PRARANCANGAN PABRIK MONOBASIC POTASSIUM PHOSPHATE DARI ASAM FOSFAT DAN POTASSIUM HIDROKSIDA DENGAN KAPASITAS 20.000 TON/TAHUN

(1)

ABSTRAK

PRARANCANGAN PABRIK MONOBASIC POTASSIUM PHOSPHATE DARI ASAM FOSFAT DAN POTASSIUM HIDROKSIDA

KAPASITAS 20.000 TON/TAHUN

Oleh

MOCHAMAD MASYKURI

Pabrik Monobasic Potassium Phosphate berbahan baku Asam Fosfat dan Potassium Hidroksida, akan didirikan di Gresik, Jawa Timur. Pabrik ini berdiri dengan mempertimbangkan ketersediaan bahan baku, daerah pemasaran, sarana transportasi yang memadai, tenaga kerja yang mudah didapatkan dan kondisi lingkungan.

Pabrik direncanakan memproduksi Monobasic Potassium Phosphate sebanyak 20.000 ton/tahun, dengan waktu operasi 24 jam/hari, 330 hari/tahun. Bahan baku yang digunakan adalah Asam Fosfat sebanyak 2.160,727 kg/jam dan Potassium Hidroksida sebanyak 2.627,519 kg/jam.

(2)

Dari analisis ekonomi diperoleh:

Fixed Capital Investment (FCI) = Rp 193.016.806.885,405 Working Capital Investment (WCI) = Rp 34.061.789.450,366 Total Capital Investment (TCI) = Rp 227.078.596.335,770 Break Even Point (BEP) = 45,838 %

Shut Down Point (SDP) = 30,011 % Pay Out Time before taxes (POT)b = 1,835 tahun Pay Out Time after taxes (POT)a = 2,193 tahun Return on Investment before taxes (ROI)b = 37,815 % Return on Investment after taxes (ROI)a = 30,252 % Discounted cash flow (DCF) = 33,779 %

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Bangsa Indonesia saat ini tengah berusaha untuk tumbuh dan berkembang atas kemampuannya sendiri dan mengurangi ketergantungan dari negara lain. Oleh karena itu segala sektor ditingkatkan dengan memanfaatkan segala sumber daya yang ada dan salah satunya adalah sektor industri yang sangat diharapkan menjadi salah satu tulang punggung perekonomian bangsa kita.

Titik berat pembangunan saat ini adalah pembangunan dibidang ekonomi dengan sasaran utama tercapainya keseimbangan antara sektor pertanian dan sektor industri terutama industri kimia. Dengan berkembangnya industri kimia di Indonesia maka akan mengurangi ketergantungan negara kita terhadap impor dari negara lain.

Adanya era perdagangan bebas maka bangsa Indonesia juga perlu segera meningkatkan pembangunan di bidang ekonomi agar dapat bersaing dengan negara-negara lain. Disadari atau tidak, industri di Indonesia telah tertinggal dibandingkan dengan negara–negara tetangganya di Asia Tenggara.

(8)

negara. Hal ini cukup memprihatinkan mengingat biaya impor dihitung dalam kurs dollar yang akhir-akhir ini cukup tinggi.

Sehubungan dengan hal tersebut maka dibuatlah suatu pra rencana pabrik pembuatan Monobasic Potassium Phosphate (MKP) sebagai salah satu solusi untuk dapat meningkatkan perekonomian negara Indonesia dan merupakan komoditi yang perlu dipertimbangkan pembuatannya di Indonesia, terutama karena kebutuhan untuk pertanian dalam negeri masih belum terpenuhi.

B. Kegunaan Produk

Monobasic Potassium Phosphate (MKP) adalah suatu senyawa yang digunakan sebagai pupuk, terutama untuk tanaman buah-buahan. Senyawa ini selain mensuplai unsur Phospor juga sekaligus memberikan unsur Kalium yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman.

Ada beberapa senyawa Fosfat lain yang dapat difungsikan sebagai pupuk Fosfat, akan tetapi Monobasic Potassium Phosphate (MKP) memberikan beberapa kelebihan dintaranya memiliki kadar Phospor dan Kalium yang tinggi sehingga dapat disuplai untuk tanaman lebih banyak, disamping itu

kemudahannya mengurai dalam air lebih besar sehingga distribusinya sebagai makanan tanaman lebih baik (Ianicelli Joseph, 2007).

C. Ketersediaan Bahan Baku

(9)

3

Potassium Hidroksida dapat diperoleh dari PT. Aneka Kimia Inti Surabaya, Jawa Timur.

D. Kapasitas Rancangan

Penentuan kapasitas produksi Monobasic Potassium Phosphate (MKP) disesuaikan dengan kebutuhan, baik kebutuhan dalam negeri maupun impor. Berikut ini, pada tabel 1.1 dapat dilihat data kebutuhan dan data impor

Monobasic Potassium Phosphate (MKP) dari tahun ke tahun berdasarkan data dari Biro Pusat Statistik :

Data Impor Monobasic Potassium Phosphate

Tabel 1.1 Data impor Monobasic Potassium Phosphate (MKP)

Tahun Impor (Ton)

2008 2133

2009 3930

2010 6120

2011 8534

2012 10.014

(10)

Gambar 1.1 Grafik data impor Monobasic Potassium Phosphate (MKP) di Indonesia

Untuk menghitung kebutuhan impor Monobasic Potassium Phosphate (MKP) tahun berikutnya maka menggunakan persamaan garis lurus :

y = ax + b

Keterangan : y = kebutuhan impor monobasic potassium phosphate x = tahun ke-12 (tahun ke-1 dimulai pada 2008) b =intercept

a = gradien garis miring

Diperoleh persamaan garis lurus: y = 2.036 x + 36,4 (ton/tahun) Dari persamaan di atas diketahui bahwa kebutuhan impor Monobasic Potassium Phosphate (MKP) di Indonesia pada tahun 2018 adalah :

y = 2.036 x + 36,4 y = 24.468,4 ton/tahun

y = 2036.6x + 36.4

2008 2009 2010 2011 2012

Series 1

(11)

5

Maka, diambil kapasitas pabrik Monobasic Potassium Phosphate (MKP) Adalah 80% dari data kebutuhan yaitu 20.000 ton/tahun.

E. Lokasi Pabrik

Pemilihan dan penentuan lokasi pabrik merupakan salah satu faktor yang sangat penting dalam suatu perencanaan pabrik karena sangat menentukan kemajuan dan perkembangan pabrik tersebut. Hal ini menyangkut kegiatan produksi dan distribusi produk. Oleh karena itu, penentuan lokasi pabrik harus memberikan suatu perhitungan biaya produksi dan biaya distribusi yang minimal.

Di samping pertimbangan teknis dan ekonomis, diperlukan pula pertimbangan sosiologis yaitu pertimbangan dalam mempelajari sifat dan perilaku masyarakat di sekitar daerah yang dipilih sebagai lokasi pabrik, sehingga jika ada hambatan sosiologis yang timbul dari luar dapat dipertimbangkan sebelumnya.

Berdasarkan pertimbangan di atas maka direncanakan pendirian pabrik

pembuatan Monobasic Potassium Phosphate (MKP) terletak di daerah Gresik, Jawa Timur. Ketepatan pemilihan lokasi pabrik sangat menentukan

kelangsungan dan perkembangan pabrik tersebut secara teknis dan ekonomis dimasa-masa mendatang. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan lokasi pabrik di daerah tersebut adalah

1. Ketersediaan Bahan baku

(12)

sedangkan bahan baku Potassium Hidroksida dapat diperoleh dari PT. Aneka Kimia Inti Surabaya, Jawa Timur.

2. Transportasi dan Pemasaran

Sarana transportasi untuk keperluan pabrik yang memadai ikut

mendukung kelancaran pengangkutan bahan baku dan pemasaran produk, dimana pengangkutan barang dan pemasaran produk dapat ditempuh melalui jalur darat maupun laut. Tersedianya saran transportasi yang memadai yaitu jalan raya dan dekat dengan Pelabuhan Tanjung Perak, Jawa Timur, Dengan lancarnya transportasi diharapkan kegiatan produksi dan pemasaran produk dapat berjalan dengan baik.

3. Utilitas

Lokasi pabrik dekat dengan sungai Bengawan Solo, maka kebutuhan air (Air proses, air pendingin/penghasil steam, perumahan dll) secara

kontinyu dapat diperoleh dari sungai ini. Untuk tenaga listrik didapat dari PLN atau sumber listrik sendiri, sedangkan bahan bakar atau pelumas diperoleh dari Surabaya.

4. Keadaan Iklim dan Bencana Alam

(13)

7

5. Tenaga Kerja

Masalah tenaga kerja di Indonesia tidak begitu sulit diperoleh, begitu juga di daerah ini, yang memiliki sumber daya manusia dalam berbagai

(14)

A.

Pemilihan Proses

Usaha produksi dalam pabrik kimia membutuhkan berbagai sistem proses dan sistem pemroses yang dirangkai dalam suatu sistem proses produksi yang disebut teknologi proses. Secara garis besar, sistem proses utama dari sebuah pabrik kimia adalah sistem reaksi serta sistem pemisahan dan pemurnian. Proses perubahan bahan baku menjadi produk terjadi dalam sistem reaksi. Sistem pemroses bagi sistem reaksi adalah reaktor. Sistem pemisahan dan pemurnian bertujuan agar hasil dari sistem pereaksian sesuai dengan permintaan pasar sehingga layak dijual.

1. Jenis-jenis Proses

Proses pembuatan monobasic potassium phosphate ada dua macam, yaitu : a. Pembuatan Monobasic Potassium Phospate dari Asam Fosfat dan

Potasium Hidroksida.

Reaksi antara Potassium Hidroksida dan Asam Fosfat merupakan reaksi eksotermis, kondisi operasi pada reaktor tersebut memiliki temperatur sebesar 80oC dengan tekanan 1 atm dan konversi sebesar 99%, reaksi yang terjadi pada reaktor tersebut :

(15)

9

Monobasic Potassium Phosphate dan reaktan yang keluar dari reaktor di dinginkan dan ditampung ke dalam Homogenizer untuk

menyeragamkan ukuran partikel dan memperkecil ukuran partikel. Dan selanjutnya feed diumpankan kedalam Spray dryer, Spray Dryer

berfungsi untuk menguapkan dan mengeringkan larutan/slurry sampai kering dengan cara termal, sehingga didapatkan hasil berupa zat padat yang kering. Dimana proses yang terjadi didalam spray dryer tersebut ialah umpan yang berasal dari Homogenizer diumpankan kedalam Drying Chamber melalui Spray Disk Atomizer yang dipasang diatas alat. Umpan tersebut dikabutkan menjadi butir-butir halus, yang

kemudian dilemparkan secara radial kedalam arus gas/udara panas yang masuk melalui puncak Drying Chamber, sehingga umpan tadi akan mengering (Ianicelli Joseph, 2007).

b. Pembuatan Monobasic Potassium Phosphate dari Asam Fosfat dan Potassium Klorida.

Asam Phospate dan Potassium Kloroda dimasukkan ke dalam reaktor dengan temperatur 265oC dengan tekanan 1 atm dan konversi 60%, reaksi antara Asam Fosfat dengan Potassium Klorida merupakan reaksi endotermis, yang terjadi pada reaktor yaitu :

(16)

bawah reaktor kemudian di masukkan ke dalam Dissolution Tank agar slurry tetap terjaga, kemudian keluaran dari Dissolution Tank di dinginkan dan dimasukkan kedalam Crystallyzer agar membentuk kristal dan kemudian keluaran di alirkan menuju evaporator untuk menguapkan H2O dan KH2PO4, H3PO4, serta KOH yang belum

terbentuk dikembalikan ke reaktor untuk di reaksikan kembali (Erickson William, 1988).

2. Tinjauan Ekonomi

Tinjauan ekonomi ini bertujuan untuk mengetahui bruto yang dihasilkan oleh pabrik ini selama setahun dengan kapasitas 20.000 ton/tahun. Berikut ini perbandingan beberapa harga bahan baku dan harga produk pada tahun 2013.

Tabel 2.1 Harga bahan baku dan produk

Bahan Harga dalam $ Harga dalam Rp.

H3PO4 880 $/ton 8.800.000/ton

KOH 300 $/ton 3.000.000/ton

KCL 400 $/ton 4.000.000/ton

KH2PO4 2.000 $/ton 25.000.000/ton

HCL 300 $/ton 3.000.000/ton

(17)

11

1. Proses menggunakan Asam Fosfat dan Potassium Hidroksida H3PO4 (l) + KOH(l)  KH2PO4 (s) + H2O(l) Konversi : 99%

Kapasitas : 20.000 ton Monobasic Potassium Phosphate tiap tahun.

Monobasic Potassium Phosphate = ( )

Monobasic Potassium Phosphate = 20.000.000 136

Monobasic Potassium Phosphate = 147.058,823

Maka jumlah reaktan yang dibutuhkan adalah

H3PO4 = 147.058,823 kmol x = 148.544,266 kmol

= 148.544,266 kmol x 98 kg/kmol = 14.557.338,070 kg = 14.557,338 ton

KOH = 147.058,823 kmol x = 148.544,266 kmol

= 148.544,266 kmol x 56,1 kg/kmol = 8.333.333,323 kg = 8.333,333 ton Jumlah harga bahan baku adalah

= (14.557,338 ton x 880 $/ton) + (8.333,333 ton x 300 $/ton) = $ 15.310.457,340

(18)

Harga produksi per kg Monobasic Potassium Phosphate adalah

=

=$ 15.310.457,340/tahun 20.000.000 kg/tahun

= $ 0,76 /kg = $ 760/ton

Harga pembuatan Monobasic Potassium Phosphate dengan proses ini sebesar $ 760/ton, lebih murah jika dibandingkan dengan harga jual produk sebesar $2.000/ton.

2. Proses menggunakan Asam Fosfat dan Potassium Klorida H3PO4 + KCL  KH2PO4 + HCL Konversi : 60%

Monobasic Potassium Phosphate = ( )

Kapasitas : 20.000 ton Monobasic Potassium Phosphate tiap tahun.

Monobasic Potassium Phosphate = 20.000.000 136

Monobasic Potassium Phosphate = 147.058,823

Maka jumlah reaktan yang dibutuhkan adalah

H3PO4 = 147.058,823 kmol x = 245.098,038 kmol

= 245.098,038 kmol x 98 kg/kmol = 24.019.607,720 kg = 24.019,607 ton

KCL = 147.058,823 kmol x = 245.098,038 kmol

(19)

13

Jumlah harga bahan baku adalah

= (24.019,607 ton x 880 $/ton) + (13.749,999 ton x 300 $/ton) = $ 25.262.253,860

Keuntungan per tahun = Harga produk - harga reaktan = $ (40.000.000–25.262.253,860) = $ 14.737.746,140

Harga produksi per kg Monobasic Potassium Phosphate adalah

=

=$ 25.262.253,860/tahun 20.000.000 kg/tahun

= $ 1,260 /kg = $ 1.260/ton

(20)

3. Kelayakan Teknis

Kelayakan teknis suatu reaksi dilihat dari energy bebas gibbs (∆G).

∆G Reaksi =∑∆GºfProduk – ∑ ∆GºfReaktan

Tabel 2.2 Data energi bebas gibbs pembentukan (∆Gºf) dan panas pembentukan standar (∆Hºf) pada keadaan standar (T=298 K) :

Komponen ∆Gºf(kkal/mol) ∆Hºf(kkal/mol)

H3PO4 (l) -270,00 -309,32

KCL(l) -98,76 -100,16

KOH(l) -105,00 -114,96

KH2PO4 (s) -326,10 -362,70

H2O(l) -56,69 -68,32

HCL(l) -31,33 -39,85

Sumber : Tabel 2-178 dan 2-179Perry’s 8thed

Reaksi menggunakan bahan baku Asam Fosfat dan Potasium Hidroksida H3PO4 (l) + KOH(l)  KH2PO4 (s) + H2O(l)

∆HReaksi =(Δ + Δ )– (Δ + )

= (-362,70 + (-68,32)) - (-309,32 + (-114,96)) =- 6,78 kkal/mol

∆GReaksi =(Δ + Δ )– (Δ + Δ )

(21)

15

Reaksi menggunakan bahan baju Asam Fosfat dan Potasium Klorida H3PO4 + KCL  KH2PO4 + HCL

Tabel 2.3 Kriteria pemilihan proses

Kriteria Penilaian

(22)

1. Reaksi berlangsung secara spontan, yang artinya membutuhkan energi yang lebih kecil.

2. Reaksi berlangsung secara eksotermis. 3. Kebutuhan bahan baku tidak diimpor. 4. Menghasilkan profit yang lebih besar.

B. Uraian Proses

Proses pembuatan Monobasic Potassium Phosphate dilakukan dengan mencampurkan antara Asam Fosfat dengan Potassium Hidroksida, dimana Potassium Hidroksida padat yang ditampung olehSolid Storage(SS-101) dimasukkan ke dalamDissolution Tank(DT-101) untuk diencerkan hingga kosentrasi 48 % dan dipanaskan menggunakan coil hingga suhu 80oC.

Sementara itu Asam Fosfat yang memiliki konsentrasi 85 % dariStorage Tank (ST-101) juga diumpankan menggunakan pompa (PP-101) kedalamHeater (HE-101) untuk dipanaskan hingga suhu 80oC. Kemudian kedua larutan tersebut dimasukkan kedalam Reaktor (RE-201).

Reaksi antara Potassium Hidroksida dan Asam Fosfat merupakan reaksi eksotermis, kondisi operasi pada reaktor tersebut memiliki temperatur sebesar 80oC dengan tekanan 1 atm dan konversi 99%, reaksi yang terjadi pada reaktor tersebut :

H3PO4 (l) + KOH(l)  KH2PO4 (s) + H2O(l)

(23)

17

Produk yang keluar dari reaktor (R-201) diumpankan menggunakan pompa (PP-201) keHomogenizer(HO-201) untuk didinginkan hingga temperature 50oC agar Monobasic Potassium Phosphate mendekati jenuh dan untuk

menghomogenkan keluaran dari reaktor (RE-201). Kemudian feed diumpankan kedalam Spray dryer (SD-301) menggunakan pompa (PP-202), Spray Dryer yang berfungsi untuk menguapkan dan mengeringkan larutan/slurry sampai kering dengan cara termal, sehingga didapatkan hasil berupa zat padat yang kering. Dimana proses yang terjadi didalam spray dryer tersebut ialah umpan yang berasal dari Homogenizer (HO-201) diumpankan menggunakan pompa (PP-202) kedalam Drying Chamber melalui Spray Disk Atomizer yang

(24)

(25)

III. SPESIFIKASI BAHAN DAN PRODUK

A. Bahan Baku :

1. Potassium Hidroksida

• Rumus Molekul : KOH

• Nama lain : Caustic potash

• Warna : Putih

• Berat Molekul : 56,11 g/mol

• Densitas : 2,044 g/cm3

• Titik Didih : 130oC

• Titik Lebur : 420oC

• Kelarutan pada 0oC : 97 gr/ 100 gr H2O

Kelarutan pada 80oC : 164 gr/ 100 gr H2O Kelarutan pada 100oC : 178 gr/ 100 gr H2O

(26)

2. Asam Phosphate

• Rumus Molekul : H3PO4

• Nama lain : Orthophospric Acid

• Warna : Coklat

• Kemurnian : 85%

• Berat Molekul : 98.00 g/mol

• Densitas : 1,866 gr/cm3

• Kelarutan : 5,48 gr/100 gr H2O

• Bentuk : Cair

B. Produk : 1. Air

• Rumus Molekul : H2O

• Berat Molekul : 18,015 kg/mol

• Densitas : 1 gr/liter

• P kritis : 218,4 atm

• T kritis : 647,3oC

(27)

21

• ∆Gfo(l) : -56,6899 kkal/mol

• Kapasitas Panas (J/Kmol.K) : 2,76 . 105–2,09 . 103T + 8,13 T2–1,41

. 10-2T3+ 9,37 . 10-6T4

2. Monobasic Potassium Phosphate

• Rumus Molekul : KH2PO4

• Nama Lain : Potassium Dyhidrogen Phosphate

• Warna : Putih

• Berat Molekul : 136,086 g/mol

• Densitas : 2,338 g/cm3

• Kelarutan pada T = 80°C : 1,534 kg/L air

• Kelarutan pada T = 50°C : 1,258 kg/L air

• Kemurnian : 99%

(28)

Badan Pusat Statistik, 2013,Statistic Indonesia, www.bps.go.id, Indonesia

Brown.G.George. 1950,Unit Operation 6ed, Wiley&Sons, USA.

Brownell.L.E. and Young.E.H., 1959, Process Equipment Design 3ed, John Wiley & Sons, New York.

Coulson.J.M. and Ricardson.J.F., 1983, Chemical Engineering vol 6, Pergamon Press Inc, New York.

Fogler.A.H.Scott, 1999, Elements of Chemical Reaction Engineering, Prentice Hall International Inc, New Jersey.

Geankoplis.Christie.J., 1993,Transport Processes and unit Operation 3thed, Allyn & Bacon Inc, New Jersey.

(29)

Kern.D.Q., 1983, Process Heat Transfer, McGraw-Hill Book Company, New York.

Levenspiel.O., 1972, Chemical Reaction Engineering 2nd edition, John Wiley and Sons Inc, New York.

McCabe.W.L. and Smith.J.C., 1985,Operasi Teknik Kimia, Erlangga, Jakarta.

Perry.R.H. and Green.D., 1997, Perry’s Chemical Engineer Handbook 7th ed, McGraw-Hill Book Company, New York.

Peter.M.S. and Timmerhause.K.D., 1991, Plant Design an Economic for Chemical Engineering 3ed, McGraww-Hill Book Company, New York.

Powell, S.T., 1954, “Water Conditioning for Industry”, Mc GrawHill Book Company, New York.

Smith.J.M. and Van Ness.H.C., 1975, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics 3ed, McGraww-Hill Inc, New York.

(30)

Ulrich.G.D., 1984, A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economics. John Wiley & Sons Inc, New York.

Wallas. S.M., 1988, Chemical Process Equipment, Butterworth Publishers, Stoneham USA.

US.Patent. 7,601,319 (Process for the mancufacture of Monobasic Potassium Phosphate)

US.Patent.4,885,148 (Production of Monobasic Potassium Phosphate with low chloride)