PRANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT DARI NATRIUM NITRAT DAN ASAM SULFAT DENGAN KAPASITAS 75. TON PER TAHUN NASKAH PUBLIKASI ILMIAH Oleh : Okfin Yogo Nur Cahyo D5 1 12 Dosen Pembimbing : 1. Ir. Nur Hidayati, MT, Ph.D 2. Dr. Kusmiyati JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 214
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA FAKULTAS TEKNIK Jl.A.Yani Tromol Pos I.Pabelan Kartasura, Telp. (271) 717417, Fax (271)715448 Surakarta 5712 Surat Persetujuan Artikel Publikasi Ilmiah Yang bertanda tangan di bawah ini pembimbing skripsi/tugas akhir : Nama Nama : Ir. Nur Hidayati, MT, Ph.D : Dr. Kusmiyati Telah membaca dan mencermati naskah artikel publikasi ilmiah, yang merupakan ringkasan skripsi (tugas akhir) dari mahasiswa : Nama : Okfin Yogo Nur Cahyo NIM : D5112 Program Studi : TEKNIK KIMIA Judul Skripsi: PRANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT DARI NATRIUM NITRAT DAN ASAM SULFAT DENGAN KAPASITAS 75. TON PER TAHUN Naskah artikel tersebut, layak dan dapat disetujui untuk dipublikasikan. Demikian persetujuan dibuat, semoga dapat dipergunakan seperlunya. Surakarta, 2 Februari 215 Pembimbing I Pembimbing II Ir. Nur Hidayati, MT, Ph.D Dr. Kusmiyati
INTISARI Proses prancangan pabrik asam nitrat dari natrium nitrat dan asam sulfat dengan kapasitas 75. ton/tahun, yang direncanakan dibangun di daerah Cilegon, Banten. Perindustrian asam nitrat yang menggunakan kapasitas 75. ton per tahun akan menggunakan waktu operasi yang lamanya 33 hari dan menggunakan pekerja pabrik sebanyak 1 orang. Dengan dibangunnya pabrik asam nitrat di daerah Cilegon bertujuan untuk mengurangi angka pengangguran dan untuk mensejahterakan penduduk di daerah Cilegon. Di dalam pabrik asam nitrat menggunakan sistem upah yang berbeda tergantung pada status karyawan, kedudukan, tanggung jawab, dan keahlian karyawan. Pabrik asam nitrat membutuhkan unit pendukung proses untuk menunjang berlangsungnya suatu proses dalam pabrik. Ada enam unit pendukung proses yang digunakan, yaitu : a. Unit penyediaan air, b. Unit penyediaan steam, c. Unit penyediaan listrik, d. Unit penyediaan bahan bakar, e. Unit penyediaan udara tekan, f. Unit laboraturium dan pengolahan limbah. Pabrik ini menggunakan bentuk perusahaan Perseroan Terbatas (PT), karena modal dari pabrik ini dari penjualan saham dimana tiap sekutu turut mengambil sebagian saham. Saham merupakan surat yang dikeluarkan oleh perusahaan. Orang yang memiliki saham telah menyetorkan modal ke perusahaan yang begitu pula ikut memiliki perusahaan. Pada analisis ekonomi pada pabrik pembuatan asam nitrat dari natrium nitrat dan asam sulfat memperoleh keuntungan sebelum pajak sebesar Rp 2.79.432.523.186,7 dan setelah mendapatkan pajak sebesar 3% maka keuntungan pabrik asam nitrat yang diperoleh sebesar Rp 1.455.62.766.23,69. Untuk mengetahui kelayakan suatu pabrik maka dilakukan analisa kelayakan, analisa kelayakan mencangkup Return On Investment (ROI) sebelum pajak 81,49% dan sesudah pajak 57,4%, Pay Out Time (POT) sebelum pajak 1,93 tahun dan sesudah pajak 1,492 tahun, Break Even Point (BEP) 58,97%, Shut Down Point (SDP) 52,9%, Discounted Cash Flow (DCF) 41,98%, maka pabrik asam nitrat layak untuk didirikan.
A. Pendahuluan 1. Latar Belakang Di era modern ini perkembangan teknologi sangat mempengaruhi pola kehidupan manusia agar dapat memenuhi kebutuhan manusia dengan cara yang mudah, cepat dan murah. Sebagai warga negara Indonesia, yang mempunyai banyak kepulauan dan kaya akan sumber daya alam sehingga di Indonesia banyak pengusaha mendidirikan pabrik di Indonesia. Di Indonesia banyak orang pengangguran yang sulit untuk mencari pekerjaan yang tidak mempunyai keahlian khusus yang dimilikinya. Dengan didirikan banyak pabrik di Indonesia selain untuk menambah pendapatan devisa negara juga dapat mensejahterakan rakyat Indonesia untuk memenuhi kebutuhan kehidupan sehari hari. Selain itu juga dapat untuk mengurangi jumlah angka pengangguran, sehingga dengan didirikan pabrik sangat berguna bagi masyarakat Indonesia. Di dalam mendidrikan pabrik harus menggunakan beberapa pertimbangan yang harus dilakukan, pertimbangan pertimbangan itu meliputi: 1. Dengan mendirikan pabrik dapat mengurangi ketergantungan terhadap impor dan dapat membuka ekspor dunia untuk kebutuhan dalam negeri. 2. Dengan mendidikan pabrik ikut serta dalam program pemerintah untuk menciptakan lapangan kerja baru di bidang industri kimia. Dengan didirikan industri asam nitrat bertujuan untuk mengurangi ketergantungan impor dan untuk menghemat devisa negara, maka didirikan industri asam nitrat agar mampu mesejahterakan masyarakat dan mengurangi angka pengangguran di Indonesia. Asam nitrat dapat digunakan untuk pembuatan bahan baku ammonium nitrate, asam nitrat dengan kadar 6% dapat digunakan untuk sektor pertanian, dan pada asam nitrat 2% dapat digunakn untuk membuat pupuk campuran dengan menggunakan bantuan fosfat. 2. Kapasitas Industri Dalam suatu industri penentuan kapasitas sangat diperlukan agar dapat memenuhi kebutuhan asam nitrat di Indonesia, data impor perdagangan asam nitrat pada tahun 21 26 : Tabel 1. Data Impor Perdagangan Asam Nitrat No Tahun Kebutuhan, ton 1. 21 6166,792 2. 22 543,591 3. 23 5792,145 4. 24 656,141 5. 25 7559,481 6. 26 5828,179 Kesimpulan dari tabel diatas, dapt disimpulkan bahwa di Indonesia membutuhkan cukup banyak asam nitrat. Dengan kebutuhan yang cukup banyak asam nitrat di Indonesia maka pabrik dapat menentukan suatu kapasitas, dengan kapasitas 75. ton per tahun dan sisa dari kebutuhan tersebut digunakan untuk keperluan ekspor untuk menambah devisa negara.
B. Deskripsi Proses 1. Langkah Proses Dalam pembuatan asam nitrat menggunakan bahan baku natrium nitrat dan asam sulfat, proses ini menggunakan beberapa tahap, yang antara lain tahap tersebut adalah: a. Tahap persiapan bahan baku Bahan baku sangat penting dalam persiapan untuk membuat asam nitrat, bahan baku tersebut adalah natrium nitrat dan asam sulfat. Bahan baku tersebut disimpan dalam fase cair pada tekanan 1 atm, dan menggunakan suhu 32 o C b. Tahap pembentukan Dalam tahap pembentukan asam nitrat, mereaksikan asam sulfat dan natrium nitrat menjadi asam nitrat dan natrium bisulfat, reaksi ini terjadi dalam fase padat cair pada suhu 15 o C dengan tekanan 1 atm. c. Tahap pemisahan produk Pada tahap pemisahan produk, pada kondensat yang berubah menjadi cair dan uap masuk kedalam separator. Di dalam separator terjadi pemisahan dalam fase gas dan fase cair, dan dalam fase gas terdekomposisi kemudian masuk ke dalam absorber. Di dalam separator dalam fase cair sudah terdapat produk. 2. Tata Letak Pabrik Dalam suatu pabrik memerlukan suatu alat alat yang akan digunakan dalam proses pembuatan asam nitrat, selain peralatan di dalam pabrik juga memerlukan beberapa bangunan, bangunan fisik yang diperlukan di pabrik antara lain: kantor, tempt parkir, kantin, laboraturium, poliklinik, bengkel, tempat ibadah, taman dan sebagainya. Dalam perencanaan suatu tata letak pabrik sangatlah penting untuk mempertimbangkannya kelancaran dan keselamatan para pekerja pabrik agar dalam proses tidak mengalami kecelakaan, beberapa hal hal yang dapat dipertimbangkan dalam suatu perencanaan tata letak suatu pabrik: a. Perlur asan pabrik dan kemungkinan penambahan bangunan Perluasan pabrik dalam suatu perencanaan suatu tata letak pabrik harus sudah diperhitungkan sejak awal, agar semua kebutuhan tempat yang diperlukan suatu pabrik tidak akan timbul dikemudian hari dan area perluasan pabrik khusus harus sudah di siapkan sejak awal karena dalam suatu pabrik semua kebutuhan meningkat dari tahun ke tahun sehingga perluasan harus direncanakan sejak awal. b. Faktor keamanan Dalam tata letak perencanaan suatu pabrik harus memikirkan suatu keamanan yang akan di alami pabrik, untuk mengantisipasi bahaya kebakaran, ledakan asap atau gas yang beracun harus sangat diperhatikan di dalam pabrik agar pada saat mengalami kecekalaan dapat segera di tangani supaya kebekaran tidak mengakibatkan kerugian pabrik yang sangat besar. c. Luas area yang tersedia Dalam tata letak suatu pabrik luas area sangatlah diperhatikan karena harga tanah yang menjadi penyebab luas area, apabila harga tanah standart maka perluasan maka penataan alat dapat diluaskan, dan apabila harga tanah mahal maka penataan alat
dipersempit atau di tarug di atas alat yang lain. d. Instalasi dan Utilitas Perencanaan instalasi dan distribusi udara dan listrik yang baik akan mempermudah membersihan dan perawatan bagi pekerja di perusahaan tersebut. Pada tata letak pabrik penempatan alat proses yang baik akan lebih cepat kelancaran pekerjaan dan mempermudah perawatan. Tabel 2. Perincian Luas Bangunan Pabrik No Bangunan Luas, m 2 1. Pos Keamanan 5 2. Parkir 3 3. Musholla 24 4. Kantin 75 5. Kantor 125 6. Poliklinik 225 7. Ruang Kontrol 16 8. Laboratorium 3 9. Proses 77 1. Utilitas 18 11. Bengkel 3 12. Perpustakaan 15 13. Gudang 4 14. Pemadam 2 15. Jalan dan Taman 3 16. Area Pengembangan 91 Jumlah 14.36 3. Tata Letak Proses Dalam perencanaan tata letak proses terdapat beberapa hal hal yang harus diperhatikan dalam proses produksi, hal yang harus diperhatikan meliputi: a. Aliran bahan baku dan produk Dalam perencanaan tata letak proses aliran bahan baku dan produk yang sangat baik dan tepat akan memberikan keuntungan yang sangat ekonomis. b. Aliran udara Dalam tata letak proses di perlukan aliran udara, agar tidak terjadi suatu tumpukan bahan kimia yang berbahaya c. Cahaya Dalam suatu perencanaan suatu pabrik harus diperhatikan suatu penerangan untuk proses yang sangat berbahaya dan beresiko tinggi sangat diperlukan penerangan cahaya. d. Pertimbangan ekonomi Pada pertimbangan ekonomi mengarah pada penekanan biaya operasi tata letak peralatan pabrik. e. Jarak antar proses Dalam tata letak proses diperhatihan jarak antar proses untuk memberikan jarak antara alat- alat yang memiliki suhu tinggi dan rendah, jarak antara proses ini
dimaksutkan agar alat alat yang bersuhu tinggi pada saat meledak tidak mempengaruhi alat alat yang lain ikut meledak. C. Unit Pendukung Proses dan Laboraturium 1. Unit pendukung proses Dalam suatu pabrik dibutuhkan suatu proses pendukung, antara lain unit pendukung proses atau sering disebut proses utilitas. Dalam proses utilitas dalam pabrik asam nitrat terdapat beberapa pendukung proses, antara lain: a. Unit penyediaan air Kebutuhan air yang sangat besar dalam perindustrian membuat suatu pabrik mendirikan bangunan di dekat sungai agar mudah mencari air. Di pilih air sungai karena prosesnya yang sangat mudah dan menggunakan biaya yang minim. b. Air pendingin Dalam unit pendukung menggunkan air pendingin karena air merupakan materi yang diperoleh dengan jumlah yang sangat besar, mudah dalam pengaturan dan pengolahan, dapat menyaerap panas dan tidak terdekomposisi. Air Pendingin yang diperlukan sebesar : Tabel 3. Kebutuhan Air Pendingin Nama Alat Kebutuhan Air (kg/jam) Reaktor 175.219,489 Crystallizer 96.78,448 Condensor 9.621,241 Cooler-1 15.645,679 Cooler-2 47.177,773 Absorber 51.371,435 Jumlah 476.744,65 c. Air sanitasi Dalam unit pendukung proses air sanitasi dipergunakan untuk kebutuhan se Tidak berbaubagai laboraturium, perkantoran, perumahan dan kebutuhan air minum. Air sanitasi juga mempunyai beberapa syarat, beberapa syarat dalam air sanitasi meliputi: 1. Syarat fisik - Suhu di bawah suhu luar - Tidak mempunyai rasa - Warna jernih 2. Syarat kimia - Tidak beracun dan tidak mengandung zat organik maupun anorganik 3. Syarat kimia - Tidak mengandung bakteri bakteri Tabel 4. Kebutuhan air Perkantoran dan Pabrik Penggunaan Kebutuh an (kg/jam) Karyawan 767,16 Laboratorium 41,7
Pembersihan, pemeliharaan, taman, dll 1.27,8 Jumlah 2.79,7 d. Air umpan boiler Dalam penanganan air umpan boiler memperhatikan zat zat yang dapat menyebabkan korosi dan zat yang menyebabkan kerak e. Air proses Dalam air proses terdapat beberapa hal yang sangat diperhatikan, antara lain: - Kesadahan yang menyebabkan kerak - Besi yang menyebabkan korosi - Minyak yang dapat menyebabkan terbentuknya lapisan film yang mengakibatkan terganggunya transfer panas serta menimbulkan endapan D. Unit Penyediaan Listrik Dalam penyediaan listrik yang digunakan adalah dari PLN dan sebagian listrik untuk digunakan cadangan adalah generator yang dikelola di pabrik. Tabel 5. Kebutuhan Listrik untuk Proses dan Pengolahan Air Nama Alat Jum lah HP Total HP P-1 1 5, 5, P-2 1 3, 3, P-3 1 3, 3, P-4 1,5,5 P-5 1 3, 3, P-6 1,7,75 5 P-7 1,5,5 P-8 1 5, 5, P-9 1 3, 3, P-1 1 3, 3, ScrewConv 1 1, 1, eyor-1 ScrewConv 1 7,5 7,5 eyor-2 Blower-1 1 5, 5, Blower-2 1,5,5 BucketElev 1,3,33 ator-1 3 BucketElev 1 2, 2, ator-2 Reaktor 1 4, 4, Bleacher 1 4, 4, Crystallizer 1 2, 2, Centrifuge 1 75, 75, Fan CT 1 Total 191, 8 Diketahui 1 Hp =,7457 Kw Power yang dibutuhkan = 142,4884 Kw
Tabel 6. Kebutuhan Listrik untuk Utilitas PU-1 1 5, 5, PU-2 1 3, 3, PU-3 4,5,5 PU-4 4,,5 5 PU-5 1 25, 25, PU-6 1 15, 15, PU-7 1 1, 1, PU-8 1,5,5 PU-9 1,5,5 PU-1 1 1, 1, PU-11 1 7,5 7,5 Kompresor 1 1,5 1,5 Total 69,55 Diketahui 1 Hp =,7457 Kw Power yang dibutuhkan = 51,8634 Kw Kebutuhan listrik dan penerangan AC = 1 Kw Kebutuhan listrik untuk penerangan = 1 Kw Kebutuhan listrik untuk laboraturium dan bengkel = 2 Kw Kebutuhan listrik untuk instrumen = 5 Kw Kebutuhan listrik total : Tabel 7. Kebutuhan Listrik Total Kebutuhan 1. Listrik untuk keperluan E. Unit Penyediaan Bahan Baku Bahan Bakar untuk Generator Heating value (h = 16.767 Btu/jam Digunakan bahan bakar solar dengan spesifikasi: Densitas = 5,566 lb/ft 3 Efisiensi = 8% proses dan pengolahan air 2. Listrik untuk keperluan utilitas Kapasitas generator = 1.76.484,6416 Btu/jam Kebutuhan solar =,712 m 3 /jam Kw 142,4884 51,8634 3. Listrik untuk Ac 1 4. Listrik untuk keperluan penerangan 5. Listrik untuk laboraturium bengkel dan 6. Listrik untuk instrumentasi 1 2 Total 329,3518 5
Tangki bhan bakar untuk generator Fungsi : menampung bahan bakar solar untuk generator Dari perhitungan analisa ekonomi di atas dapat disimpulkan bahwa pabrik Asam Nitrat layak untuk didirikan. Jenis : tangki silinder horizontal Kebutuhan solar =,712 m 3 /jam Waktu tinggal = 3 hari Tangki dirancangan dengan over design = 2 % D = 1,9863 m H = 1,9863 m Bahan = carboon steel KESIMPULAN Pabrik Asam Nitrat digolongkan pabrik berisiko rendah karena kondisi operasi pada tekanan atmosferis. Hasil kelayakan ekonomi adalah sebagai berikut: 1. Keuntungan sebelum pajak Rp 2.79.432.523.186,7 Keuntungan setelah pajak Rp 1.455.62.766.23,69 2. Return On Investement (ROI) sebelum pajak 81,49 % ROI setelah pajak 57,4 % 3. Pay Out Time (POT) sebelum pajak 1,93 tahun. POT setelah pajak 1,492 tahun. 4. Break Event Point (BEP) adalah 58,97% dan Shut Down Point (SDP) adalah 52,9 % 5. Discounted Cash Flow (DCF) adalah 41,98% DAFTAR PUSTAKA Aries, R.S and Newton R.D., 1955, Chemical Engineering Cost Estimation, Mc. Graw Hill Book Company, New York. Austin, George T, 1984, Shreve s Chamical Process Industries, Mc Graw Hill, Inc, New York. Badan Pusat Statistik, 25, Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia, Impor menurut Jenis Barang dan Asal, 25/26, Volume 1, Badan Pusat Statistik, Jakarta. Brown, G.G, 1978, Unit Operation, John Wiley and Sons. Inc., New York. Brownell dkk, 1959, Process Equipment Design, 1 rd Edition, Willey Eastern Ltd. New Delhi. Coulson, J.H. dkk, 1983, Chemical Engineering Design, vol. 6, pergason Press, Oxford. Faith, dkk, 1961, Industrial Chemical, Fourth edition. John Wiley and Sons, Inc, New York. Fogler, H. Scott and Nihat.M, 26, Elements of Chemical Reaction
Engineering, 4 th edition, University of Michigen. Kern, D.Q., 195, Process Heat Transfer, Mc. Graw Hill Book Company Inc., New York. Kirk, R.E. and Othmer, D.F., 1978, Encyclopedia pf Chamichal Tecnology, 3 rd Edition, Vol. 2, Interescience Publishing Inc., New York. Levenspiel, O., 1976, Chemical Reaktion Engineering, 2rd Edition, John Wiley and Sons Inc., New York. Mc. Cabe Warren and C. Smith, 25, Unit Operation of Chamical Engineering, vol 7, Mc. Graw Hill Book. Co, New York. Mc.Ketta and William.A.Cunningham,1983, Enchyclopedia of Chemical Processing and Design, Vol 3, Mc. Graw Hill Book. Co, New York. Perry s, R.H., and Green, D., 1999, Perry s Chamichal engineer s Handbook, 7 th Edition, Mc. Graw Hill Book Company Inc., New York. Rase, H.F, 1987, Chemical Reactor Design Edition, Mc. Graw Hill Book Company Inc., Singapore. Tryball, R.E., 1981, Mass Transfer Operation, 3 rd Edition, Mc. Graw Hill Book Company Inc., Singapore. for Process Plant, vol 1, Mc. Graw Hill Book. Co, Singapore. Smith, J.M. & Vanness H.C, 1981, Chemical Engineering Kinetics, 3 rd