i
PRARANCANGAN
PABRIK TRISODIUM FOSFAT DARI ASAM FOSFAT,
SODIUM KARBONAT DAN SODIUM HIDROKSIDA
DENGAN KAPASITAS 45.000 TON/TAHUN
Disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar kesarjanaan Strata Satu Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2017 Oleh:
Faza Hadaina
D 500 120 001
Dosen Pembimbing:
Ir. Nur Hidayati, M.T., Ph.D.
ii
HALAMAN PENGESAHAN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Nama : Faza Hadaina
NIM : D 500 120 001
Judul Tugas Akhir : Prarancangan Pabrik Trisodium Fosfat dari Asam Fosfat, Sodium Karbonat dan Sodium Hidroksida dengan Kapasitas 45.000 Ton/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
iii
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama : Faza Hadaina
NIM : D 500 120 001
Program Studi : S1 Teknik Kimia
Judul Tugas Akhir : Prarancangan Pabrik Trisodium Fosfat dari Asam Fosfat, Sodium Karbonat dan Sodium Hidroksida dengan Kapasitas 45.000 Ton/Tahun
Menyatakan dengan sebenarnya bahwa Tugas Akhir yang saya buat ini, adalah hasil karya saya sendiri, kecuali kutipan-kutipan dan ringkasan-ringkasan yang dirujuk dari sumbernya. Apabila terbukti dan atau dapat dibuktikan Tugas Akhir ini menjiplak, maka saya siap menerima sanksi apapun.
Surakarta, April 2017 Yang membuat pernyataan,
iv INTISARI
Trisodium fosfat (Na3PO4) merupakan bahan kimia anorganik yang digunakan dalam industri pembuatan deterjen dan sabun cuci rumah tangga. Saat ini, trisodium fosfat diperoleh melalui impor karena tidak adanya produksi di Indonesia dan kebutuhan trisodium fosfat meningkat sebesar 48,8% selama 5 tahun terakhir. Dengan meningkatnya industri tersebut, kebutuhan trisodium fosfat pun semakin meningkat. Maka dari itu, akan menguntungkan apabila mendirikan Pabrik Trisodium Fosfat dengan kapasitas 45.000 ton/tahun untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri dan untuk peluang ekspor. Pabrik ini direncanakan akan beroperasi selama 330 hari per tahun dan akan didirikan di daerah kawasan industri kabupaten Gresik pada tahun 2022.
Trisodium fosfat dibuat dengan bahan baku asam fosfat, sodium karbonat, dan sodium hidrokasida dengan Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) dengan suhu operasi 90oC dan tekanan 1 atm, berlangsung secara irreversible, dan bersifat eksotermis. Terdapat beberapa tahapan proses, yaitu tahap pembentukan produk, pemekatan, pengkristalan, dan pengeringan produk. Asam fosfat yang dibutuhkan sebanyak 2.954,08 kg/jam, sodium karbonat 1.611,35 kg/jam dan kebutuhan sodium hidroksida sebanyak 1.187,91 kg/jam. Unit pendukung proses meliputi penyediaan air sebesar 78.196,16 kg/jam yang diperoleh dari air sungai, penyediaan saturated steam sebesar 2.407,79 kg/jam, kebutuhan udara tekan sebesar 150 m3/jam, kebutuhan listrik sebesar 722,99 kW yang diperoleh dari PLN dan generator set sebesar 1000 kW sebagai cadangan, bahan bakar sebanyak 8.165,33 liter per hari.
v
ABSTRACT
Trisodium phosphate primarily is used for production of detergent and cleaning soap industry. Trisodium phosphate is imported with no production in Indonesia. Hence, it will be beneficial to build a Trisodium Phosphate Plant with production capacity of 45.000 ton/years to meet domestic demand and to be exported. This plant will be operated for 330 days per year and will be established in Gresik, East Java in 2022.
Trisodium phosphate is formed from phosphoric acid, sodium carbonate, and sodium hydroxide in a Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) with operating temperature of 90oC and pressure at 1 atm. There are several stages of the Trisodium phosphate production. Those are product formation, evaporation, crystallization, and drying process. The process would need 2.953,99 kg/hour phosphoric acid, 1.612,97 kg/hour sodium carbonate, and 606,06 kg/hour sodium hydroxide. The proposed plant would include the utility unit that need fresh water for 87.033,44 kg/hour from the closest river, saturated steam for 2.307,79ukg/hour, compressed air for 150 m3/hour, electrical supply for 729,38 kW from PLN and 1000 kW set of generator as a reserved electricity, and fuel oils for 7.826,22 liter per day.
vi MOTTO
Allah will not burden a soul beyond that it can bear (2:286)
Whatever is not done by the permission of Allah, will not happen. What is not done for the sake of Allah, will not benefit or remain (Ibn Tarmiyah)
Hidupmu, kamu lakuin saja, lakuin yang terbaik, ikhtiar, usaha, doa. Kalau
misalnya kamu tidak mendapat apa yang kamu mau, nggak masalah. It’s just a
life after all (gitasav)
vii
PERSEMBAHAN
Segala puji dan syukur dipanjatkan hanya kepada Allah Swt yang Maha Pengasih
dan Maha Penyayang yang sudah meridhai saya untuk menyelesaikan tugas akhir
ini.
Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada:
Bapak dan Ibuk yang sudah mau sabar menunggu anakmu ini menyelesaikan
kuliah. Terima kasih atas doa di tiap shalat dan kasih sayang yang tidak pernah
berhenti. Semoga Allah Swt. selalu memberikan perlindungan dan kasih sayang
kepada Bapak dan Ibuk.
Mbak Hani’ yang sudah mengajarkan caranya survive di kota orang. Mbak Ida
yang telah menjadi kakak sekaligus teman. Mbak Ocha yang banyak membantu
dalam proses mengerjakan tugas akhir ini, meskipun dengan omelan-omelan yang
menyebalkan.
Ratna sebagai partner tpp dan Sahabat-sahabatku angkatan 2012 Teknik Kimia
viii
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur dipanjatkan atas kehadirat Allah SWT yang telah memberikan begitu banyak rahmat dan hidayat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan dan menyusun Tugas Akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Trisodium Fosfat Dari Asam Fosfat, Sodium Karbonat Dan Sodium Hidroksida Dengan Kapasitas 45.000 Ton/Tahun”. Sholawat serta salam diberikan kepada Nabi Muhammad SAW yang telah membawa umat manusia dari zaman kegelapan menuju zaman yang terang benderang dengan cahaya Islam yang disebarkannya.
Tugas Akhir Prarancangan Pabrik ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan program Strata Satu Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis mendapatkan banyak bantuan, bimbingan, dan sumbangan pemikiran dari berbagai pihak. Karena itu, pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kedua Orang Tua dan seluruh keluarga yang selalu memberikan dukungan penuh dan kesabaran yang besar, serta doa yang tidak pernah putus.
2. Ibu Ir. Nur Hidayati, M.T., Ph.D. selaku dosen pembimbing I yang telah memberikan banyak masukan dan membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
3. Bapak Hamid Abdillah, S.T., M.T. selaku pembimbing II yang juga telah mengarahkan dan membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
4. Bapak Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta.
5. Ibu Eni Budiyati, S.T., M.Eng. selaku koordinator tugas akhir yang telah memberikan kelancaran dalam mengurus keperluan yang bersangkutan. 6. Seluruh dosen dan staf yang Jurusan Teknik Kimia Universitas
ix
7. Teman-teman seperjuangan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah mendukung dan memberikan semangat dalam menyelesaikan tugas akhir ini baik itu spiritual maupun meterial.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih memiliki banyak kekurangan. Karena itu, penulis berharap adanya kritik dan saran yang bersifat membangun untuk menyempurnakan tugas akhir ini di kemudian hari. Semoga penulis dapat memberikan manfaat bagi semua pihak yang sudah meluangkan waktunya untuk membaca hasil pekerjaan penulis ini.
Surakarta, April 2017
x DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ………
HALAMAN PENGESAHAN ………..
HALAMAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ………
INTISARI ……….
MOTTO ………
PERSEMBAHAN ……….
KATA PENGANTAR ………..
DAFTAR ISI ……….
DAFTAR TABEL ……….
DAFTAR GAMBAR ………
DAFTAR LAMPIRAN ……….
BAB I PENDAHULUAN ………
1.1. Latar Belakang ………...………. 1.2. Kapasitas Pabrik ……….. 1.2.1. Kebutuhan Produk di Indonesia ………. 1.2.2. Pabrik yang Sudah Berdiri ………. 1.2.3. Ketersediaan Bahan Baku ……….. 1.2.4. Kapasitas Minimal ……….
1.3. Lokasi Pabrik ………..
1.4. Tinjauan Pustaka ……….
1.4.1. Macam-macam Proses ……… 1.4.2. Sifat-sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku dan Produk …… 1.4.3. Kegunaan Produk ………... 1.4.4. Tinjauan Proses ………..
BAB II DESKRIPSI PROSES ……….
2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ………...
2.1.1. Bahan Baku ………
2.1.2. Produk ………
2.2. Konsep Reaksi ……….
xi
2.2.1. Dasar Reaksi ………... 2.2.2. Kondisi Operasi ……….. 2.2.3. Tinjauan Termodinamika ………... 2.2.4. Tinjauan Kinetika ………... 2.3. Deskripsi Proses ……….. 2.3.1 Langkah Proses ... 2.3.2 Diagram Alir Proses ……… 2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas ……….
2.4.1. Neraca Massa ……….
2.4.2. Neraca Panas ………..
2.5 Tata Letak Pabrik dan Peralatan ……….. 2.5.1. Tata Letak Pabrik ……….. 2.5.2. Tata Letak Peralatan Proses ………...
BAB III SPESIFIKASI ALAT ……….
3.1. Belt Conveyor ………..
3.1.2. Belt Conveyor-01……… 3.1.2. Belt Conveyor-02 ... 3.1.3. Belt Conveyor-03………
3.2. Blower ……….
3.3. Bucket Elevator ………... 3.3.1. Bucket Elevator -01 ……… 3.3.2. Bucket Elevator -02 ………
3.4. Centrifuge………
3.5. Cooler ………...
3.6. Condenser ………..
3.7. Evaporator ………..
3.8. Filter ………
3.8.1. Filter-01 ……….
3.8.2. Filter-02 ……….
3.8.3. Filter Udara ………
xii
3.9. Gudang ………
3.9.1. Gudang-01 ………..
3.9.2. Gudang-02 ………..
3.10. Heat Exchanger ……….
3.10.1. Heat Exchanger-01 ……….. 3.10.2. Heat Exchanger-02 ……….. 3.10.3. Heat Exchanger-03 ……….. 3.10.4. Heat Exchanger-04 ………..
3.11. Hopper ………..
3.11.1. Hopper-01………
3.11.2. Hopper-02………
3.12. Crystallizer ………
3.13. Mixer ……….
3.14. Pompa ………
3.14.1. Pompa-01 ………..
3.14.2. Pompa-02 ………..
3.14.3. Pompa-03 ..………
3.14.4. Pompa-04 ………..
3.14.5. Pompa-05 ………..
3.14.6. Pompa-06 ………..
3.14.7. Pompa-07 ………..
3.14.8. Pompa-08 ………..
3.14.9. Pompa-09 ………..
3.14.10. Pompa-10 ………
3.14.11. Pompa-11 ………
3.14.12. Pompa-12 ………
3.15. Reaktor ………..
3.15.1. Reaktor-01 ………
3.15.2. Reaktor-02 ………
3.16. Rotary Dryer ………..
3.18. Tangki ………
xiii
3.18.1. Tangki-01 ……….
3.18.2. Tangki-02 ……….
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES (UTILITAS) DAN
LABORATORIUM ………...
4.1. Unit Pendukung Proses (Utilitas) ……… 4.1.1. Unit Penyediaan dan Pengolahan air ……….. 4.1.2. Unit Penyediaan Steam ……….. 4.1.3. Unit Penyediaan Tenaga Listrik ………. 4.1.4. Unit Penyediaan Bahan Bakar ……… 4.1.5. Unit Penyediaan Udara Tekan ……… 4.1.6. Unit Pengolahan Limbah ………
4.2. Laboratorium ………...
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ………...
5.1. Bentuk Perusahaan ……….. 5.2. Struktur Organisasi ………..
5.3. Tugas dan Wewenang ……….
5.3.1. Pemegang Saham ………... 5.3.2. Direktur Utama ………..
5.3.3. Staf Ahli ……….
5.3.4. Kepala Bagian ………
5.3.5. Kepala Seksi ………..
5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan ……… 5.4.1. Karyawan Non Shift ……….. 5.4.2. Karyawan Shift ……….. 5.5. Sistem Kepegawaian dan Sistem Gaji ……… 5.6. Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji …………. 5.7. Kesejahteraan Sosial Karyawan ………. 5.8. Kesehatan dan Keselamatan Kerja ………. 5.9. Manajemen Produksi ……….. 5.9.1. Perencanaan Produksi ……… 5.9.2. Pengendalian Produksi ………...
xiv
BAB VI ANALISA EKONOMI ………...
6.1. Dasar Perhitungan ………... 6.2. Perhitungan Biaya ………... 6.2.1. Investasi Modal (Capital Investment) ……… 6.2.2. Biaya Produksi (Manufacturing Cost) ……… 6.2.3. Pegeluaran Umum (General Expenses) ……….. 6.3. Analisa Kelayakan ………..
6.3.1. Percent Return On Investment (ROI) ………. 6.3.2. Pay Out Time (POT) ………... 6.3.3. Break Even Point (BEP) ………. 6.3.4. Shut Down Point (SDP) ……….. 6.3.5. Discounted Cash Flow ………...
6.4. Hasil Perhitungan ………
6.4.1. Total Fixed Capital Investment ……….. 6.4.2. Working Capital………. 6.4.3. Total Capital Investment (TCI) ……….. 6.4.4. Direct Manufacturing Cost ……… 6.4.5. Indirect Manufacturing Cost ……….. 6.4.6. Fixed Manufacturing Cost ……….. 6.4.7. Total Manufacturing Cost (TMC) ……….. 6.4.8. General Expenses ………... 6.4.9. Total Production Cost (TPC) ………. 6.4.10. Analisa Keuntungan ………. 6.4.11. Analisa Kelayakan ………...
BAB VII KESIMPULAN ………..………...
DAFTAR PUSTAKA ……….
LAMPIRAN ………..
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Data impor trisodium fosfat di Indonesia ………. Tabel 1.2 Data pabrik dan kapasitas produksi trisodium fosfat di dunia ….. Tabel 2.1 Data panas pembentukkan pada suhu 25oC ……….. Tabel 2.2 Data energi bebas Gibbs ……….. Tabel 2.3 Neraca massa di sekitar reaktor (R-120) ……….. Tabel 2.4 Neraca massa di sekitar reaktor (R-121) ……….. Tabel 2.5 Neraca massa di sekitar filter (H-128) ………. Tabel 2.6 Neraca massa di sekitar reaktor (R-130) ……….. Tabel 2.7 Neraca massa di sekitar reaktor (R-131) ……….. Tabel 2.8 Neraca massa di sekitar filter (H-138) ………. Tabel 2.9 Neraca massa di sekitar evaporator (V-140) ……… Tabel 2.10 Neraca massa di sekitar kristalizer (K-150) ……… Tabel 2.11 Neraca massa di sekitar centrifuge (H-152) ………... Tabel 2.12 Neraca massa di sekitar rotary dryer (B-160) ……… Tabel 2.13 Neraca massa total ……….. Tabel 2.14 Neraca panas di sekitar heat exchanger (E-125) ……… Tabel 2.15 Neraca panas di sekitar heat exchanger (E-136) ……… Tabel 2.16 Neraca panas di sekitar Mixer (R-110) ………... Tabel 2.17 Neraca panas di sekitar reaktor (R-120) ……… Tabel 2.18 Neraca panas di sekitar reaktor (R-121) ………. Tabel 2.19 Neraca panas di sekitar reaktor (R-130) ………. Tabel 2.20 Neraca panas di sekitar reaktor (R-131) ………. Tabel 2.21 Neraca panas di sekitar evaporator (V-140) ………... Tabel 2.22 Neraca panas di sekitar cooler (E-151) ……….. Tabel 2.23 Neraca panas di sekitar kristalizer (K-150) ……… Tabel 2.24 Neraca panas di sekitar rotary dryer (B-160) ……….... Tabel 2.25 Perincian luas tanah bangunan ……… Tabel 4.1 Daftar kebutuhan air pendingin ………... Tabel 4.2 Daftar kebutuhan steam ………
xvi
Tabel 4.3 Daftar kebutuhan air sanitasi ……… Tabel 4.4 Kebutuhan listrik untuk keperluan proses ……… Tabel 4.5 Kebutuhan listrik untuk utilitas ……… Tabel 5.1 Jadwal kerja kelompok shift………. Tabel 5.2 Penggolongan jabatan, jumlah karyawan, dan gaji ……….. Tabel 6.1 Cost index chemical plant ……… Tabel 6.2 Total fixed capital investment ……….. Tabel 6.3 Working capital investment……….. Tabel 6.4 Total capital investment……… Tabel 6.5 Direct manufacturing cost……… Tabel 6.6 Indirect manufacturing cost………. Tabel 6.7 Fixed manufacturing cost………. Tabel 6.8 Total anufacturing cost………. Tabel 6.9 General expenses ……….. Tabel 6.10 Total production ………. Tabel 6.11 Fixed manufacturing cost……… Tabel 6.12 Variable cost ………...
Tabel 6.13 Regulated cost ……….
Tabel 6.14 Analisa kelayakan ………...
xvii DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Hubungan antara kapasitas impor trisodium fosfat dengan
tahun impor ………
Gambar 2.1 Diagram alir kualititatif ……….. Gambar 2.2 Diagram alir kuantitatif ……….. Gambar 2.3 Layout pabrik ……….. Gambar 2.4 Tata letak alat proses ……….. Gambar 4.1 Diagram alir utilitas ……… Gambar 5.1 Struktur organisasi ………. Gambar 6.1 Hubungan Tahun dengan Cost Index………. Gambar 6.2 Analisa ekonomi ………
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Evaporator ………. Lampiran 2 Diagram alir proses ………...
