LAPORAN TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ASAM OKSALAT DIHYDRATE DARI MOLASSES DAN ASAM NITRAT KAPASITAS 17.000 TON/TAHUN Oleh : FITRIYANI ARISKA PUTRI D 500 110 015 Dosen Pembimbing : Ir. Ahmad M. Fuadi, M.T., Ph.D. Emi Erawati, S.T., M.Eng. JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2017
INTISARI Di era kemajuan teknologi di berbagai bidang pembangunan yang sedang berjalan pesat, salah satu prospek pembangunan masa depan yaitu membangun pabrik yang mempunyai daya saing dengan produk-produk luar negeri. Salah satunya yaitu dengan membangun pabrik asam oksalat. Asam oksalat termasuk kedalam asam dikarboksilat yang paling sederhana (HOOC-COOH). Asam oksalat dihidrat (C 2 H 2 O 4 -H 2 O). Asam oksalat merupakan bahan kimia intermediat (bahan antara) dalam bahan pencampuran zat warna dalam industri tekstil dan cat, menetralkan kelebihan alkali pada pencucian dan sebagai bleaching. Asam oksalat pada industri logam digunakan sebagai bahan pelapis logam dari kerak. Sedangkan dalam pabrik polimer dipakai sebagai inisiator. Pabrik ini beroperasi dengan kapasitas 17.000 ton/tahun, dengan pertimbangan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri dan mengurangi ketergantungan import. Bahan baku yang digunakan dalam perancangan ini adalah molasses 727,08397 kg/jam dan asam nitrat (HNO 3 ) 1606,13340 kg/jam dengan bantuan katalis asam sulfat (H 2 SO 4 ) 460,11965 kg/jam dan vanadium pentoksida (V 2 O 5 ) 0,04601 kg/jam. Reaksi ini berlangsung pada fase cair-cair, reversible, eksotermis, dan bersifat nonisothermal dalam reaktor CSTR dengan kondisi operasi suhu 71 o C dan tekanan 1 atm. Untuk menunjang proses produksi, maka perlu didirikan unit pendukung proses atau utilitas yang meliputi unit penyediaan air sebesar 445.064,654 kg/jam, listrik yang dipelukan sebesar 1324,22655 kw, udara tekan sebesar 150 m 3 /jam, dan kebutuhan bahan bakar sebesar 908,679 liter/jam serta laboratorium. Perancangan pabrik asam oksalat dihidrat dengan luas area sebesar 9600 m 2 direncanakan akan dibangun pada tahun 2020 dan berlokasi di Gresik, Jawa Timur. Pabrik asam oksalat ini berbentuk perseroan terbatas (PT) dengan sistem organisasi line dan staff. Dengan jumlah karyawan yang dibutuhkan 115 orang dimana sistem kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non-shift. Dari analisa ekonomi yang dilakukan terhadap pabrik ini dengan modal tetap Rp 95.761.307.111 dan modal kerja pabrik sebesar Rp 64.759.961.590 diperoleh Return of Investment (ROI) sebelum pajak yaitu 32,5% dan setelah pajak adalah 24,4%. Sedangkan Pay Out Time (POT) sebelum dan sesudah pajak yaitu 2,35 tahun dan 2,91 tahun. Break Event Point dan Shut Down Point sebesar 42,45% dan 22,96%. Untuk Discounted Cash Flow (DCF) terhitung sebesar 37,64%. Berdasarkan perhitungan analisa ekonomi maka dapat disimpulakan bahwa pabri ini layak didirikan. iv
Abstract In the era of technological advances in various fields of rapid development, one of the future development prospects of building a factory that has competitiveness with overseas products. One of them is by building a plant oxalic acid. Oxalic acid is included in the simplest dicarboxylic acid (HOOC-COOH). The design of oxalic acid dihydrate plant with an area of 9600 m2 is planned to be built in 2020 and located in Gresik, East Java. The plant operates with a capacity of 17,000 tons / year, with consideration to meet domestic demand and reduce import dependence. The raw materials used in this design are molasses 727,08397 kg / hr and nitric acid (HNO3) 1606,13340 kg / hr with the help of catalyst (H2SO4) 460,11965 kg / h and (V2O5) 0.04601 kg / hr. This reaction takes place in the liquid-liquid phase, reversible, exothermic, and nonisothermal in a CSTR reactor with operating conditions of temperature 71oC and 1 atm pressure. To support the production process, it is necessary to establish a process support unit or utility which includes a water supply unit of 445,064,654 kg / hour, the required electricity of 1324,22655 kw, compressed air of 150 m3 / hour, and fuel requirement of 908,679 liters / Hr and laboratory. With the number of employees required 115 people where the work system consisting of employees shift and non-shift. From the economic analysis conducted on this factory with fixed capital Rp 95.761.307.111 and working capital of factory Rp 64.759.961.590 obtained Return of Investment (ROI) before tax is 32,5% and after tax is 24,4%. While Pay Out Time (POT) before and after taxes are 2.35 years and 2.91 years. Break Event Point and Shut Down Point by 42.45% and 22.96%. For Discounted Cash Flow (DCF) accounted for 37.64%. Based on the calculation of economic analysis it can be concluded that this factory worthy established. Keywords: Dihydrate Oxalic Acid, Oxidation Process of Nitrate Acid, CSTR
MOTTO Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu. Dan sesungguhnya yang demikian itu sungguh berat kecuali bagi orang-orang yang khusyu. (Q.S Al Baqarah: 45) Sesungguhnya bersama kesulitan dan kemudahan. Maka apabila engkau telah selesai (dari suatu urusan), teteplah bekerja kerja keras (untuk urusan yang lain). Dan hanya kepada Tuhanmulah engkau berharap (Q.S Al-Insyirah: 6-8) Allah akan meninggikian orang-orang beriman diantaramu dan orang-orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa derajat (Q.S Al-Mujadalah: 11) Sebaik-baik manusia adalah orang yang paling bermanfaat bagi orang lain (HR. Ahmad) Boleh jadi kamu membenci sesuatu, padahal ia amat baik bagimu dan boleh jadi (pula) kamu menyukai sesuatu padahal ia amat buruk bagimu. Allah mengetahui sedang kamu tidak mengetahui (QS. 2 :216) v
PERSEMBAHAN Segala puji syukur selalu tercurah kepada-mu Yaa Allah atas segala nikmat dan karunia-mu penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Tugas akhir ini saya persembahkan untuk: Ibu, Bapak dan Adik-adikku tercinta yang telah memberikan dukungan dan semangat sehingga saya bisa menyelesaikan tugas akhir ini. Partnerku Efany Sara, terima kasih telah menjadi partner TPP ku. Terima kasih untuk kesabaran, persahabatan dan kerjasamanya untuk menyelesaikan tugas akhir ini. Sahabatku tercinta Diah,Erlin,Warih,Ayu,Ika,Devi,Sima,Nur,Lusti yang selalu setia menyemangatiku dan membantuku jika aku mengalami kesulitan dalam mengerjakan TPP ini. Ikatan Mahasiswa Muhammadiyah Komisariat Averroes dan Koordinator Komisariat IMM UMS yang sudah memberikan banyak pengalaman, pelajaran, dan kenangan yang mendalam untuk saya. Sahabat Teknik Kimia 2011 yang telah bersama-sama dalam perkuliahan yang menyenangkan. Terima kasih atas doa dan semangat dari kalian semua. Semoga kita semua menjadi orang-orang yang sukses duania akhirat dan bisa bermanfaat untuk sesama. ivi
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT berkat limpahan rahmat dan hidayah-nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul Prarancangan Pabrik Asam Oksalat Dihydrate dari Molasses dan Asam Nitrat dengan Kapasitas 17.000 Ton per Tahun. Tidak lupa sholawat serta salam senantiasa tercurahkan kepada nabi besar Muhammad SAW, keluarga, sahabat, dan para pengikut pengikutnya. Tugas Prarancangan Pabrik ini merupakan salah satu syarat yang wajib ditempuh untuk menyelesaikan proram statra-1 jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta. Pada kesempatan ini, penulis 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. Allah SWT yang telah melimpahkan rizki dan karunia-nya 2. Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D selaku kepala jurusan Teknik Kimia 3. Ir.Ahmad M. Fuadi, M.T., Ph.D selaku dosen pembimbing 1 yang selalu sabar membimbing dan memberi arahan selama proses pembuatan TPP. 4. Emi Erawati, S.T.,M.Eng selaku dosen pembimbing 2 yang selalu sabar membimbing dan memberi arahan selama proses pembuatan TPP. 5. Seluruh dosen dan staf karyawan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta 6. Bapak dan ibu tercinta, yang telah memberikan doa, kasih sayang, perhatian, dan dukungan secara matererial maupun spiritual. 7. Segenap civitas akademika dan teman-teman mahasiswa Teknik Kimia FT Universitas Muhammadiyah Surakarta khususnya angkatan 2011. vii
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Laporan Pnelitian ini masih jauh dari sempurna. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk kesempurnaan laporan ini Surakarta, April 2017 Penulis viii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI... iii INTISARI... iv MOTTO... v PERSEMBAHAN... vi KATA PENGANTAR... vii DAFTAR ISI... viii DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR GAMBAR... xv BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik... 1 1.2 Kapasitas Pabrik... 2 1.3 Penentuan Lokasi Pabrik... 5 1.4 Tinjauan Pustaka... 7 1.4.1 Macam-macam proses... 8 1.4.2 Kegunaan produk... 10 1.4.3 Sifat fisis dan kimia bahan baku dan produk... 12 1.5 Tinjauan Proses... 15 BAB II DESKRIPSI PROSES... 17 2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk... 17 2.1.1 Bahan baku... 17 2.1.2 Spesifikasi katalis... 18 2.1.3 Spesifikasi produk... 19 2.2 Konsep Dasar... 19 2.2.1 Dasar reaksi... 19 2.2.2 Fase reaksi... 19 2.2.3 Kondisi operasi... 17 2.2.4 Tinjauan kinetika... 20 2.2.5 Tinjauan termodinamika... 21 2.3 Diagram Alir Proses... 23 2.3.1 Langkah proses... 23 2.3.1.1 Tahap persiapan bahan baku... 24 2.3.1.2 Tahap reaksi pembentukan asam oksalat... 25 x
2.3.1.3 Tahap pengkristalan asam oksalat... 26 2.3.1.4 Tahap pengeringan asam oksalat... 26 2.3.1.5 Tahap pengemasan asam oksalat... 27 2.3.2 Diagram alir proses... 27 2.4 Nearca Massa dan Neraca Panas... 29 2.4.1 Neraca massa... 29 2.4.2 Neraca panas... 38 2.5 Tata Letak Peralatan... 45 2.5.1 Tata letak pabrik... 45 2.5.2 Tata letak peralatan proses... 49 BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES... 52 3.1 Absorber... 52 3.2 Akumulator... 52 3.3 Belt Conveyor 1... 53 3.4 Belt Conveyor 2... 53 3.5 Belt Conveyor 3... 54 3.6 Bin Produk... 54 3.7 Blower 1... 55 3.8 Blower 2... 55 3.9 Bucket Elevator 1... 56 3.10 Bucket Elevator 2... 56 3.11 Centrifuge 1... 56 3.12 Centrifuge 2... 57 3.13 Centrifuge 3... 58 3.14 Evaporator... 58 3.15 Filter Udara... 60 3.16 Heat Exchanger... 61 3.17 Condensor... 65 3.18 Kristalizer 1... 66 3.19 Kristalizer 2... 67 3.20 Menara Distilasi... 67 3.21 Mother Liquor Tank... 68 3.22 Pompa... 69 3.23 Reaktor... 77 3.24 Rotary Dryer... 78 3.25 Tangki Redisolving... 79 3.26 Tangki Penyimpanan... 80 3.27 Reaktor Pipa ( Plug Flow Reactor)... 83 BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES... 84 4.1 Unit Pendukung Proses (utilitas)... 85 4.1.1 Unit pengadaan air... 86 4.1.2 Unit pengadaan steam... 94 xi
4.1.3 Unit pengadaan listrik... 97 4.1.4 Unit pengadaan bahan bakar... 101 4.2 Laboratorium... 103 4.2.1 Laboratorium fisik... 103 4.2.2 Laboratorium analitik... 103 4.2.3 Laboratorium penelitian dan pengembangan... 103 4.2.4 Analisa air... 103 4.2.5 Analisa sampel... 103 4.3 Unit Pengolahan Limbah... 104 BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN... 105 5.1 Bentuk Perusahaan....105 5.2 Struktur Organisasi....106 5.2.1 Pemegang saham... 106 5.2.2 Dewan komisaris... 107 5.2.3 Direktur.....107 5.2.4 Kepala bagian.....108 5.2.5 Karyawan... 109 5.2.6 Sekretaris... 111 5.2.7 Staf ahli... 111 5.3 Sistem Kepegawaian dan Sistem Gaji......111 5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan...... 112 5.4.1 Karyawan non shift... 112 5.4.2 Karyawan shift... 112 5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah... 113 5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji... 114 5.6.1 Penggolongan jabatan... 114 5.6.2 Jumlah karyawan dan gaji... 115 5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan... 117 5.8 Kesehatan dan Keselamatan Kerja... 117 5.9 Manajemen Produksi... 117 5.9.1 Perencanaan produksi... 118 5.9.2 Pengendalian produksi... 119 BAB VI ANALISA EKONOMI... 121 6.1 Dasar Perhitungan... 121 6.2 Perhitungan biaya... 123 6.2.1 Investasi modal (Capital Investment)... 123 6.2.2 Biaya produksi (Manufacturing Cost)...124 6.2.3 Pengeluaran umum (General Expenses)... 124 6.3 Analisis Kelayakan... 124 6.3.1 Percent return on investment (ROI)... 125 6.3.2 Pay out time (POT)... 125 6.3.3 Break even point (BEP)... 125 xii
6.3.4 Shut down point (SDP)... 126 6.3.5 Discounted cash flow... 126 6.4 Hasil Perhitungan... 126 6.4.1 Total fixed capital investment... 126 6.4.2 Working capital... 127 6.4.3 Total capital investment (TCI)... 127 6.4.4 Direct anufacturing cost... 127 6.4.5 Inderect manufacturing cost...127 6.4.6 Fixed manufacturing cost... 128 6.4.7 Total manufacturing cost (TMC)... 128 6.4.8 General expenses... 128 6.4.9 Total prodution cost (TPC)... 129 6.4.10 Analisis kelayakan...130 KESIMPULAN... 131 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN DIAGRAM ALIR PROSES xiii
DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Data Impor Asam Oksalat... 3 Tabel 1.2 Penawaran dan Permintaan Asam Oksalat pada Tahun 1992(ton)... 4 Tabel 1.3 Kapasitas Produksi Industri Asam Oksalat yang Ada... 5 Tabel 2.1 Data G dan H masing-masing komponen... 22 Tabel 2.2 Neraca Massa Total Masuk... 29 Tabel 2.3 Neraca Massa Total Keluar... 30 Tabel 2.4 Neraca Massa di Tangki Treatment Molasses... 31 Tabel 2.5 Neraca Massa di Centrifuge 1... 31 Tabel 2.6 Neraca Massa di Reaktor... 32 Tabel 2.7 Neraca Massa di Kristalizer 1... 32 Tabel 2.8 Neraca Massa di Centrifuge 2... 33 Tabel 2.9 Neraca Massa di Tangki Redisolving... 33 Tabel 2.10 Neraca Massa di Kristalizer 2... 34 Tabel 2.11 Neraca Massa di Centrifuge 3... 34 Tabel 2.12 Neraca Massa di Rotary Dryer... 35 Tabel 2.13 Neraca Massa di MLT... 35 Tabel 2.14 Neraca Massa di Evaporator... 36 Tabel 2.15 Neraca Massa di WHB... 36 Tabel 2.16 Neraca Massa di Absorber... 37 Tabel 2.17 Neraca Massa di Menara Distilasi... 37 Tabel 2.18 Neraca Panas di Tangki Treatment Molasses... 38 Tabel 2.19 Neraca Panas di Centrifuge 1... 38 Tabel 2.20 Neraca Panas di Reaktor... 39 Tabel 2.21 Neraca Panas di Kristalizer 1... 39 Tabel 2.22 Neraca Panas di Centrifuge 2... 40 Tabel 2.23 Neraca Panas di Tangki Redisolving... 40 Tabel 2.24 Neraca Panas di Kristalizer 2... 41 Tabel 2.25 Neraca Panas di Centrifuge 3... 41 xiv
Tabel 2.26 Neraca Panas di Rotary Dryer... 42 Tabel 2.27 Neraca Panas di MLT... 42 Tabel 2.28 Neraca Panas di Evaporator... 43 Tabel 2.29 Neraca Panas di WHB... 43 Tabel 2.30 Neraca Panas di Absorber... 44 Tabel 2.31 Neraca Panas di Menara Distilasi... 44 Tabel 2.32 Luas Bangunan Pabrik... 47 Tabel 4.1 Kebutuhan air untuk pendingin... 93 Tabel 4.2 Kebutuhan air untuk umpan boiler... 93 Tabel 4.3 Kebutuhan air untuk perkantoran dan pabrik... 94 Tabel 4.4 Kebutuhan air proses... 94 Tabel 4.5 Kebutuhan Listrik Proses... 97 Tabel 4.6 Kebutuhan Listrik Utilitas... 98 Tabel 4.7 Kebutuhan Listrik untuk Penerangan... 99 Tabel 4.8 Total Kebutuhan Listrik Pabrik... 100 Tabel 5.1 Sistem Pembagian Kelompok Shift... 113 Tabel 5.2 Penggolongan Jabatan Perusahaan... 114 Tabel 5.3 Jumlah Karyawan Sesuai dengan Jabatan dan Gaji... 115 Tabel 5.4 Pembagian Karyawan Proses Tiap Shift... 116 Tabel 6.1 Cost Index Chemical Plant... 122 Tabel 6.2 Total Fixed Capital Investment... 126 Tabel 6.3 Working Capital... 127 Tabel 6.4 Direct Manufacturing Cost... 127 Tabel 6.5 Indirect Manufacturing Cost... 127 Tabel 6.6 Fixed manufacturing Cost... 128 Tabel 6.7 Total Manufacturing Cost... 128 Tabel 6.8 General Expenses... 128 Tabel 6.9 Anlisa Kelayakan... 130 xv
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Konsumsi Asam Oksalat di Dunia pada Tahun 1992... 24 Gambar 2.2 Tata Letak Peralatan Proses... 51 Gambar 5.1 Struktur Organisasi Perusahaan Asam Oksalat Dihydrat... 120 Gambar 6.1 Grafik Hubungan antara Tahun dan Cost Index... 123 Gambar 6.2 Grafik Analisa Kelayakan... 131 xvi