NASKAH PUBLIKASI
PRARANCANGAN PABRIK ALUMINIUM FLUORIDA DARI
ASAM FLUOSILIKAT DAN ALUMINIUM HIDROKSIDA
KAPASITAS 40.000 TON/TAHUN
Oleh:
VIRMAN HANDOYO
D500110028
Dosen Pembimbing:
Eni Budiyati, S.T., M.Eng.
Kun Harismah, Ph.D.
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
ABSTRAKSI
Produk AlF3 dibutuhkan oleh industri peleburan Al untuk menurunkan titik lebur Al, sehingga besar kebutuhan bahan bakar untuk panas peleburan dapat
dikurangi. Kebutuhan AlF3 semakin meningkat dari tahun ke tahun, khususnya negara-negara maju yang memiliki banyak industri Al di dalamnya seperti Cina dan
India. Pabrik ini akan didirikan pada tahun 2020 di daerah Gresik dengan
bahan baku H2SiF6 dan Al(OH)3 berkapasitas produksi sebesar 40.000 ton/tahun. Reaktor yang digunakan adalah reaktor CSTR (Continuous Stirred Tank
Reaktor) yang berlangsung eksotermis pada fase padat-cair dengan kondisi
operasi 70oC dan tekanan 1 atm. Proses utama selanjutnya adalah kristalisasi dan pengeringan. Untuk memproduksi AlF3 dengan kapasitas 5.050,505 kg/jam dibutuhkan H2SiF6 sebanyak 8.477,641 kg/jam dan Al(OH)3 sebanyak 4.518,540 kg/jam. Sedangkan kebutuhan utilitas air sebanyak 2.653,772 kg/jam, steam
sebanyak 2.666,488 kg/jam, listrik sebanyak 1.212,123 kW, udara tekan sebanyak
115,582 kg/jam, bahan bakar solar sebanyak 69,986 liter/jam dan propana
sebanyak 553,510 kg/jam. Pabrik beroperasi selama 330 hari dengan jumlah
karyawan 202 orang. Analisis ekonomi menunjukkan besarnya Percent Return on
Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 35,5% dan sesudah pajak sebesar 26,6%.
Pay Out Time (POT) sebelum pajak selama 2,20 tahun dan sesudah pajak selama
2,73 tahun. Break Event Point (BEP) sebesar 49,38%, Shut Down Point (SDP)
sebesar 27,97% dan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 34,91%.
Berdasarkan hasil di atas serta mempertimbangkan beberapa aspek seperti
kondisi operasi alat dengan tekanan atmosferis dan suhu rendah, bahan baku tidak
bersifat volatil dan higroskopis, limbah tidak merusak lingkungan serta letak
pendirian pabrik di daerah non-konflik, maka pabrik AlF3 ini menguntungkan dan layak untuk didirikan.
ABSTRACT
AlF3 products needed by industry consolidation Al to lower the melting point
of Al, so a great need for fuel for the heat of fusion can be reduced. AlF3 needs is increasing from year to year, particularly the developed countries that have a lot of
industries Al in it such as China and India. This factory will be established in 2020 in
Gresik with raw materials H2SiF6 and Al(OH)3 with production capacity of 40,000 tons/year.
The reactor used is a reactor CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) which
took place in the exothermic solid-liquid phase with the operating conditions of 70°C
and a pressure of 1 atm. The next main process is crystallization and drying. To
produce AlF3 with a capacity of 5050.505 kg / h takes H2SiF6 much as 8477.641 kg / hr and Al(OH)3 as much as 4518.540 kg/hour. While the need for water utilities as much as 2653.772 kg/hour of steam as much as 2666.488 kg/hour, as much as
1212.123 kW of electricity, compressed air as much as 115.582 kg/hour, the diesel
fuel as much as 69.986 liters/hour and propane as much as 553.510 kg/hour. The
factory operated for 330 days with the number of employees 202 people. The
economic analysis shows the Percent Return on Investment (ROI) before tax of
35.5% and 26.6% after tax. Pay Out Time (POT) before taxes for 2.20 years and 2.73
years after tax for. Break Event Point (BEP) amounted to 49.38%, Shut Down Point
(SDP) 27.97% and the Discounted Cash Flow (DCF) of 34.91%.
Based on the above results and to consider several aspects such as operating
conditions instrument with atmospheric pressure and low temperature, the raw
material is not volatile and hygroscopic, waste does not damage the environment and
location of the establishment of factories in the area of non-conflict, the plant AlF3 is profitable and feasible to set.
A. PENDAHULUAN
1. Latar Belakang Pendirian Pabrik
Aluminium sering dijumpai dalam keseharian karena merupakan bahan
baku peralatan dapur, kaleng susu, kembang api, konduktor listrik, industri
properti, otomotif dan masih banyak barang lainnya yang berbahan dasar
aluminium fluorida. Karena saat ini industri otomotif dan properti sangat
berkembang pesat di Indonesia maka pendirian pabrik aluminium fluorida akan
menjadi jalan keluar yang tepat dan memiliki prospek yang baik.
Saat ini Aluminium fluorida hanya diproduksi oleh PT. Petrokimia Gresik
untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri yang sangat banyak, karena untuk
menghasilkan 1 ton Aluminium diperlukan sekitar 40 kg aluminium fluorida.
Sehingga produsen aluminium masih sering melakukan impor aluminium
fluorida agar produksi tetap berjalan, oleh karena itu pendirian pabrik
aluminium fluorida sangat berpeluang dan dimungkinkan untuk didirikan di
Indonesia.
2. Kapasitas Produksi
Kapasitas produksi dirancang sebanyak 40.000 ton/tahun untuk memenuhi
pasar dalam dan luar negeri, penentuan kapasitas didasarkan pada kebutuhan
yang digunakan di dalam negeri maupun di ekspor ke luar negeri pada tahun
2009-2013 (Tabel 1) dan produksi pabrik yang telah berdiri (Tabel 2).
Tabel 1. Data Konsumsi AlF3 di Indonesia dan Luar Negeri (BPS, 1999-2013) No. Tahun Jumlah (Ton)
Dalam negeri Luar negeri
1 1999 0 1.250
2 2000 31 2.216
3 2001 33 0
4 2002 0 2.040
5 2003 0 2.096
6 2004 0 1.891
7 2005 20 2.862
8 2006 20 3.000
9 2007 0 3.400
10 2008 180 3.104
11 2009 0 3
12 2010 6 3.980
13 2011 235 2.142
14 2012 115 2.600
Tabel 2. Data Pabrik Penghasil Aluminium Fluorida
No. Nama Perusahaan Kapasitas
(Ton/tahun) Lokasi 8 Petrokimia Gresik (2014) 11.275 Indonesia 9 Rio Tinto Alcan (2014) 60.000 Canada
3. Pemilihan Proses
Proses yang digunakan untuk memproduksi aluminium fluorida terdiri dari 3 macam (Tabel 3).
Tabel 3. Pemilihan Proses Berdasarkan Aspek Teknis dan Ekonomi
Parameter Proses 1 Proses 2 Proses 3 Konsumsi energi Besar Sedang Besar
Kemurnian produk 92% 95% 92% Investasi ekonomi Besar Sedang Besar
Berdasarkan Tabel 3 disimpulkan untuk menggunakan proses 2 dengan pertimbangan persediaan bahan baku yang melimpah dan terdapat di Indonesia sehingga tidak memerlukan biaya transportasi yang mahal.
B. DESKRIPSI PROSES
1. Proses Produksi Aluminium Fluorida
Proses produksi aluminium fluorida dengan bahan asam fluosilikat dan aluminium hidroksida dilakukan dengan mereaksikan keduanya di dalam reaktor, setelah reaksi terbentuk kemudian dilakukan proses kristalisasi untuk mendapatkan padatan aluminium fluorida. Apabila padatan telah terbentuk proses selanjutnya adalah pengeringan menggunakan rotary dryer, selain proses-proses tersebut terdapat proses tambahan yang bertujuan mendapatkan kemurnian produk dengan kadar tinggi.
2. Kondisi Operasi Reaktor
Pada reaktor terjadi proses pencampuran asam fluosilikat dan aluminium hidroksida (Persamaan 1).
Reaktor bersifat isothermal (suhu 70°C dan tekanan 1 atm), dengan tujuan menjaga kualitas produk yang akan diproduksi. Perbandingan asam fluosilikat dan aluminium hidroksida dalam reaktor adalah 2:1 (Karlstrom, 2002).
3. Tinjauan Termodinamika
Suatu reaksi dapat dikatakan eksotermis ataupun endotermis apabila reaksi tersebut menghasilkan panas ataupun melepas panas, hal tersebut dapat diketahui dengan menghitung tinjauan termodinamika. Terjadinya perubahan entalpi selama reaksi tersebut berlangsung pada suhu standar 298K akan menunjukkan besarnya nilai ΔH°R dengan memperhatikan persamaan 1.
a. Menentukan nilai ΔH°R
ΔH°R 298 = ΔH°f produk - ΔH°f reaktan
Tabel 4. Nilai ΔH°f 298 Setiap Komponen Keadaan Standar (Karlstrom, 2002)
Komponen ΔH°f 298 (kJ/mol)
Sehingga dihasilkan ΔH°R 298 sebesar -135.804.737,191 kJ/mol yang artinya
bersifat eksotermis (menghasilkan panas).
b. Menentukan nilai ΔG°R
ΔG°R 298 = ΔG°f produk - ΔG°f reaktan
Tabel 5. Nilai ΔG°f 298 Setiap Komponen Keadaan Standar (Karlstrom, 2002)
Komponen ΔG°f 298 (kJ/mol)
Sehingga diperoleh hasil perhitungan ΔG°R 298 sebesar – 1.034,05 kJ/mol yang
artinya reaksi tersebut berjalan secara spontan.
C. SPESIFIKASI ALAT UTAMA PROSES
1. Filter
Tabel 4. Spesifikasi Filter
Kode H-130
Fungsi Memisahkan H2SiF6 dari padatan pengotor untuk recycle Tipe Sand filter berbentuk tangki silinder vertikal berisi
tumpukan pasir dan kerikil Bahan Carbon steel type SA-283 grade C
Debit 20,203 ft3/jam
Tinggi 0,581 m
Diameter 0,290 m Jumlah 1 buah
2. Kristalizer
Tabel 6. Spesifikasi Kristalizer
Kode S-120
Fungsi Membentuk kristal AlF3.3H2O dari AlF3 dan H2O
Tipe Stirred tank crystallizer dilengkapi dengan jaket dan tutup atas berupa torispherical dished head dan bawah berupa konis terpancung
Bahan Carbon steel SA 283 grade B
Kondisi operasi
- Suhu (T) 65 °C
- Tekanan (P) 1 atm
Volume 97,003 ft3
Tekanan desain 16,232 psi Dimensi
- Silinder
Diameter dalam 1,514 m Diameter luar 1,524 m
Tinggi 2,271 m
Tebal 0,187 in
- Tutup atas
Tipe Torispherical dished head
Tebal 0,187 in
Tinggi 0,256 m
- Tutup bawah
Tipe Konis terpancung
Tebal 0,187 in
Tinggi 0,356 m
- Tinggi total 2,939 m - Jaket pendingin
Pemasukan (arus 5) 2,5 in Pengeluaran slurry (arus 6) 3 in Pengeluaran gas (arus 20) 3 in Air pendingin (masuk) 24 in Air pendingin (keluar) 24 in Pengaduk
- Tipe Six blade disk
- Diameter 0,505 m
- Kecepatan 123,000 rpm
- Jumlah 2 buah
Pondasi Beton berbentuk prisma
Jumlah 4 buah
3. Reaktor
Tabel 7. Spesifikasi Reaktor
Kode R-100
Fungsi Mereaksikan H2SiF6 dan Al(OH)3
Tipe Reaktor CSTR (Continuous Stirred Tank Reaktor) silinder vertikal dengan tutup atas dan bawah berupa torispherical dished hea d
dilengkapi pengaduk dan jaket Bahan Carbon steel SA 283 grade B
Kondisi operasi
- Suhu (T) 70 °C
- Tekanan (P) 1 atm
Volume 10,812 ft3
Tekanan desain 17,567 psi Dimensi
Diameter dalam 0,803 m Diameter luar 0,812 m
Tinggi 0,803 m
Tebal 0,187 in
- Tutup atas dan bawah
Tipe Torispherical dished head
Tinggi 0,143 m
Tebal 0,187 in - Tinggi total 1,173 m - Jaket pendingin
Diameter dalam jaket 40,000 in Diameter luar jaket 40,375 in Tinggi jaket 1,031 m Tebal jaket 0,200 in - Nozzle
Pemasukan Al(OH)3 1,5 in Pemasukan H2SiF6 2,5 in Pengeluaran (arus 3) 2 in Air pendingin (masuk) 22 in Air pendingin (keluar) 22 in Pengaduk
- Tipe Six blade disk
- Diameter 0,267 m - Kecepatan 237,880 rpm
- Jumlah 2 buah
- Tenaga motor 2 Hp
Leg support
- Tipe lbeam
- Ukuran 10 x 3 in - Berat 14,750 lb/ft - Luas penampang 4,290 in2 Baut
- Diameter 1,625 in
- Jumlah 8 buah
Lug dan gusset
- Tebal plate horisontal 4,5 in - Tebal plate vertikal 2 in
Pondasi Beton berbentuk prisma
4. Rotary Dryer
Tabel 8. Spesifikasi Rotary Dryer
Kode B-170 B-180
Fungsi Mengurangi kadar air SiO2
Mengurangi kadar air dan air kristal di dalam AlF3
Tipe Single shell direct heat rotary dryer
Single shell direct heat rotary dryer
Rate umpan 2.841,709 kg/jam 12.501,327 kg/jam
Temperatur umpan
- Masuk 65o C 65o C
- Keluar 110o C 350o C
Rate udara 69.883,460 kg/jam 60.651,158 kg/jam
Temperatur udara
- Masuk 117o C 420o C
- Keluar 114o C 323o C
Volume rotary dyer 2.916,229 ft3 3.704,995 ft3 Diameter shell 7,283 ft 7,800 ft Panjang shell 70,035 ft 77,584 ft Tebal shell 0,188 in 0,188 in Kecepatan putar 3,717 rpm 3,471 rpm
Slope rotary dryer 0,284o 0,606o
Corong umpan pemasukan
Pondasi Beton berbentuk
prisma
Beton berbentuk prisma
Jumlah 1 buah 1 buah
5. Sentrifuge
Tabel 9. Spesifikasi Sentrifuge
Kode H-110 H-130 H-140 H-150
Bahan Carbon steel Carbon steel Carbon steel Carbon steel
Debit 8,561 m3/jam 7,246 m3/jam 0,528 m3/jam 0,473 m3/jam Diameter bowl 16 in 18 in 7 in 7 in
Panjang bowl 40 in 45 in 17,5 in 17,5 in Putaran 6.250 rpm 6.250 rpm 12.000 rpm 12.000 rpm Waktu tinggal 1,847 menit 3,106 menit 2,505 menit 2,796 menit Tenaga motor 40 Hp 40 Hp 0,333 Hp 40 Hp Jumlah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah
D. MANAJEMEN PERUSAHAAN
Pabrik aluminium fluorida berdiri dalam naungan sebuah perusahaan yang
berbentuk perseroan terbatas dengan 4 pertimbangan.
1. Perusahaan dapat memperoleh modal dari penjualan saham ke publik dimana
penanam modal memiliki minat dalam industri ini.
2. Tanggungjawab pemegang saham terbatas hanya pada besar modal yang
ditanam dan tidak ikut serta menanggung hutang perusahaan.
3. Kelangsungan hidup perusahaan terjamin karena tidak terpengaruh berhentinya
karyawan.
4. Manajemen lebih baik karena karyawan dapat dipilih sesuai kebutuhan dalam
perusahaan seesuai kemampuan dan pengalaman.
Karyawan perusahaan dibagi menjadi 2 macam (karyawan shift dan non-shift),
dimana karyawan shift menangani produksi secara langsung yang terbagi dalam 4
1 minggu. Sedangkan karyawan non-shift adalah yang tidak menangani proses
secara langsung (direktur, staff ahli, kepala bagian) dengan masa kerja 5 hari dalam
1 minggu.
E. ANALISA EKONOMI DAN KESIMPULAN
Analisa ekonomi bertujuan untuk mengetahui kelayakan pendirian pabrik
aluminium fluorida, dengan kapasitas produksi 40.000 ton/tahun dibutuhkan modal
kerja sebanyak Rp 317.754.175.041 dengan keuntungan sebelum pajak sebesar Rp
112.705.602.012 dan keuntungan setelah pajak sebesar Rp 84.529.201.509.
Sehingga diperoleh Break Even Point sebesar 49,38%, Shut Down Point sebesar
27,97%, Return on Investment sebelum pajak sebesar 35,47%, Return on
Investment setelah pajak sebesar 26,60% dan Discounted Cash Flow sebesar
34,91%. Pabrik ini memiliki resiko rendah karena bahan baku yang tidak volatil
dan higroskopis, pendirian pabrik terletak di daerah yang tidak terjadi konflik,
kondisi operasi tidak memerlukan tekanan dan suhu yang tinggi. Berdasarkan hasil
perhitungan tersebut maka pabrik aluminium fluorida layak untuk didirikan di
kabupaten Gresik, Jawa Timur.
Gambar 1. Grafik Analisis Kelayakan Pabrik Aluminium Fluorida
Keterangan: Fa : Fixed expense Ra : Regulated expense
Sa : Sales Va : Variable expense
Tingkat Produksi per tahun (%)
F. DAFTAR PUSTAKA
Aries, R.S., dan Newton, R.D. 1955. Chemical Engineering Cost Estimation.
McGraw Hill Book Company. New York.
Brown, G.G., Kaltz, D., Foust, A.S., dan Schneidewind, R. 1978. Unit Operation Modern Asia Edition. John Wiley and Sons, Inc. New York.
Brownell, L.E. dan Young, E.H. 1959. Process Equipment Design. John Wiley and Sons, Inc. New York.
Coulson, J.M. dan Richardson, J.F. 2005. Chemical Engineering, Vol 6. Pergamon International Library. New York.
Geankoplis, C.J. 1983. Transport Process and Unit Operations, 2nd ed. Allyn and Bacon, Inc. Boston.
Gernes, D.C., Gatos, L., dan Kinf, W.R. 1963. Producing Aluminium Fluoride.
USA. Patent No. 3,057,681.
Karlstrom, John. 2002. Reactor Model for Production of Aluminium Fluoride.
Sweden.
Kern, D.Q. 1983. Process Heat Transfer. McGraw Hill Book Company, Inc. New York.
Kirk, R.E., dan Othmer, D.F. 1983. Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd ed.
John Wiley and Sons, Inc. New York.
McCabe, W.L., Smith, J.C., dan Harriott, P. 1993. Unit Operation of Chemical Engineering International Editions. McGraw Hill Book Company, Inc. New York.
Perry, R.H. dan Green, D.W. 1994. Perry’s Chemical Engineer’s Handbook, 6th
ed.
McGraw Hill Book Company, Inc. New York.
Peters, M.S. dan Timmerhaus, K.D. 1991. Plant Design and Economics for Chemical Engineers, 4th ed. McGraw Hill Book Company, Inc. New York. Silla, H. 2003. Chemical Process Engineering. Marcel Dekker, Inc. New York. Smith,J.M., dan Van Ness, H.T. 1975. Introduction of Chemical Engineering
Thermodynamics, 4th ed. Mc Graw Hill,Inc. Singapore.
Treyball, R.E. 1981. Mass-Transfer Operations, 3rd ed. McGraw Hill Book Company, Ltd. Japan.
Ulrich, G.D. 1984. A Guide To Chemical Engineering Process Design and Economics. John Wiley and Sons, Inc. Japan.
Walas, S.M. 1990. Chemical Process Equipment Selection and Design.
Butterworth-Heinemann. USA.
