawan Shift... 80 Tabel 69. Pembagian Shift Karyawan... 80 Tabel 70. Pengelolaan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Upah... 82 Tabel 71. Chemical Engineering Plant Cost Index... 90 Tabel 72. Rincian Fixed Capital Investment... 95 Tabel 73. Rincian Working Capital... 95 Tabel 74. Rincian Manufacturing Cost... 96 Tabel 75. Rincian General Expense... 96 Tabel 76. Rincian Fixed Cost... 97 Tabel 77. Rincian Variable Cost... 97 Tabel 78. Rincian Regulated Cost... 97 Tabel 79. Hasil Analisis Kelayakan... 98 Tabel 80. Data Neraca Massa Reaktor (R-100)... 104 Tabel 81. Hasil Perhitungan Optimasi Reaktor (R-100)... 106 Tabel 82. Harga Optimasi Reaktor (R-100)... 107 Tabel 83. Hasil Perhitungan Suhu LMTD... 114 Tabel 84. Hasil Perhitungan Flange... 119 xiii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Kurva Kebutuhan AlF3 dalam Negeri Tahun 2009-2013... 3 Gambar 2. Kurva Ekspor Aluminium Fluorida Tahun 1999-2013... 3 Gambar 3. Process Engineering Flow Diagram... 8 Gambar 4. Diagram Alir Kuantitatif Pabrik AlF3... 15 Gambar 5. Diagram Alir Kualitatif Pabrik AlF3... 21 Gambar 6. Tata Letak Pabrik AlF3... 28 Gambar 7. Tata Letak Peralatan Pabrik AlF3... 31 Gambar 8. Diagram Alir Pengolahan Air Sungai... 52 Gambar 9. Bagan Struktur Jabatan Perusahaan... 74 Gambar 10. Grafik Hubungan Tahun dengan Cost Index (CEPCI)... 91 Gambar 11. Grafik Analisis Kelayakan... 99 Gambar 12. Head Jenis Torispherical Dished Head... 110 Gambar 13. Ukuran Flange... 119 Gambar 14. Penyangga Reaktor... 125 Gambar 15. Anchor Reaktor... 132 xiv
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Reaktor (R-100)... 104 xv
ABSTRAKSI Pabrik AlF3 akan didirikan untuk memenuhi kebutuhan di dalam negeri dan luar negeri. Hal tersebut didasarkan atas ketersediaan bahan baku yang melimpah dan kebutuhan AlF3 yang terus meningkat dari tahun ke tahun. Pabrik AlF3 dengan bahan baku H2SiF6 dan Al(OH)3 direncanakan akan didirikan pada tahun 2020 di daerah Gresik dengan kapasitas 50.000 ton/tahun. Dalam prosesnya, reaksi di dalam reaktor CSTR (Continuous Stirred Tank Reaktor) berlangsung secara eksotermis pada fase padat-cair dengan kondisi operasi 70 o C dan tekanan 1 atm. Proses akhir yaitu dikristalisasi dan dikeringkan untuk membentuk padatan kristal yang kering. Bahan baku yang dibutuhkan untuk membuat AlF3 dengan kapasitas 6.313,131 kg/jam dibutuhkan H2SiF6 sebanyak 10.597,052 kg/jam dan Al(OH)3 sebanyak 5.648,175 kg/jam. Sedangkan kebutuhan utilitas air sebanyak 665.465,574 kg/jam, steam sebanyak 3.622,882 kg/jam, listrik sebanyak 1.406,256 kw, udara tekan sebanyak 115,582 kg/jam, bahan bakar solar sebanyak 94,106 liter/jam dan propana sebanyak 710,338 kg/jam. Pabrik direncanakan beroperasi selama 330 hari dengan jumlah karyawan 214 orang. Analisis ekonomi menunjukkan besarnya Percent Return on Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 36,6% dan sesudah pajak sebesar 25,6%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak selama 2,15 tahun dan sesudah pajak selama 2,81 tahun. Break Event Point (BEP) sebesar 48,33%, Shut Down Point (SDP) sebesar 32,22% dan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 34,83%. 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. xvi
ABSTRACT AlF3 factory will be established to meet the needs in the country and abroad. It is based on the availability of abundant raw materials and AlF3 needs continue to increase from year to year. AlF3 factory with raw materials H2SiF6 and Al(OH)3 is planned to be established in 2020 in Gresik with a capacity of 50,000 tons/year. In the process, the reaction in the reactor CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) takes place in an exothermic at the solid-liquid phase with the operating conditions of 70 C and a pressure of 1 atm. End process that is crystallized and dried to form a dry crystalline solids. The raw materials needed to make AlF3 with a capacity of 6313.131 kg/hour takes H2SiF6 as much 10597.052 kg/hour and Al(OH)3 as much as 5648.175 kg/hour. While the need for water utilities as much as 665,465.574 kg/hour of steam as much as 3622.882 kg/hour, as much as 1406.256 kw of electricity, compressed air as much as 115.582 kg/hour, the diesel fuel as much as 94.106 liters/hour and propane as much as 710.338 kg/hour. The factory is planned to operate for 330 days with the number of employees 214 people. The economic analysis shows the Percent Return on Investment (ROI) of 36.6% before tax and after tax of 25.6%. Pay Out Time (POT) before tax for the year of 2.15 and 2.81 after tax during the year. Break Event Point (BEP) amounted to 48.33%, Shut Down Point (SDP) 32.22% and the Discounted Cash Flow (DCF) of 34.83%. 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 xvii