TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK NATRIUM NITRAT DARI NATRIUM KLORIDA DAN ASAM NITRAT KAPASITAS TON/TAHUN

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK NATRIUM NITRAT DARI NATRIUM KLORIDA DAN ASAM NITRAT

KAPASITAS 40.000 TON/TAHUN

Oleh:

Indah Dwi Handayani (I 0517043)

Yohanita Restu Widihastuty (I 0517091)

PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2021

commit to user

ii

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK NATRIUM NITRAT DARI NATRIUM KLORIDA DAN ASAM NITRAT KAPASITAS

40.000 TON/TAHUN

Oleh :

Indah Dwi Handayani I 0517043

Yohanita Restu Widihastuty I 0517091

Pembimbing II

Dr. Bregas S. T. Sembodo, S.T, M.T.

NIP. 19711206 199903 1 002

Pembimbing I

Anatta Wahyu Budiman, S.T, Ph.D.

NIP. 19881104 202012 1 011

Dipertahankan di depan tim penguji:

1. Inayati, S.T., M.T., Ph.D.

NIP. 19710829 199903 2 001

2. Dr. Y. Calasanctius Danarto, S.T., M.T.

NIP. 19730827 200012 1 001

1. ………

2. ………

Disahkan :

Kepala Program Studi Teknik Kimia

Dr. Ir. Adrian Nur, S.T., M.T.

NIP. 19730108 200012 1 001

commit to user

iii

LEMBAR KONSULTASI TUGAS AKHIR

Nama mahasiswa NIM

1. Indah Dwi Handayani I 0517043

2. Yohanita Restu Widihastuty I 0517091

Judul Tugas Akhir : Prarancangan Pabrik Natrium Nitrat dari Natrium Klorida dan Asam Nitrat Kapasitas 40.000 Ton/Tahun

Tanggal mulai : 15 Desember 2020

Pembimbing I : Anatta Wahyu Budiman, S.T., Ph.D.

Pembimbing II : Dr. Bregas S. T. Sembodo, S.T., M.T.

No Tanggal Konsultasi Paraf

Ket Pemb. I Pemb. II 1. 15 Desember

2020

- Konsultasi proposal

2. 29 Desember 2020

- Konsultasi tinjauan kinetika - Konsultasi pemilihan proses - Konsultasi blok diagram 3. 11 Januari

2021 - Konsultasi neraca massa 4. 6 Februari

2021 - Konsultasi desain reaktor

5. 8 Februari 2021

- Konsultasi desain reaktor - Konsultasi desain mixer - Konsultasi desain

penyimpanan bahan baku dan produk (silo dan tangki)

6. 15 Maret 2021

- Konsultasi desain reaktor dan mixer

commit to user

iv 7. 19 Maret

2021

- Konsultasi desain menara distilasi

- Konsultasi desain evaporator - Konsultasi desain kristaliser

8. 21 April 2021

- Konsultasi desain menara distilasi

- Konsultasi desain tangki - Konsultasi desain evaporator

9. 2 Mei 2021

- Konsultasi desain centrifuge - Konsultasi desain rotary

dryer

- Konsultasi desain kompresor - Konsultasi desain heat

exchanger

10. 25 Mei 2021

- Konsultasi tata letak pabrik dan tata letak alat proses - Konsultasi desain pompa - Konsultasi desain hopper - Konsultasi desain alat

pengangkutan bahan padat (belt conveyor dan bucket elevator)

11. 3 Juni 2021

- Konsultasi PEFD (Process Engineering Flow Diagram) - Konsultasi pompa proses - Konsultasi proses utilitas

12. 21 Juni 2021

- Konsultasi analisis ekonomi - Konsultasi PEFD (Process

Engineering Flow Diagram)

commit to user

v 13. 1 Juli 2021

- Konsultasi naskah tugas akhir

14. 5 Juli 2021 - Konsultasi naskah tugas akhir

15. 9 Juli 2021 - Konsultasi tata letak pabrik

• Jumlah konsultasi dengan pembimbing minimal sebanyak 8 kali untuk dapat dinyatakan selesai.

Dinyatakan selesai Tanggal :

Pembimbing II

Dr. Bregas S. T. Sembodo, S.T, M.T.

NIP. 19711206 199903 1 002

Pembimbing I

Anatta Wahyu Budiman, S.T, Ph.D.

NIP. 19881104 202012 1 011

commit to user

vi

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur kepada Allah SWT karena rahmat dan ridhoNya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul

“Prarancangan Pabrik Natrium Nitrat dari Natrium Klorida dan Asam Nitrat Kapasitas 40.000 Ton/Tahun”.

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena itu, sudah sepantasnya penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa, materi, dan semangat yang senantiasa diberikan tanpa kenal lelah.

2. Dr. Ir. Adrian Nur, S.T., M.T. selaku Kepala Program Studi Teknik Kimia FT UNS.

3. Anatta Wahyu Budiman, S.T., Ph.D. dan Dr. Bregas S. T. Sembodo, S.T., M.T.

selaku dosen pembimbing atas bimbingan dan arahannya dalam penyelesaian tugas akhir.

4. Inayati, S.T., M.T., Ph.D. selaku Koordinator Tugas Akhir 2021.

5. Segenap Civitas Akademika atas semua bantuannya.

6. Teman-teman mahasiswa teknik kimia FT UNS khususnya Teknik Kimia 2017.

Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum sempurna. Oleh karena itu, penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun.

Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.

Surakarta, Juni 2021

Penulis

commit to user

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL... i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

LEMBAR KONSULTASI ... iii

KATA PENGANTAR ... vi

DAFTAR ISI ... vii

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL... xiii

INTISARI ... xv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik ... 1

1.2 Penentuan Kapasitas Rancangan Pabrik ... 1

1.2.1 Kebutuhan Natrium Nitrat di Indonesia ... 1

1.2.2 Kebutuhan Natrium Nitrat di Luar Negeri ... 2

1.2.3 Ketersediaan Bahan Baku ... 3

1.2.4 Kapasitas Produksi Pabrik Natrium Nitrat di Dunia ... 4

1.2.5 Perhitungan Kapasitas Produksi Natrium Nitrat ... 5

1.3 Penentuan Lokasi Pabrik ... 6

1.4 Tinjauan Pustaka ... 8

1.4.1 Macam-Macam Proses ... 8

1.4.2 Alasan Pemilihan Proses ... 9

1.4.3 Kegunaan Produk ... 10

1.4.4 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk... 11

1.4.4.1 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku... 11

1.4.4.2 Sifat Fisis dan Kimia Produk ... 13

1.4.5 Tinjauan Proses ... 14

BAB II DESKRIPSI PROSES ... 15

2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ... 15

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku ... 15 commit to user

viii

2.1.2 Spesifikasi Produk Utama ... 15

2.1.3 Spesifikasi Produk Samping ... 16

2.2 Konsep Dasar Proses ... 16

2.2.1 Dasar Reaksi ... 16

2.2.2 Kondisi Operasi... 16

2.3 Tinjauan Termodinamika ... 17

2.4 Tinjauan Kinetika Reaksi ... 20

2.5 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ... 22

2.5.1 Diagram Alir Kualitatif dan Kuantitatif ... 22

2.5.2 Diagram Alir Proses ... 22

2.5.3 Tahapan Proses ... 25

2.5.3.1 Tahap Penyimpanan Bahan Baku ... 25

2.5.3.2 Tahap Penyiapan Bahan Baku ... 25

2.5.3.3 Tahap Pembentukan Produk ... 25

2.5.3.4 Tahap Pemurnian Produk ... 26

2.6 Neraca Massa dan Neraca Panas ... 27

2.6.1 Neraca Massa ... 27

2.6.2 Neraca Panas ... 31

2.7 Tata Letak Peralatan dan Pabrik ... 32

2.5.1 Tata Letak Peralatan ... 32

2.5.2 Tata Letak Pabrik ... 33

BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES ... 36

3.1 Reaktor ... 36

3.2 Mixer ... 37

3.3 Evaporator... 39

3.4 Menara Distilasi ... 41

3.5 Crystallizer ... 43

3.6 Centrifuge ... 44

3.7 Rotary Dryer ... 45

3.8 Tangki ... 47 commit to user

ix

3.9 Silo ... 48

3.10 Heat Exchanger ... 49

3.11 Condenser ... 54

3.12 Reboiler ... 56

3.13 Accumulator ... 58

3.14 Pompa ... 59

3.15 Conveyor dan Hopper ... 63

3.16 Blower ... 64

3.17 Kompresor ... 64

BAB IV UTILITAS ... 66

4.1 Unit Pendukung Proses ... 66

4.1.1 Unit Pengadaan Air ... 67

4.1.1.1 Air Pendingin... 67

4.1.1.2 Air Proses ... 67

4.1.1.3 Air Umpan Boiler ... 68

4.1.1.4 Air Konsumsi Umum dan Sanitasi ... 69

4.1.1.5 Pengolahan Air ... 69

4.1.1.6 Kebutuhan Air ... 73

4.1.2 Unit Pengadaan Steam ... 75

4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan ... 76

4.1.4 Unit Pengadaan Listrik ... 77

4.1.4.1 Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas . 77 4.1.4.2 Listrik untuk Penerangan ... 80

4.1.4.3 Listrik untuk AC ... 82

4.1.4.4 Listrik untuk Laboratorium Instrumentasi .... 82

4.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar ... 83

4.2 Laboratorium ... 83

4.2.1 Laboratorium Fisik ... 85

4.2.2 Laboratorium Analitik ... 85

4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan ... 85 commit to user

x

4.2.4 Analisa Air ... 86

4.3 Unit Pengolahan Limbah ... 86

4.3.1 Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) ... 88

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ... 90

5.1 Bentuk Perusahaan ... 90

5.2 Struktur Organisasi ... 90

5.3 Tugas dan Wewenang ... 93

5.3.1 Pemegang Saham ... 93

5.3.2 Dewan Komisaris ... 94

5.3.3 Dewan Direksi ... 94

5.3.4 Staf Ahli ... 95

5.3.5 Penelitian dan Pengembangan (Litbang) ... 95

5.3.6 Kepala Bagian ... 95

5.3.7 Kepala Seksi ... 98

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 98

5.4.1 Karyawan Non Shift ... 99

5.4.2 Karyawan Shift atau Ploog ... 99

5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah ... 100

5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji ... 101

5.6.1 Penggolongan Jabatan ... 101

5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji ... 101

5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ... 105

BAB VI ANALISIS EKONOMI ... 106

6.1 Dasar Perhitungan ... 106

6.2 Estimasi Harga Peralatan ... 107

6.3 Estimasi Penanaman Modal Total ... 110

6.3.1 Modal Tetap (Fixed Capital Investment)... 111

6.3.2 Modal Kerja (Working Capital Investment) ... 112

6.4 Estimasi Biaya Total Produksi ... 113

6.4.1 Biaya Manufacturing ... 113 commit to user

xi

6.4.1.1 Biaya Langsung (Direct Manufacturing Cost) . 113

6.4.1.2 Biaya Tetap (Fixed Manufacturing Cost) ... 113

6.4.1.3 Biaya Umum (General Expense) ... 114

6.5 Analisis Profitabilitas ... 115

6.5.1 Estimasi Laba Tahunan ... 115

6.5.2 Kriteria Profitabilitas Non-discounted... 118

6.5.3 Kriteria Profitabilitas Discounted ... 120

6.6 Evaluasi Risiko dalam Perhitungan Profitabilitas ... 121

6.6.1 Break Event Point (BEP) ... 121

6.6.2 Shut Down Point (SDP) ... 122

6.6.3 Kesimpulan Kriteria Profitabilitas ... 124

6.7 Estimasi Ketidakpastian ... 124

6.7.1 Estimasi Ketidakpastian Fixed Capital Investment ... 125

6.7.2 Estimasi Ketidakpastian Harga Penjualan Produk ... 125

6.7.3 Estimasi Ketidakpastian Harga Bahan Baku ... 126

6.7.4 Estimasi Ketidakpastian Laju Bunga (Interest Rate) .... 126 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

commit to user

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Peta Lokasi Industri Cilegon, Jawa Barat ... 8

Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif dan Kuantitatif (Kg/jam) ... 23

Gambar 2.2 Diagram Alir Proses ... 24

Gambar 2.3 Tata Letak Peralatan Proses ... 33

Gambar 2.4 Tata Letak Pabrik... 35

Gambar 4.1 Skema Pengolahan Air Sungai ... 72

Gambar 4.2 Blok Diagram Proses Pengolahan Limbah Cair ... 87

Gambar 4.3 Bagan Unit Pengolahan Limbah Padat ... 88

Gambar 4.4 Skema Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) ... 89

Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik ... 93

Gambar 6.1 Diagram Arus Kas Non-discounted ... 117

Gambar 6.2 Diagram Arus Kas Discounted ... 119

Gambar 6.3 Kurva Evaluasi Risiko Ekonomi ... 123

commit to user

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Data Impor Natrium Nitrat di Indonesia ... 2

Tabel 1.2 Data Impor Natrium Nitrat di Luar Negeri ... 2

Tabel 1.3 Sumber Bahan Baku Utama ... 3

Tabel 1.4 Pabrik Natrium Nitrat di Dunia ... 4

Tabel 1.5 Perbandingan Proses Sintesis Natrium Nitrat ... 10

Tabel 2.1 Harga ∆Hf^o dan ∆Gf^o ... 17

Tabel 2.2 Neraca Massa Total ... 28

Tabel 2.3 Jumlah Arus Input dalam Neraca Massa Total Pabrik ... 29

Tabel 2.4 Jumlah Arus Output dalam Neraca Massa Total Pabrik ... 29

Tabel 2.5 Neraca Panas Total ... 31

Tabel 3.1 Spesifikasi Reaktor ... 36

Tabel 3.2 Spesifikasi Mixer ... 37

Tabel 3.3 Spesifikasi Evaporator... 39

Tabel 3.4 Spesifikasi Menara Distilasi ... 41

Tabel 3.5 Spesifikasi Crystallizer ... 43

Tabel 3.6 Spesifikasi Centrifuge ... 44

Tabel 3.7 Spesifikasi Rotary Dryer ... 45

Tabel 3.8 Spesifikasi Tangki ... 47

Tabel 3.9 Spesifikasi Silo ... 48

Tabel 3.10 Spesifikasi Heat Exchanger ... 49

Tabel 3.11 Spesifikasi Condenser... 54

Tabel 3.12 Spesifikasi Reboiler ... 56

Tabel 3.13 Spesifikasi Accumulator ... 58

Tabel 3.14 Spesifikasi Pompa... 59

Tabel 3.15 Spesifikasi Hopper ... 63

Tabel 3.16 Spesifikasi Blower ... 64

Tabel 3.17 Spesifikasi Kompresor ... 64

Tabel 4.1 Kebutuhan Air Pendingin... 73 commit to user

xiv

Tabel 4.2 Kebutuhan Air Proses ... 73

Tabel 4.3 Kebutuhan Air untuk Steam ... 74

Tabel 4.4 Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi ... 74

Tabel 4.5 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas... 78

Tabel 4.6 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan ... 80

Tabel 4.7 Total Kebutuhan Listrik Pabrik ... 82

Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift ... 100

Tabel 5.2 Jumlah Karyawan Menurut Jabatan... 102

Tabel 5.3 Perincian Golongan dan Gaji Karyawan... 104

Tabel 6.1 Harga Bahan Baku dan Produk ... 106

Tabel 6.2 Harga Alat Proses ... 108

Tabel 6.3 Harga Alat Utilitas ... 109

Tabel 6.4 Modal Tetap ... 111

Tabel 6.5 Modal Kerja... 112

Tabel 6.6 Modal Total ... 112

Tabel 6.7 Biaya Langsung ... 113

Tabel 6.8 Biaya Tetap ... 114

Tabel 6.9 Biaya Umum ... 114

Tabel 6.10 Biaya Total Manufacturing ... 115

Tabel 6.11 Biaya Tetap (FC) ... 121

Tabel 6.12 Biaya Variabel (VC) ... 121

Tabel 6.13 Biaya Semi Variabel (SVC) ... 122

Tabel 6.14 Analisis Kelayakan ... 124

Tabel 6.15 Ketidakpastian Fixed Capital Investment (FCI) ... 125

Tabel 6.16 Ketidakpastian Harga Penjualan Produk ... 125

Tabel 6.17 Ketidakpastian Harga Bahan Baku ... 126

Tabel 6.18 Ketidakpastian Laju Bunga (Interest Rate) ... 126

commit to user

xv

INTISARI

Indah Dwi Handayani dan Yohanita Restu Widihastuty, 2021, Prarancangan Pabrik Natrium Nitrat dari Natrium Klorida dan Asam Nitrat Kapasitas 40.000 Ton/Tahun, Program Studi Sarjana Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.

Natrium nitrat memiliki berbagai kegunaan di industri seperti industri pupuk, korek api, reagen kimia, dan farmasi. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, maka dirancang pabrik natrium nitrat dengan kapasitas 40.000 ton/tahun.

Hasil samping berupa chlorine (Cl2) 10.956,482 ton/tahun dan nitrosyl chloride (NOCl) 10.122,489 ton/tahun. Bahan baku yang digunakan adalah asam nitrat 74.020,018 ton/tahun, natrium klorida 28.600,706 ton/tahun, dan air pelarut 57.320,183 ton/tahun. Limbah yang dihasilkan berasal dari hasil penguapan di evaporator dan rotary dryer berupa asam nitrat 5.475,030 ton/tahun dan air 84.958,814 ton/tahun. Dengan mempertimbangkan penyediaan bahan baku, pabrik natrium nitrat didirikan di Kawasan Industri Cilegon, Jawa Barat. Bahan baku asam nitrat diperoleh dari PT Multi Nitrotama Kimia, Cikampek, sedangkan natrium klorida diperoleh dari PT Cheetham Garam Indonesia, Cilegon. Pabrik natrium nitrat direncanakan akan berdiri pada tahun 2022 dan beroperasi pada tahun 2024.

Pembuatan natrium nitrat (NaNO3) dilakukan dengan mereaksikan natrium klorida (NaCl) dan asam nitrat (HNO3) dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) yang dilengkapi dengan jaket pemanas pada kondisi operasi 1,013 bar dan 60^oC. Pada prarancangan ini, rasio mol reaktan natrium klorida (NaCl) dan asam nitrat (HNO3) adalah 1 : 1,5 diperoleh konversi sebesar 95% terhadap natrium klorida (NaCl). Produk samping berupa gas chlorine (Cl2) dan nitrosyl chloride (NOCl) dipisahkan di menara distilasi, sedangkan produk utama berupa natrium nitrat (NaNO3) dan sisa reaktan dialirkan ke evaporator untuk menguapkan air dan sisa asam nitrat. Larutan produk evaporator dikristalkan dalam crystallizer. Dari crystallizer produk diumpankan ke centrifuge untuk memisahkan kristal dengan mother liquor , selanjutnya kristal dikeringkan di dalam rotary dryer.

commit to user

xvi

Unit pendukung proses didirikan untuk menunjang proses produksi.

Kebutuhan spesifik dari unit pendukung meliputi penyediaan air sebesar 3,144 m³/ton produk, penyediaan steam sebesar 1,519 ton/ton produk, penyediaan udara tekan sebesar 12,359 m³/ton produk, penyediaan bahan bakar menggunakan diesel oil untuk bahan bakar boiler sebesar 15,904 L/ton produk dan untuk generator sebesar 161,066 L/ton produk. Tenaga listrik disuplai dari PLN dan listrik cadangan dari generator 56,835 kWh/ton produk. Laboratorium diperlukan agar mutu bahan baku dan kualitas produk tetap terkendali. Diperlukan tiga buah laboratorium yaitu laboratorium fisik, laboratorium analitik, serta laboratorium penelitian dan pengembangan.

Bentuk perusahaan adalah PT (Perseroan Terbatas) dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift dengan jumlah karyawan terdiri dari 190 pekerja.

Hasil analisis ekonomi prarancangan pabrik natrium nitrat diperoleh Total Cost Investment (TCI) US$ 61.983.220,77 dan Rp 189.364.119.247,99. Sedangkan total biaya produksi (Production Cost) US$ 36.454.668,74 dan Rp 195.274.892.062,68. Total penjualan produk mencapai US$ 64.299.411,79 sehingga laba yang didapat setiap tahunnya sebesar US$ 11.351.324,95. Dari analisis profitabilitas non-discounted menunjukkan nilai PBP (Payback Period) selama 3,49 tahun, Cummulative Cash Ratio (CCR) sebesar 2,51, Rate of Return on Investment (ROROI) sebesar 35,85%, dan Cummulative Cash Position (CCP) sebesar Rp 1.623.239.467.837,12. Berdasarkan analisis profitabilitas discounted diperoleh nilai

Discounted Payback Period (DPBP) selama 4,96 tahun, Present Value Ratio (PVR) sebesar 1,41, Discounted Cash Flow Rate of Return (DCFROR) sebesar 17,19%, dan Net Present Value (NPV) sebesar Rp 384.986.046.920,41. Dari analisis ekonomi, dapat disimpulkan bahwa pendirian pabrik natrium nitrat dengan kapasitas 40.000 ton/tahun layak dipertimbangkan untuk direalisasikan pembangunannya.

commit to user