i
PRARANCANGAN PABRIK TRISODIUM FOSFAT DARI ASAM FOSFAT, SODIUM KARBONAT
DAN SODIUM HIDROKSIDA KAPASITAS 35.000 TON PER TAHUN
A. HALAMAN JUDUL
Disusun sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Kesarjanaan Strata 1 Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oleh : Ratna Dwi Susanti
D 500 120 013
Dosen Pembimbing : Ir. Nur Hidayati, M.T., Ph.D.
Hamid Abdillah, S.T., M.T.
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
ii
HALAMAN PENGESAHAN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Nama : Ratna Dwi Susanti
NIM : D 500 120 013
Judul Skripsi : Prarancangan Pabrik Trisodium Fosfat dari Asam Fosfat, Sodium Karbonat,dan Sodium Hidroksida Kapasitas 35.000 Ton per Tahun
Dosen Pembimbing :1. Ir. Nur Hidayati, M.T., Ph.D. 2. Hamid Abdillah, S.T., M.T.
Surakarta, April 2017
Menyetujui,
Pembimbing I
Ir. Nur Hidayati, M.T.,Ph.D NIK. 975
Pembimbing II
Hamid Abdillah, S.T., M.T. NIK. 894
Mengetahui, Dekan
Fakultas Teknik
Ir. H. Sri Sunarjono. M.T., Ph.D NIK. 682
Ketua Program Studi Teknik Kimia
iii
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama : Ratna Dwi Susanti
NIM : D 500 120 013
Program Studi : S1 Teknik Kimia
Judul Skripsi :Prarancangan Pabrik Trisodium Fosfat dari Asam Fosfat, Sodium Karbonat, dan Sodium Hidroksida Kapasitas 35.000 Ton per Tahun
Menyatakan dengan sebenarnya bahwa skripsi yang saya buat ini, adalah hasil karya saya sendiri, kecuali kutipan-kutipan dan ringkasan-ringkasan yang dirujuk dari sumbernya.
Surakarta, April 2017
iv
INTISARI
Prarancangan pabrik trisodium fosfat bertujuan untuk memasok kebutuhan trisodium fosfat secara domestik dalam industri kimia. Trisodium fosfat dengan bahan baku sodium karbonat, asam fosfat, dan sodium hidroksida yang berkapasitas 35.000 ton/tahun direncanakan beroperasi selama 330 hari/tahun, yang akan didirikan di Gresik, Jawa Timur.
Proses yang digunakan untuk pembentukan trisodium fosfat pada fase cair dan padat dengan sifat reaksi irreversible, isothermal pada suhu 900C dengan tekanan 1 atm, reaksi ini bersifat eksotermis. Proses produksi trisodium fosfat dilakukan dengan empat buah reaktor RATB dimana reaktor (R-120) dan (R-121) difungsikan untuk mereaksikan sodium karbonat dan asam fosfat dengan konversi reaksi sebesar 99%, sedangkan pada reaktor (R-130) dan (R-131) difungsikan untuk mereaksikan disodium fosfat dengan sodium hidroksida. Produk trisodium fosfat yang dihasilkan sebanyak 4.419.1919 kg/jam, untuk menghasilkan produk sesuai perhitungan, maka dibutuhkan bahan baku asam fosfat sebanyak 2.287.9682 kg/jam, sodium karbonat sebanyak 1.248,0101 kg/jam dan sodium hidroksida sebanyak 920,28 kg/jam. Unit pendukung proses (utilitas) meliputi penyediaan air pendingin 57.775,49 kg/jam, air untuk kebutuhan steam sebesar 3.054,3387 kg/jam yang di produksi dari boiler dengan bahan bakar solar sebesar 529,833 L/jam, air untuk sanitasi sebesar 1.885,667 kg/jam. Pabrik trisodium fosfat ini membutuhkan listrik sebesar 746,014 Kw disediakan dari PLN dan disediakan sebuah generator set sebagai cadangan. Kebutuhan udara tekan sebesar 30 m3/jam. Pabrik ini direncanakan berdiri di Gresik, Jawa Timur pada tahun 2023 dengan luas 14.671 m2 dengan jumlah karyawan sebanyak 161 orang.
Dari analisis ekonomi terhadap pabrik trisodium fosfat menunjukkan keuntungan sebelum pajak Rp 60.252.913.141 per tahun setelah dipotong pajak keuntungan mencapai Rp 42.177.039.199 per tahun. Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak 15,14% dan setelah pajak 10,60%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak 3,98 tahun dan setelah pajak 4,85 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 57,29% dan Shut Down Point (SDP) sebesar 24,86% dan IRR terhitung sebesar 19,67%. Dari data analisis kelayakan di atas disimpulkan, bahwa pabrik ini menguntungkan dan layak untuk didirikan.
v
ABSTRAK
Trisodium phosphate plant aims to supply domestic needs of trisodium phosphate in the chemical industry. Trisodium phosphate with the raw material sodium carbonate, phosphoric acid, and sodium hydroxide with a capacity of 35,000 tons / year is planned to operate for 330 days / year.
The process used for the formation of trisodium phosphate in liquid and solid phase reaction nature irreversible, isothermal at 90⁰C with a pressure of 1 atm, the reaction is exothermic. Trisodium phosphate production process is done with four reactor RATB wherein the reactor (R-120) and (R-121) is intended for reacting sodium carbonate and phosphoric acid reaction conversion of 99%, while in the reactor (R-140) and (R-141) is intended for reacting disodium phosphate with sodium hydroxide. Trisodium phosphate products generated as much 4.419.1920 kg/hour, to produce the products according to the calculation, the required raw materials as much phosphoric acid 2.287.9682 kg/hour, sodium carbonate and sodium hydroxide as much as 1.249,58 kg/hour and 469,96 kg/hour. Process support unit (utility) covers the supply of cooling water 57.775,49 kg/hour, water for steam requirements of 3.054,3387 kg/hour in the production of boilers with diesel fuel amounted to 529,833 L/h, water for sanitation amounted to 1.885,667 kg/hour. Trisodium phosphate plant requires 746,014 Kw of electricity supplied from PLN and provided a generator set as a backup. Compressed air requirement of 30 m3/h. The factory is planned to stand in Gresik, East Java, in 2023 with an area of 14.671 m2 and employs 161 people.
From the economic analysis of trisodium phosphate plant showed a profit before tax of Rp 60.252.913.141 per year after tax profits reached Rp 42.177.039.199 per year. Percent Return On Investment (ROI) before tax 15,14% and 10,60% after tax. Pay Out Time (POT) before tax3,98 years and after tax 4,85 years. Break Even Point (BEP) amounted to 57.23% and Shut Down Point (SDP) amounted to 24.86% and accounted for 19.67% IRR. From the data above feasibility analysis concluded that the plant is profitable and feasible to set.
vi
MOTTO
“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah selesai (dari suatu urusan) kerjakan dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain,
dan hanya kepada Tuhan mu lah kamu berharap.” (Q.S Asy-Syarh: 6-8)
vii
PERSEMBAHAN
Segala puji syukur selalu tercurah kepada-Mu Yaa Allah SWT atas segala nikmat dan karunia-Mu sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.
Tugas akhir ini saya persembahkan untuk:
1. Ibu, Bapak dan Kakak Perempuan tercinta yang telah memberikan dukungan dan semangat sehingga saya bisa menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Partner saya Faza Hadaina, terima kasih telah menjadi partner TPP ku.
Terima kasih untuk kesabaran, pertemanan dan kerjasamanya untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
3. Teman baik saya Rizky Shinta W, terima kasih atas waktu dan pengertiannya yang telah menemani saya selama ini dan bersabar terhadap saya.
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas limpahan berkah, rahmat, taufik dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Trisodium Fosfat dari Asam Fosfat, Sodium Hidroksida, dan Sodium Karbonat dengan Kapasitas 35.000 Ton/Tahun”. Sholawat serta salam selalu penulis panjatkan kepada Nabi Besar Muhammad SAW yang kita nantikan syafa’atnya di Yaumul Qiyamah nanti.
Tugas Prarancangan Pabrik merupakan salah satu syarat yang wajib ditempuh untuk menyelesaikan Program Studi S-1 Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Tak dapat penulis pungkiri, dalam mengerjakan maupun menyusun laporan tugas akhir penulis mendapatkan kesulitan. Sehingga, 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. Ibu Ir.Nur Hidayati, M.T., Ph.D sebagai dosen pembimbing I 2. Bapak Hamid Abdillah, S.T., M.T. sebagai dosen pembimbing II
3. Bapak Rois Fatoni, ST., M.Sc., Ph.D. Sebagai ketua Program Studi teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
4. Seluruh dosen dan staf Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta 5. Segenap teman-teman mahasiswa Teknik Kimia FT UMS khususnya
angkatan 2012.
Penulis berharap semoga laporan ini bermanfaat bagi semua pihak yang membaca.
Surakarta, April 2017
ix
1.2.1 Kebutuhan trisodium fosfat di Indonesia. ... 2
xi
3.10.1 Heat exchanger-01 ... 51
3.10.2 Heat exchanger-02 ... 51
3.10.3 Heat exchanger-03 ... 52
3.10.4.Heat exchanger-04 ... 52
3.11 Hopper ... 53
UNIT PENDUKUNG PROSES (UTILITAS) DAN LABORATORIUM ... 64
4.1 Unit Pendukung Proses (Utilitas)... 64
xii
4.1.2 Unit Penyediaan Steam ... 75
4.1.3 Unit Penyediaan Listrik ... 77
4.1.4 Unit Penyediaan Bahan Bakar ... 80
4.1.5 Unit Pengolahan Limbah ... 88
4.1.6 Unit Penyediaan Tekanan Udara ... 89
4.2 Laboratorium... 89
4.2.1 Laboratorium Fisik ... 90
4.2.2 Laboratorium Analitik ... 90
4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan ... 90
4.2.4 Analisa Air ... 90
4.2.5 Analisa Sampel ... 91
BAB V ... 96
MANAJEMEN PERUSAHAAN ... 92
5.1 Bentuk Perusahaan ... 92
5.4 Sistem Kepegawaian dan Sistem Gaji ... 98
5.5 Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 99
5.6 Status karyawan dan sistem upah ... 101
5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ... 103
BAB VI ... 105
ANALISA EKONOMI ... 105
6.1 Dasar Perhitungan ... 105
6.2 Perhitungan Biaya ... 108
6.2.1 Investasi modal (Capital Investment) ... 108
xiii
6.2.3 Pengeluaran Umum (General Expenses) ... 108
6.3 Analisis Kelayakan ... 109
6.3.1 Percent Return On Investment (ROI) ... 109
6.3.2 Pay Out Time (POT) ... 109
6.3.3 Break Even Point (BEP) ... 109
6.3.4 Shut Down Point (SDP) ... 110
6.3.5 Discounted Cash Flow ... 110
6.4 Hasil Perhitungan ... 111
6.4.1 Total Fixed Capital Investment ... 111
6.4.2 Working Capital Investment ... 111
6.4.3 Total Capital Investment (TCI) ... 111
6.4.4 Direct Manufacturing Cost ... 112
6.4.5 Indirect Manufacturing Cost ... 112
6.4.6 Fixed Manufacturing Cost ... 112
6.4.7 Total Manufacturing Cost (TMC) ... 113
6.4.8 General Expenses ... 113
6.4.9 Total Production Cost (TPC) ... 113
6.4.10 Analisa Keuntungan ... 113
6.4.11 Analisis Kelayakan ... 117
BAB VII ... 118
KESIMPULAN ... 118
DAFTAR PUSTAKA ... 119
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Data impor trisodium fosfat ... 2
Tabel 1.2 Data kapasitas produksi pabrik trisodium fosfat di dunia ... 4
Tabel 2.1 Data panas pembentukan pada suhu 25⁰C ... 14
Tabel 2.10 Neraca massa reaktor-04 ... 27
Tabel 2.11 Neraca massa filter-02 ... 28
Tabel 2.12 Neraca massa evaporator ... 28
Tabel 2.13 Neraca massa pada kristaliser ... 29
Tabel 2.14 Neraca massa pada centrifuge ... 29
Tabel 2.15 Neraca massa pada rotary dryer ... 29
Tabel 2.16 Neraca panas heater-01 ... 30
Tabel 2.17 Neraca panas mixer-01 ... 30
Tabel 2.18 Neraca panas pada heater-04 ... 31
Tabel 2.19 Neraca panas pada heater-02 ... 31
Tabel 2.20 Neraca panas pada reaktor-01 ... 31
Tabel 2.21 Neraca panas pada reaktor-02 ... 32
Tabel 2.22 Neraca panas filter-01 ... 33
Tabel 2.23 Neraca panas pada reaktor-03 ... 33
Tabel 2.24 Neraca panas pada reaktor-04 ... 34
Tabel 2.25 Neraca panas pada filter-02 ... 34
Tabel 2.26 Neraca panas pada evaporator ... 35
Tabel 2.27 Neraca panas kondenser ... 35
Tabel 2.28 Neraca panas pada cooler ... 35
xv
Tabel 2.30 Neraca panas pada centrifuge ... 36
Tabel 2.31 Neraca panas pada rotary dryer ... 37
Tabel 2.32 Perincian luas tanah dan bangunan pabrik ... 39
Tabel 4.1 Daftar kebutuhan air pendingin ... 74
Tabel 4.2 Daftar air proses pengenceran ... 74
Tabel 4.3 Daftar air untuk pembuatan uap air ... 74
Tabel 4.4 Daftar kebutuhan air sanitasi ... 75
Tabel 4.5 Kebutuhan listrik proses ... 78
Tabel 4.6 Kebutuhan listrik utilitas ... 79
Tabel 4.7 Total kebutuhan listrik total ... 80
Tabel 5.1 Jadwal kerja untuk setiap regu ... 101
Tabel 5.2 Perincian golongan, kualifikasi, jumlah dan gaji karyawan ... 102
Tabel 6.1 Cost index chemical plant ... 106
Tabel 6.2 Total fixed capital investment ... 111
Tabel 6.3 Working capital investment ... 111
Tabel 6.4 Total capital investment. ... 111
Tabel 6.5 Direct manufacturing cost ... 112
Tabel 6.6 Indirect manufacturing cost ... 112
Tabel 6.7 Fixed manufacturing cost ... 112
Tabel 6.8 Total manufacturing cost ... 113
Tabel 6.9 Total General expenses ... 113
Tabel 6.10 Total production ... 113
Tabel 6.11 Fixed manufacturing cost ... 114
Tabel 6.12 Variable cost ... 115
Tabel 6.13 Regulated cost ... 115
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Hubungan trisodium fosfat dengan tahun ekspor ... 3
Gambar 2.1 Diagram alir kualititatif prarancangan pabrik trisodium fosfat ... 21
Gambar 2.2 Diagram alir kuantitatif prarancangan pabrik trisodium fosfat ... 22
Gambar 2.3 Tata letak prarancangan pabrik trisodium fosfat ... 41
Gambar 2.4 Tata letak peralatan ... 44
Gambar 4.1 Denah utilitas prarancangan pabrik trisodium fosfat ... 68
Gambar 5.1 Susunan struktur organisasi perusahaan ... 95
Gambar 6.1 Hubungan tahun dengan cost index ... 107
