PRARANCANGAN PABRIK ASAM BORAT DARI BORAKS
DAN ASAM SULFAT DENGAN PROSES ASIDIFIKASI
KAPASITAS PRODUKSI 11.000 TON/TAHUN
PUBLIKASI ILMIAH
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata 1 pada Jurusan
Teknik Kimia Fakultas Teknik
Oleh :
FIKRI FARID BAWAZIER
D500 140 162
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
PRARANCANGAN PABRIK ASAM BORAT
DARI BORAKS DAN ASAM SULFAT DENGAN PROSES ASIDIFIKASI
KAPASITAS PRODUKSI 11.000 TON/TAHUN
Abstrak
Asam borat dengan rumus molekul H3BO3 memiliki peran penting dalam berbagai industri, baik sebagai bahan pembantu dalam industri kaca, industri keramik, bahan pemutih dalam industri kertas serta bahan dalam pembuatan obat di industri farmasi. Pabrik asamborat ini dirancang untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri. Pabrik asam borat ini dirancang dengan kapasitas 11.000 ton/tahun. Proses pembuatan asamborat ini menggunakan proses asidifikasi dengan perbandingan mol boraks : asam sulfat = 1:1,01. Reaksi bersifat eksotermis dan dijalankan dalam reaktor alirtangkiberpengaduk (RATB), fase cair-cair, irreversible serta kondisi operasi dijaga isothermal (100 oC) dan tekanan 1 atm dengan bahan baku boraks sebanyak 1.223,07 kg/jam dan asam sulfat sebanyak 384.56 kg/jam. Utilitas pendukung proses meliputi penyediaan air sebesar 5.579,87 kg/jam yang diperoleh dari air sungai Brantas, unit penyediaan steam sebesar 52,646 kg/jam, kebutuhan udara tekan sebesar 60,48 m3 per jam, kebutuhan listrik diperoleh dari PLN dan generator set sebesar 400 kW sebagai cadangan, bahan bakarberupa IDO sebanyak 58,72 liter/jam. Pabrik ini direncanakan akan didirikan di kawasan industri Gresik, Jawa Timur dengan luas tanah 25.550 m2 dan jumlah karyawan 139 orang.Dari analisis ekonomi, pabrik asamborat ini membutuhkan modal tetap sebesar Rp346.313.089.667,77 dan modal kerja sebesar Rp 79.924.962.676,07. Keuntungan sebelum pajak sebesar Rp 105.233.369.792,84/th. Keuntungan sesudah pajak sebesar Rp 94.710.032.813,56/th. Analisis kelayakan ini memberikan hasil bahwa Return On Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 30,39% dan setelah pajak sebesar 27,35%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar 2,48 tahun dan setelah pajak sebesar 2,68 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 46,59 %, dan Shut Down Point (SDP) sebesar 24,05 %. Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 33,66 %. Berdasarkan data–data di atas maka pabrik asamborat dari boraks dan asam sulfat ini cukup menarik untuk didirikan.
Kata kunci :asamborat, boraks, proses asidifikasi , reaktoralirtangkiberpegaduk (RATB).
Abstract
Boric acid has the molecular formula H3BO3 have an important role in various industries, both as an adjuvant in the glass industry, ceramic coatings industry, bleach in chemical industry, and materials in the manufacture of drugs in the pharmaceutical industry. The boric acid plant designed to meet domestic demand. The boric acid plant designed capacity of 11.000 ton/year. The process of making this boric acid using the acidification process with mole ratio of borax:sulfuric acid = 1:1,01. The reaction is exothermic and is run in a continue strirred tank reactor (CSTR), liquid-liquid phase, irreversible and kept isothermal operating conditions and pressure of 1 atmosphere with raw materials borax as many as 1.223,07 kg/hr and sulfuric acid as many as 384,56 kg/hr. Process support unit includes a water supply unit as many as 5.579,87 kg/hr is obtained from Brantas river water, units procurement steam with the needs of 52,646 kg/hr, units procurement of compressed air at 60,48 m3 per hour, units procurement of electricity from PLN and generator set as many as 400 kW for backup, as well as fuel procurement unit of IDO at 58,72 liter/hour. The factory is planned to be established in the industrial area of Gresik, East Java with land area of 25.550 m2 and the number of employees as many as 139 people. The results of the economic analysis, the boric acid plant requires a fixed capital of Rp 346.313.089.667,77 and working capital of Rp 79.924.962.676,07.Profit before tax of Rp 105.233.369.792,84/year. Profit after tax of Rp 94.710.032.813,56/year. Feasibility analysis results obtained from the Return On Investment (ROI) before tax of 30,39%and after tax of 27,35%. Pay Out Time (POT) before tax of 2,48 years and aftertax of 2,68 years. Break Even Point(BEP) of 46,59%, andShut Down Point(SDP) of 24,05%. Discounted Cash Flow (DCF) of 33,66%. The results of the economic analysis concluded that the plant boric acid from borax and sulfuric acid using acidification process capacity of 11.000 ton/year feasible to set.
1. PENDAHULUAN
Keberhasilan proses industrialisasi pada era perdagangan bebas sekarang ini sangat ditentukan oleh adanya sumber daya alam dan sumber daya manusia yang berkualitas. Indonesia sebagai salahsatu negara yang mempunyai Sumber Daya Alam maupun Sumber Daya Manusia yang berlimpah sangat berpotensi mengembangkan industri dalam negeri terutama industri-industri yang bersifat padat modal maupun padat teknologi dan mempunyai prospek pemasaran yang menguntungkan. Salah satu industri yang mempunyai persyaratan di atas adalah industri pembuatan asam borat.
Asam borat merupakan suatu senyawa kimia anorganik yang dapat digunakan sebagai bahan baku untuk industri kimia lain seperti industri farmasi, industri keramik, industri kaca, dan lain-lain (Mc. Ketta, 1992). Kegunaan asam borat antara lain sebagai reagen untuk analisis kimia, dalam bidang farmasi asam borat berfungsi sebagai antiseptik dan desinfektan. Pada saat ini kebutuhan asam borat di Indonesia masih didatangkan dari negara-negara lain seperti Amerika Serikat, China dan Turki.
Proyek kebutuhan asam borat dalam negeri semakin meningkat seiring dengan berkembangnya industri-industri yang menggunakan bahan baku berupa asam borat. Oleh karena itu, dikarenakan pada saat ini pabrik yang memproduksi asam borat di Indonesia belum ada, pendirian pabrik asam borat ini diharapkan bias memenuhi permintaan dalam negeri serta dapat mengurangi ketergantungan asam borat dari negara-negara importir.
Keuntungan pendirian pabrik asam borat antara lain; dapat memenuhi kebutuhan asam borat dalam negeri sehingga mengurangi impor dalam negeri yang diharapkan dapat memberi keuntungan finansial dan menambah devisa negara, selain itu dapat membantu pemerintah dalam mengatasi masalah tenaga kerja dan sekaligus dapat mendukung berkembangnya industri-industri di Indonesia dan memacu tumbuhnya industri baru terutama diversivikasi industri asam borat.
2. TINJAUAN PUSTAKA
Penulis melakukan berbagai analisis dalam menentukan kapasitas pabrik asam borat yang akan didirikan tahun 2020, yaitu :
Tabel 1. Data Impor Asam Borat di Indonesia
Tahun Impor (Kg/Tahun)
2007 2.795.300 2008 4.028.666 2009 3.245.506 2010 4.069.174 2011 4.856.326 2012 4.336.127 2013 4.900.638 2014 4.299.977
(www.bps.go.id)
Tabel 1 menunjukkan impor asam borat dari luar negeri. Dari data impor di atas, kemudian dilakukan regresi linier untuk mendapatkan nilai kenaikan impor asam borat di Indonesia. Data impor dan regresi linier ditunjukkan dalam Gambar 1
Gambar 1.Grafik ImporAsam Borat Indonesia
Perkiraan kebutuhan asam borat di Indonesia pada tahun yang akan datang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
(1)
ton/tahun
Dari pertimbangan di atas maka pabrik asam borat dari boraks dan asam sulfat ini akan didirikan pada tahun 2020 dengan kapasitas perancangan sebesar 11.000 ton/tahun dengan harapan dapat memenuhi kebutuhan asam borat dalam negeri serta membuka kesempatan berdirinya industri-industri lainnya yang menggunakan asam borat sebagai bahan baku maupun bahan pembantu mengingat banyaknya kegunaan asam borat, sisanya dapat diekspor ke negara-negara tetangga.
3. DISKRIPSI PROSES
3.1 DasarReaksi
Proses pembuatan asam borat dari bahan baku boraks dan asam sulfat dinamakanproses asidifikasi. Reaksi pembentukan asam borat adalah sebagai berikut:
Na2B4O7.10H2O(aq) + H2SO4(l) 4H3BO3(aq) + Na2SO4(aq) + 5H2O(l) (2)
3.2 TinjauanTermodinamika
Tinjauan termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi serta arah reaksi. Maka dari itu perlu dilakukan peninjauan terhadap energi gibbs (ΔGo). Perubahan energi gibbs dapat dihitung dengan persamaan:
ΔGo
Harga konstanta kesetimbangan dapat diketahui dengan rumus:
ref
Bahan baku yang dibutuhkan untuk kegiatan proses asidifikasi dipersiapkan terlebih dahulu. Bahan-bahan tersebut meliputi larutan boraks dan asam sulfat 98%. Larutan boraks dibuat dengan melarutkan padatan boraks dengan air dalam tangki mixer (M-120) pada suhu 32oC dan tekanan 1 atm. Sedangkan asam sulfat 98% merupakan cairan tak berwarna yang disimpan dalam tangki silinder vertikal (F-130) yang dikondisikan pada suhu 32oC dan tekanan 1 atm. Selanjutnya larutan boraks yang keluar dari mixer (M-120) dan asam sulfat dari tangki (F-130) diumpankan dan direaksikan di dalam reaktor (R-210) pada suhu 100oC dan tekanan 1 atm dan berlangsung selama 1 jam, sehingga menghasilkan produk berupa larutan asam borat dan produk samping natrium sulfat. Reaktor yang digunakan berjumlah 6 buah dan dilengkapi dengan pendingin berupa koil dan jaket. Setelah direaksikan di reaktor, proses selanjutnya adalah mereaksikan asam sulfat yang masih tersisa dengan NaOH 48% dari tangki (F-140) di dalam netrallizer (D-310). Larutan dari netrallizer kemudian diumpankan ke evaporator (E-410) untuk memekatkan larutan dengan jalan menguapkan pelarut yang dikondisikan pada suhu 99oC dan tekanan 1 atm. Selanjutnya larutan pekat keluaran evaporator diturunkan terlebih dahulu suhunya mengunakan heat exchanger (E-420) dengan media pendingin berupa air. Produk keluar evaporator akan dikristalkan dengan crystallizer (V-430) pada suhu 32oC dan dipisahkan menggunakan centrifuge I (H-510) untuk memperoleh kristal asam boratnya dan dikeringkan di dalam rotary dryer (B-610) sehingga dihasilkan produk kristalasam borat 99,5%. Produk samping centrifuge I kemudian diumpankan ke centrifuge II (H-520) untuk memperoleh produk samping natrium sulfat.
4. SPESIFIKASI ALAT PROSES
4.1Mixer
Tipe : Tangki silinder tegak berpengaduk R-220 sampai R-260 = Jaket pendingin
Material : Stainless steel SA 213 grade T9
Tebal : 0,1875 in Pitch : 0,1 m triangular Jumlah : 492 buah Dimensi head&bottom
Tipe : Torispherical dished Tinggi : 0,13 m
Jenis : Spiral agitator Kecepatan : 72 rpm
Bahan konstruksi : Stainless Steel SA 167 grade 3
4.6 Centrifuge
Kode : H-510
Jenis : Disk Bowl Centrifuge KondisiOperasi :
Tekanan : 1 atm Suhu : 32oC Diameter bowl : 13 in Kecepatan motor :7500 rpm Power motor : 6 Hp Jumlah : 1
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 grade C
4.7 Rotary Dryer
Kode : B-610
Jenis : Direct contact cocurrent rotary dryer Tekanan : 1 atm Media pengering : Udara panas Suhu udara panas :
T in : 163oC T out : 60oC Kecepatan putar : 8,139 rpm Daya : 5 Hp Jumlah : 1
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 grade C
5. ANALISIS EKONOMI
Persen ROI sebelum pajak sebesar 30,39% dan ROI setelah pajak sebesar 27,35%. Syarat ROI untuk pabrik kimia dengan resiko rendah minimum adalah 11%. POT sebelum pajak selama 2,48 tahun dan POT setelah pajak selama 2,68 tahun. Syarat POT sebelum pajak untuk pabrik kimia dengan resiko rendah, maksimal 5 tahun. BEP pada 46,59%, sedangkan SDP pada 24,05%. BEP untuk pabrik kimia pada umunya adalah 40-60%. DCF sebesar 33,66%.
Gambar 2. Analisis kelayakan pabrik asam borat
6. KESIMPULAN
Dalam perancangan pabrik asam borat dari boraks dan asam sulfat dengan kapasitas 11.000 ton/tahun dapat diambil kesimpulan bahwa Pabrik Asam Borat ini berbentuk Perseroan terbatas (PT) didirikan di Kawasan Industri Gresik, Jawa Timur, Indonesia pada tanah seluas 25.550 m2. dengan jumlah karyawan 139 orang dan beroperasi selama 330 hari/tahun.
Hasil analisis ekonomi didapat POT sebelum pajak selama 2,48 tahun dan POT setelah pajak selama 2,68 tahun. BEP pada 46,59%, sedangkan SDP pada 24,05%. BEP untuk pabrik kimia pada umunya adalah 40-60%. DCF sebesar 33,66%.
FA
DAFTAR PUSTAKA
Badan Pusat Statistik, Data Import-Eksport 2007-2014. (http://www.bps.go.id, Diakses pada 20 Agustus 2015).
Bank Indonesia, 2016.Info Kurs.[Online] Available at: www.bi.go.id [Accessed 8 Maret 2016].
Blasius, J.R., 1979, “Method for Making Crude Boric Acid from Borate and Sulfuric
Acid”, US Patent No. 4.156.654
Erdogdu, A., 2004,“Dissolution of Colemanite and Crystallization of Gypsum During Boric Acid Production in a Batch Reactor”, Middle East Technical University
Kirk, R.E. and Othmer, D.F., 2004, “Encyclopedia of Chemical Technology”, 3rd ed., Vol. 4, The Inter Science Encyclopedia, Inc., New York
McKetta, J.J. and Cunningham, W.A., 1992, “Encyclopedia of Chemical Processing
and Design”, Vol 5, Marcel Decker inc., New York
Perry, R.H. and Green, D.W., 2008, “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, 8th
ed., McGraw-Hill Book Company, New York
Peters, M.S. and Timmerhaus, K.D., 1991, “Plant Design and Economic for Chemical
Engineering”, 4th ed., McGraw-Hill International Book Company Inc., New York
Smith, J.M. and Van Ness, H.C., 1996, “Introduction to Chemical Engineering
Thermodynamics”, 4th ed., McGraw-Hill Book Co., New York
Ullmann’s, 1998, “Encyclopedia of Industrial Chemistry”, A-1, VCH Verlagsgesell Schaff mb, Germany
Anonim, 1980,“Source Category Survey : Borax and Boric Acid Industry”, U.S. Environmental Protection Agency, North Carolina
Vibrandt, F.C. & Dryden, C.E., 1959,“Chemical Engineering Plant Design”, 4th ed., McGraw-Hill Book Co., Japan
Wagman, D.D., Evans, W.H., Parker., V.B., Schumm, R.H., Halow, I., Bailey, S.M., ... Nuttall, R.L., 1982, “The NBS Tables of Chemical Thermodynamic Properties”, Journal of Physical and Chemical Reference Data, National Bureau of Standards, Washington
http://www.alibaba.com, diaksespada 3 Maret 2016
http://www.chemengonline.com, diakses pada 5 Maret 2016
