LAPORAN TUGAS PRARANCANGAN PABRIK MAGNESIUM SULFAT DARI MAGNESIUM KARBONAT DAN ASAM SULFAT KAPASITAS 30.000 TON PER TAHUN Disusun sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Kesarjanaan Strata 1 Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Oleh : Siti Nur Amanah D 500 120 058 Dosen Pembimbing : 1. Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D. 2. Emi Erawati, S.T., M.Eng. JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2017
ii
iii
KATA PENGANTAR Assalamualaikum Wr. Wb. Alhamdulillah segala puji bagi Allah yang telah melimpahkan rahmat dan taufiknya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan rangkaian-rangkaian dalam tugas prarancangan pabrik kimia sebagai skripsi ini yang berjudul Prarancangan Pabrik Magnesium Sulfat dari Magnesium Karbonat dan Asam Sulfat dengan Kapasitas 30.000 Ton per Tahun. Sholawat serta salam selalu tercurah kepada Nabi Muhammad SAW. Dalam penyusunan laporan skripsi ini, penulis telah mendapat bimbingan serta pengarahan dari memulai sampai selesai dari berbagai pihak. Karena itu penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Bapak Rois Fatoni, ST, M. Sc, Ph. D, selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta serta pembimbing 1 saya yang telah membantu dan mengarahkan jalannya tugas akhir ini. 2. Ibu Emi Erawati, S.T, M. Eng selaku pembimbing 2 saya yang senantiasa bersabar dan bersedia membantu dalam skripsi ini. 3. Keluarga tercinta yang selalu memberikan dorongan moral, tekanan, dan financial: Bapak, Ibu (Alm), Mas Mus, Mas Win, dan Mbak Ela. 4. Sanjaya Putra Perdana yang telah bersedia menjadi partner pengerjaan skripsi. 5. Yaka Fitra Pandu yang telah memberikan semangat dari awal hingga berakhirnya skripsi ini. 6. Teman-teman piknik Zahra, Endah, Norma, Fani, Dyah, Danang, Adit, Deni,Tiara, Riska. 7. Teman-teman angkatan 2012 yang saling dukung mendukung, bahu membahu ikut membantu memecahkan masalah yang buntu, see you on top guys. Penyusun menyadari dalam penyusunan laporan tugas akhir ini masih terdapat banyak kekurangan-kekurangan, karenanya kritik dan saran yang iv
v
MOTTO Sebuah tantangan akan selalu menjadi beban jika hanya dipikirkan. Sebuah citacita juga akan menjadi beban jika hanya dipikirkan Kegagalan adalah kesempatan untuk memulai kembali Tidak ada hal yang sia-sia, karena ilmu akan bermanfaat pada waktunya vi
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii KATA PENGANTAR... iv MOTTO... vi DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR TABEL... xiii INTISARI... xv BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar belakang... 1 1.2. Kapasitas Prarancangan Pabrik... 1 1.2.1. Proyeksi Kebutuhan Magnesium Sulfat di Indonesia... 1 1.2.2. Ketersediaan Bahan Baku... 2 1.2.3. Kapasitas Pabrik yang Sudah Pernah Ada... 2 1.3. Lokasi Pabrik... 3 1.4. Tinjauan Pustaka... 4 1.4.1. Macam-Macam Proses... 4 1.4.2. Kegunaan Produk... 5 1.4.3. Sifat Fisika dan Sifat Kimia Bahan Baku dan Produk... 6 BAB II. DESKRIPSI PROSES 2.1. Sifat dan Spesifikasi Bahan Baku dan Produk... 9 2.1.1. Bahan baku... 9 2.1.2. Bahan pembantu... 9 2.1.3. Produk... 9 2.2. Konsep Proses... 10 2.2.1. Kondisi Operasi... 10 2.2.2. Sifat Reaksi... 10 2.2.3. Tinjauan Kinetika Reaksi... 12 vii
2.3. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses... 12 2.3.1. Diagram Alir Proses... 12 2.3.2. Tahapan Proses... 12 2.4. Diagram Alir Neraca Massa dan Neraca Energi... 16 2.4.1. Diagram Alir Neraca Massa... 16 2.4.2. Diagram Alir Neraca Energi... 21 2.5. Lay Out Pabrik dan Peralatan... 28 2.5.1. Lay Out Pabrik... 28 2.5.2. Lay Out Peralatan... 30 BAB III. SPESIFIKASI PERALATAN PROSES 3.1. Tangki... 33 3.1.1. Tangki Penyimpanan Bahan Baku Asam Sulfat... 33 3.1.2. Tangki Penyimpanan Bahan Baku Air... 33 3.2. Silo... 34 3.2.1. Silo MgCO 3... 34 3.2.2. Silo MgO... 35 3.3. Mixer... 35 3.4. Reaktor... 36 3.5. Filter... 37 3.5.1. Filter 1... 37 3.5.2. Filter 2... 37 3.5.3. Filter 3... 38 3.6. Tangki Penetral... 38 3.7. Evaporator... 39 3.8. Cristallizer... 39 3.9. Rotary Dryer... 40 3.10. Heat Exchanger... 41 3.10.1. Heat Exchanger 1... 41 3.10.2. Heat Exchanger 2... 41 3.10.3. Heat Exchanger 3... 42 3.11. Belt Conveyor... 42 viii
3.11.1. Belt Conveyor 01... 42 3.11.2. Belt Conveyor 02... 43 3.11.3. Belt Conveyor 03... 43 3.11.4. Belt Conveyor 04... 44 3.12. Bucket Elevator... 44 3.12.1. Bucket Elevator 01... 44 3.12.2. Bucket Elevator 02... 45 3.12.3. Bucket Elevator 03... 45 3.12.4. Bucket Elevator 04... 46 3.13. Hopper... 46 3.13.1. Hopper 01... 46 3.13.2. Hopper 02... 47 3.13.3. Hopper 03... 47 3.13.4. Hopper 04... 48 3.14. Pompa... 49 3.14.1. Pompa 01... 49 3.14.2. Pompa 02... 49 3.14.3. Pompa 03... 49 3.14.4. Pompa 04... 50 3.14.5. Pompa 05... 50 3.14.6. Pompa 06... 51 3.14.7. Pompa 07... 51 3.14.8. Pompa 08... 51 3.14.9. Pompa 09... 52 3.14.10. Pompa 10... 52 BAB IV. UNIT UTILITAS DAN LABORATORIUM 4.1. Utilitas... 53 4.1.1. Unit Air... 53 4.1.1.1. Pengolahan Air... 54 4.1.1.2. Kebutuha Air... 58 4.1.2. Unit Listrik... 60 ix
4.1.3. Unit Steam... 60 4.1.4. Unit Bahan Bakar... 60 4.2. Unit Pengolahan Limbah... 61 4.3. Laboratorium... 61 4.4. Spesifikasi Peralatan Pengadaan Air... 63 4.4.1. Saringan Kasar... 63 4.4.2. Bak Pengendap... 63 4.4.3. Tangki Flokulator... 63 4.4.4. Clarifier... 64 4.4.5. Sand Filter... 64 4.4.6. Bak Penampung Sementara... 64 4.4.7. Bak Penampung Air Bersih... 65 4.4.8. Tangki Klorinasi... 65 4.4.9. Kation Exchanger... 65 4.4.10. Anion Exchanger... 66 4.4.11. Deaerator... 66 4.4.12. Tangki Air Umpan Boiler... 66 4.5. Spesifikasi Peralatan Pengadaan Bahan Bakar... 67 4.5.1. Tangki Bahan Bakar... 67 4.6. Spesifikasi Pompa Pengadaan Air... 67 4.6.1. Pompa 01 (L-210)... 67 4.6.2. Pompa 02 (L-211)... 67 4.6.3. Pompa 03 (L-212)... 68 4.6.4. Pompa 04 (L-213)... 68 4.6.5. Pompa 05 (L-214)... 68 BAB V. MANAJEMEN PERUSAHAAN 5.1. Bentuk Perusahaan... 70 5.2. Struktur Organisasi... 70 5.3 Tugas dan Wewenang... 72 5.3.1. Pemegang Saham... 72 5.3.2. Dewan Komisaris... 72 x
5.3.3. Dewan Direksi... 73 5.3.4. Staff Ahli... 74 5.3.5. Kepala Bagian... 74 5.3.6. Kepala Seksi... 77 5.4 Sistem Kepegawaian dan Sistem Gaji... 77 5.5 Pembagian Jam Kerja Karyawan... 78 5.5.1. Karyawan Non Shift... 78 5.5.2. Karyawan Shift... 78 5.6 Perincian Tugas dan Keahlian... 79 5.6.1. Pembagian Jabatan... 79 5.6.2. Perincian Jumlah Karyawan... 79 5.6.3. Sistem Gaji Pegawai... 80 5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan... 82 5.8 Manajemen Produksi... 82 5.8.1. Perencanaan Produksi... 82 5.8.2. Pengendalian Produksi... 84 BAB VI. ANALISIS EKONOMI 6.1. Total Capital Investment... 86 6.2. Working Capital... 87 6.3. Manufacturing Cost... 87 6.4. General Expanses... 88 6.5. Analisa Ekonomi... 89 KESIMPULAN... 92 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Diagram Alir Kualitatif... 14 Gambar 2.2. Diagram Alir Kuantitatif Pabrik... 15 Gambar 2.3. Tata Letak Pabrik... 32 Gambar 5.1. Struktur Organisasi Perusahaan... 85 Gambar 6.1. Grafik Perhitungan Evaluasi Ekonomi... 91 xii
DAFTAR TABEL Tabel 1.1. Kebutuhan Magnesium Sulfat di Indonesia... 2 Tabel 1.2. Pabrik Magnesium Sulfat yang Sudah Pernah Ada... 2 Tabel 2.1. ΔGᵒf masing-masing komponen... 11 Tabel 2.2. Arus Neraca Massa... 16 Tabel 2.3. Neraca Massa Mixer... 16 Tabel 2.4. Neraca Massa Reaktor 1... 17 Tabel 2.5. Neraca Massa Reaktor 2... 18 Tabel 2.6. Neraca Massa Filter... 18 Tabel 2.7. Neraca Massa Tangki Penetral... 19 Tabel 2.8. Neraca Massa Evaporator... 19 Tabel 2.9. Neraca Massa Kristaliser... 20 Tabel 2.10. Neraca Massa Filter... 20 Tabel 2.11. Neraca Massa Rotary Dryer... 21 Tabel 2.12. Neraca Panas Mixer... 21 Tabel 2.13. Neraca Panas Heat Exchanger... 22 Tabel 2.14. Neraca Panas Reaktor 1... 22 Tabel 2.15. Neraca Panas Reaktor 2... 23 Tabel 2.16. Neraca Panas Filter... 24 Tabel 2.17. Neraca Panas Tangki Penetral... 24 Tabel 2.18. Neraca Panas Heat Exchanger... 25 Tabel 2.19. Neraca Panas Evaporator... 26 Tabel 2.20. Neraca Panas Heat Exchanger... 26 Tabel 2.21. Neraca Panas Kristaliser... 27 Tabel 2.22. Neraca Panas Filter... 27 Tabel 2.23. Neraca Panas Rotary Dryer... 28 Tabel 2.24. Perincian Luas Tanah dan Bangunan Pabrik... 29 Tabel 4.1. Kebutuhan Air untuk Air Pendingin... 58 Tabel 4.2. Kebutuhan Air untuk Steam... 58 Tabel 4.3. Kebutuhan Air yang Digunakan untuk Proses... 59 xiii
Tabel 5.1. Perincian Jumlah Karyawan... 79 Tabel 5.2. Perincian Golongan dan Gaji... 81 Tabel 6.1. Fixed Capital Investment... 86 Tabel 6.2. Working Capital... 87 Tabel 6.3. Manufacturing Cost... 87 Tabel 6.4. General Expanses... 88 xiv
INTISARI Asam sulfat dan magnesium karbonat merupakan bahan baku yang digunakan untuk membuat magnesium sulfat. Proses pembuatan magnesium sulfat menggunakan dua reaktor CSTR yang dipasang seri. Fungsi dari magnesium sulfat adalah sebagai conditioning agent pada tekstil jenis cotton dan wool, campuran untuk obat jenis cathartic dan analgesik pada industri farmasi. Reaksi berlangsung pada fase padat-cair, irreversible, eksotermis, dan isotermal pada suhu 82ᵒC dan tekanan 1 atm. Ditinjau dari kondisi operasi, pabrik magnesium sulfat termasuk pabrik berisiko rendah. Magnesium karbonat yang diperlukan untuk pabrik ini sebanyak 2.015,9848 kg/jam dan asam sulfat sebanyak 2.164,0857 kg/jam. Pabrik ini juga membutuhkan bahan pembantu berupa H 2 O sebanyak 1.457,0876 kg/jam dan MgO sebanyak 141,2361 kg/jam. Produk berupa magnesium sulfat sebanyak 3.768,9394 kg/jam. Utilitas berupa penyediaan air sebesar 1.639,2944 kg/jam yang diperoleh dari air sungai Brantas. Penyediaan steam 4.101,2003 kg/jam, yang didapat dari boiler dengan bahan bakar solar sebesar 110,6033 liter/jam. Kebutuhan udara tekan sebesar 71,064 m 3 /jam sedangkan untuk kebutuhan listrik dipenuhi dari PLN dan generator set sebesar 150 kwh dengan bahan bakar solar sebanyak 17,2 liter/jam. Pabrik magnesium sulfat didirikan di Gresik, Jawa Timur kapasitas 30.000 ton/tahun dengan luas tanah 14.763 m 2 dan jumlah karyawan 162 orang. Pabrik direncanakan berdiri pada tahun 2020 beroperasi selama 330 hari per tahun. Dari analisis ekonomi didapatkan pabrik ini menunjukkan keuntungan sebelum pajak sebesar Rp 81.133.211.990 per tahun setelah dipotong pajak 50% keuntungannya menjadi Rp 60.849.908.993 per tahun. Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak 19,73% dan setelah pajak 14,80%, Pay Out Time (POT) sebelum pajak 3,02 tahun dan setelah pajak 3,66 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 52,99% dan Shut Down Point (SDP) sebesar 24,50%. Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 30,09%. Berdasarkan pertimbangan ROI, POT, BEP, dan DCF untuk pabrik berisiko rendah perhitungannya memenuhi standar, maka pabrik ini sangat layak untuk didirikan. xv