PRARANCANGAN
PABRIK SORBITOL DENGAN
PROSES HIDROGENASI KATALITIK
KAPASITAS 65.000 TON/TAHUN
Oleh:
DUWI MARYANTO D 500 120 023
Dosen Pembimbing:
1.
TRI WIDAYATNO, M.Sc., PhD. NIK: 9602.
M. MUJIBUROHMAN, M.T., PhD. NIK: 794PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
ii INTISARI
Sorbitol merupakan produk setengah jadi yang didapatkan dengan mereaksikan glukosa dengan gas hidrogen. Dalam industri kimia sorbitol banyak digunakan untuk bahan tambahan dalam produk jadi. Sorbitol banyak digunakan sebagai pemanis buatan pengganti glukosa bagi penderita diabetes, sebagai bahan baku pembuatan vitamin C. Dalam industri kosmetik digunakan sebagai bahan tambahan dalam krim, salep, emulsi, lotion, gel serta pasta gigi. Pabrik sorbitol dengan bahan baku glukosa dan hidrogen direncanankan akan didirikan dikawasan industri Kendal, Jawa Tengah dengan kapasitas 65.000 ton per tahun. Pabrik ini diharapkan dapat mengurangi kebutuhan import sorbitol Indonesia dan mencukupi kebutuhan dalam negeri serta dapat meningkatkan eksport sorbitol Indonesia.
Proses pembuatan sorbitol dengan proses hidrogenasi katalitik dilakukan didalam reaktor fixed bed dengan bantuan katalis raney nickel. Reaksi pembuatan sorbitol berlangsung pada fase gas-cair, bersifat eksothermis. Kondisi operasi reaktor dirancang bersifat nonisothermal pada range suhu operasi 130-180oC
tanpa ada energi yang ditambahkan maupun yang diambil (Adiabatis) dan tekanan operasi 70 atm. Untuk kapasitas pabrik sorbitol 65.000 ton per tahun membutuhkan bahan baku glukosa sebesar 11.712,9602 kg/jam dan hidrogen sebanyak 66,2697 kg/jam serta membutuhkan karbon aktif untuk pemurnian sebanyak 1.177,9230 kg /jam. Pabrik sorbitol mempunyai unit pendukung proses yakni unit utilitas meliputi unit penyedian air, steam dan listrik. Kebutuhan air untuk utilitas pabrik sebanyak 5020,6295 kg/jam yang diperoleh dari sungai, unit penyedia steam yang mampu memproduksi steam sebesar 6.459,715 kg/jam, untuk kebutuhan listrik pabrik sebanyak 370,9852 kWh yang diperoleh dari PLN. Pabrik juga memiliki generator cadangan sebesar 500 kWh dengan bahan bakar solar sebanyak 632 liter/jam, yang digunakan apabila terjadi masalah suplai listrik dari PLN. Kebutuhan tanah yang digunakan untuk pendirian pabrik sorbitol sebesar 65.600 m2 serta membutuhkan karyawan sebanyak 139 orang.
iii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb
Alhamdulillahirobil’alamin, segala puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan segala rahmat, hidayah, serta taufik-Nya, sholawat serta salam penyusun sampaikan kepada Nabi Muhammad SAW, sehingga penyusunan Tugas Akhir Prarancangan pabrik dengan judul
”Prarancangan Pabrik Sorbitol Dengan Proses Hidrogenasi Katalitik Kapasitas 65.000 Ton/Tahun” dapat terselesaikan.
Tugas akhir Prarancangan pabrik merupakan salah satu syarat yang wajib dipenuhi oleh setiap mahasiswa teknik kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta demi mendapat gelar strata satu (S1).
Terselesaikannya laporan tugas akhir prarancangan pabrik sorbitol ini tidak lepas dari bantuan, petunjuk dan bimbinngan dari berbagai pihak. Ucapan terimakasih yang tulus penulis sampaikan kepada:
1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widayatno, M.Sc., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing 1 yang membimbing, menasehati dan memberi arahan kepada penyusun hingga terselesaikannya tugas akhir ini.
3. Bapak M. Mujiburohman, M.T., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing 2 yang selalu sabar dalam memberikan bimbingan dan arahan dalam penyusunan tugas akhir ini.
4. Bapak Rois Fatoni, M.Sc, Ph.D. selaku Ketua Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
iv
6. Ringga sonifa rekan skripsi yang senantiasa memberi semangat dan keyakinan skripsi pasti berlalu dan hanya sebagain kecil ujian hidup. 7. Orang tua tercinta yang selalu menyemangati dalam penyusunan skripsi
ini.
8. Semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan skripsi ini, yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Terimakasih untuk semuanya
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna dan masih banyak kekurangannya, karenanya kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penyusun harapkan. Akhir kata, penyusun berharap semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat yang berarti bagi pembaca dan semua pihak yang membutuhkan.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb
Surakarta, Januari 2017
v DAFTAR ISI
HALAMAN PEN GESAHAN ...i
INTISARI ... ii
KATA PENGANTAR... iii
DAFTAR ISI ...v
DAFTAR TABEL ... ix
DAFTAR GAMBAR ... xi
DAFTAR SIMBO L... xii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang... 1
1.2 Penetapan Kapasitas Rancangan ... 4
1.3 Lokasi Pabrik ... 7
1.4 Tinjauan Pustaka ... 9
1.4.1 Macam- macam proses pembuatan sorbitol ... 9
1.4.2 Kegunaan Sorbitol ... 12
1.4.3 Sifat Fisis dan Sifat kimia bahan baku dan produk ... 13
1.4.4 Tinjauan Proses secara umum ... 16
BAB II DESKRIPSI PROSES ... 18
2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk... 18
2.1.1 Hidrogen ... 18
2.1.2 Sirup glukosa ... 18
2.1.3 Sorbitol ... 19
2.1.4 Katalis N ikel... 19
2.2 Konsep proses... 20
2.2.1 Dasar reaksi ... 20
2.2.2 Tinjauan Termodinamika ... 20
2.2.3 Tinjauan kinetika ... 23
2.3 Uraian Proses ... 24
vi
2.3.2 Tahap Reaksi didalam reaktor ... 25
2.3.3 Tahap Pemurnian... 26
2.4 Neraca Massa dan Neraca Energi ... 29
2.4.1 Neraca Massa ... 29
2.4.2 Neraca Energi ... 33
2.5 Tata letak Pabrik ... 40
BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ... 44
3.1 Tangki Bahan Baku Glukosa (F-101)... 44
3.2 Heat Exchanger (E-101)... 45
3.3 Kompressor (C-101) ... 46
3.4 InterCooler (E-102) ... 46
3.5 Kompressor (C-102) ... 47
3.6 Cooler (E-103)... 48
3.7 Reaktor (R-101) ... 49
3.8 Flash Drum (D-101) ... 50
3.9 Cooler (E-104)... 50
3.10 Mixer (M-101)... 51
3.11 Hopper (F-103) ... 52
3.12 Screw Conveyor (SC-101)... 53
3.13 Filter (H-101) ... 53
3.14 Evaporator (V-101) ... 54
3.15 Cooler (E-105) ... 55
3.16 Cooler (E-106) ... 56
3.17 Tangki Sorbitol (F-102) ... 57
vii
3.25 Pompa (L-108) ... 63
BAB IV UNIT PENDUK UNG PROSES DAN LABORATORIUM ... 65
4.1 Unit Pendukung Proses ( Utilitas) ... 65
4.1.1 Unit pengolahan dan penyedia air ... 65
4.1.2 Unit pengadaan steam ... 69
4.1.3 Unit pembangkit listrik... 70
4.1.4 Unit penyedian bahan bakar ... 71
4.1.5 Unit pengadaan udara tekan ... 72
4.2 LABORATORIUM ... 73
4.2.1 Laboratorium proses... 73
4.2.2 Laboratorium utilitas ... 74
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ... 75
5.1 Bentuk Perusahaan ... 75
5.2 Struktur Organisasi Perusahaan... 76
5.3 Tugas dan Wewenang... 80
5.3.1 Pemegang Saham ... 80
5.3.2 Dewan Komisaris ... 80
5.3.3 Direktur Utama... 81
5.3.4 Manager Produksi ... 81
5.3.5 Manager Keuangan ... 82
5.3.6 Manager Administrasi ... 82
5.3.7 Manager Pemasaran ... 82
5.3.8 Manager Utilitas ... 82
5.3.9 Staff Ahli ... 83
5.3.10 Kepala Seksi Produksi dan Pengendalian Proses ... 83
5.3.11 Kepala Seksi Utilitas ... 83
5.3.12 Kepala Seksi Teknik dan Pemeliharaan Peralatan ... 84
5.3.13 Kepala Seksi Laboratorium ... 84
5.3.14 Kepala Seksi Pengendalian Limbah ... 84
5.3.15 Kepala Seksi Administrasi ... 84
viii
5.3.17 Kepala Seksi Personalia Dan Humas ... 85
5.3.18 Kepala Seksi Keamanan ... 85
5.3.19 Sekretaris ... 86
5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan... 86
5.4.1 Sistem Kerja ... 86
5.5 Sistem Kepegawaian dan Upah ... 88
5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji... 89
5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ... 89
5.8 Manajemen Produksi ... 92
5.8.1 Perencanaan Produksi ... 93
5.8.2 Pengendalian Produksi ... 94
5.9 Kesehatan dan Keselamatan Kerja ... 95
BAB VI ANALISIS EKONOMI ... 100
6.1 Total Capital Investment ... 105
6.2 Working Capital ... 106
6.3 Manufacturing Cost ... 107
6.4 General Expenses ... 108
6.5 Analisis Keuntungan ... 108
6.6 Analisis Kelayakan ... 108
BAB VII KESIMPULAN ... 113
DAFTAR PUSTAKA ... 114
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Pabrik Sorbitol di Dunia... 3
Tabel 2. Produsen Sorbitol Di Indonesia dan Kapasitasnya ... 4
Tabel 3. Data Kapasitas Impor Dan Ekspor Indonesia ... 5
Tabel 4. Perbandingan Proses Reduksi Elektrolitik, Hidrogenasi Katalitik Dan Proses Bioteknologi... 11
Tabel 5. Ethalpy Pembentukan Bahan ... 21
Tabel 6. Harga ΔGof ... 22
Tabel 7. Neraca Massa Overall ... 29
Tabel 8. Neraca Massa di Reaktor ... 30
Tabel 9. Neraca Massa di Flash Drum ... 30
Tabel 10. Neraca Massa di Mixer ... 31
Tabel 11. Neraca Massa di Filter ... 31
Tabel 12. Neraca Massa di Evaporator ... 32
Tabel 13. N ilai Kapasitas Panas ... 33
Tabel 14. Neraca Energi sekitar Heater 01 (E-101) ... 34
Tabel 15. Neraca Energi sekitar kompressor 01 ( C-101) ... 34
Tabel 16. Neraca Energi sekitar Intercooler 2 (E-102) ... 35
Tabel 17. Neraca Energi sekitar Kompressor 02 (C-102) ... 35
Tabel 18. Neraca Energi sekitar Cooler 3 (E-103) ... 35
Tabel 19. Neraca Energi sekitar Reaktor (R-101) ... 36
Tabel 20. Neraca Energi sekitar Flash Drum (D-101) ... 36
x
Tabel 22. Neraca Energi sekitar Cooler 5 (E-104) ... 37
Tabel 23. Neraca Energi sekitar Mixer (M-101) ... 38
Tabel 24. Neraca Energi sekitar Filter (H-101)... 38
Tabel 25. Neraca Energi sekitar Evaporator (V-101) ... 39
Tabel 26. Neraca Energi sekitar Cooler 6 (E-105) ... 39
Tabel 27. Daftar Luas Tanah dan Bangunan ... 42
Tabel 28. Kebutuhan air pendingin dalam pabrik sorbitol... 67
Tabel 29. Kebutuhan steam ... 68
Tabel 30. Kebutuhan air make up didalam pabrik sorbitol ... 69
Tabel 31. Kebutuhan Steam Pabrik Sorbitol ... 70
Tabel 32. Jadwal Kerja Masing – Masing Regu ... 87
Tabel 33. Daftar Karyawan Pabrik Sorbitol ... 89
Tabel 34. Potensi bahaya keselamatan dan kesehatan kerja ... 97
Tabel 35. Harga Index Chemical Engineering Plant ... 101
Tabel 36. Total Capital Investment ... 105
Tabel 37. Working Capital ... 106
Tabel 38. Manufacturing Cost... 107
Tabel 39. General Expenses ... 108
Tabel 40. Fixed Cost (Fa)... 109
Tabel 41. Variable cost (Va) ... 110
Tabel 42. Regulated Cost (Ra) ... 110
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Struktur K imia Sorbitol ... 1
Gambar 2. Konsumsi Sorbitol Dunia Tahun 2013 ... 2
Gambar 3. Grafik Impor Sorbitol di Indonesia ... 5
Gambar 4. Grafik Perkembangan Ekspor Sorbitol Indonesia ... 6
Gambar 5. Peta Kawasan Industri Kendal ... 9
Gambar 6. Reaksi Pembuatan Sorbitol ... 20
Gambar 7. Diagram Alir K ualitatif Pabrik Sorbitol ... 27
Gambar 8. Diagram Alir K uantitatif Pabrik Sorbitol ... 28
Gambar 9. Denah Pabrik Sorbitol ... 43
Gambar 10. Diagram alir unit pengolahan air sungai ... 66
Gambar 11. Struktur Organisasi Pabrik Sorbitol ... 99
Gambar 12. Grafik Hubungan Tahun Vs Cost Index ... 102
Gambar 13. Grafik Perhitungan Analisis Ekonomi ... 112
Gambar 14. Profil Konversi Sorbitol Terhadap Panjang Bed ... 130
Gambar 15. Profil Suhu Bed terhadap Panjang Bed... 131
xii
DAFTAR SIMBOL
ΔHRo = Entalphy reaksi pada suhu referensi ΔHR = Entalphy reaksi pada suhu operasi
ΔHof = Entalphy pembentukan zat pada suhu standar ΔGo = Energi Gibbs pada suhu referensi
ΔG = Energi Gibbs pada suhu operasi
ΔGof = Energi Gibbs pembentukan zat pada suhu standar
T = Suhu
R = Tetapan gas ideal (8,314 J/mol K)
� � ,CA = Konsentrasi glukosa
� � , KA = Konstanta kesetimbangan adsorbsi glukosa
, PB = Tekanan hidrogen
, KB = Konstanta kesetimbangan adsorbsi hidrogen
K = Konstanta kesetimbangan reaksi
k = Konstanta kecepatan reaksi
r = Kecepatan reaksi
θA = Kecepatan adsorbsi glukosa θB = Kecepatan adsorbsi hidrogen
θV = Kecepatan reaksi permukaan
kad = Konstanta kecepatan adsorbsi
