PABRIK DISODIUM PHOSPHAT DIHYDRAT DARI SODA ASH DAN ASAM PHOSPHAT DENGAN PROSES KRISTALISASI PRA RENCANA PABRIK

(1)

PABRIK DISODIUM PHOSPHAT DIHYDRAT

DARI SODA ASH DAN ASAM PHOSPHAT

DENGAN PROSES KRISTALISASI

PRA RENCANA PABRIK

Oleh :

VIVIN ROHMAD JAYANTRI

063101 0079

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN” JAWA TIMUR

(2)

LEMBAR PENGESAHAN

PABRIK DISODIUM PHOSPHAT DIHYDRAT

DARI SODA ASH DAN ASAM PHOSPHAT

DENGAN PROSES KRISTALISASI

Oleh :

VIVIN ROHMAD JAYANTRI

063101 0079

Disetujui untuk diajukan dalam ujian lisan

Dosen Pembimbing,

(3)

ii

KATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan rasa syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa dan

dengan segala rahmat serta karuniaNya sehingga penyusun telah dapat

menyelesaikan Tugas Akhir “Pra Rencana Pabrik Disodium Phosphat Dihydrat

Dari Soda Ash Dan Asam Phosphat Dengan Proses Kristalisasi”, dimana Tugas

Akhir ini merupakan tugas yang diberikan sebagai salah satu syarat untuk

menyelesaikan program pendidikan kesarjanaan di Jurusan Teknik Kimia,

Fakultas Teknologi Industri, Universitas Pembangunan Nasional Surabaya.

Tugas Akhir “Pra Rencana Pabrik Disodium Phosphat Dihydrat Dari

Soda Ash Dan Asam Phosphat Dengan Proses Kristalisasi” ini disusun

berdasarkan pada beberapa sumber yang berasal dari beberapa literatur , data-data

, majalah kimia, dan internet.

Pada kesempatan ini kami mengucapkan terima kasih atas segala

bantuan baik berupa saran, sarana maupun prasarana sampai tersusunnya Tugas

Akhir ini kepada :

1. Bapak Ir. Sutiyono, MT

Selaku Dekan FTI UPN “Veteran” Jawa Timur

2. Ibu Ir. Retno Dewati, MT

Selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia, FTI,UPN “Veteran” Jawa Timur.

3. Ibu Ir. Luluk Edahwati, MT

selaku dosen pembimbing.

(4)

iii

5. Seluruh Civitas Akademik Jurusan Teknik Kimia , FTI , UPN

“Veteran” Jawa Timur.

6. Kedua orangtua kami yang selalu mendoakan kami.

7. Semua pihak yang telah membantu , memberikan bantuan, saran serta

dorongan dalam penyelesaian tugas akhir ini.

Kami menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna,

karena itu segala kritik dan saran yang membangun kami harapkan dalam

sempurnanya tugas akhir ini.

Sebagai akhir kata, penyusun mengharapkan semoga Tugas Akhir yang

telah disusun ini dapat bermanfaat bagi kita semua khususnya bagi mahasiswa

Fakultas Teknologi Industri jurusan Teknik Kimia.

Surabaya , November 2010

(5)

iv

INTISARI

Perencanaan pabrik disodium phosphat dihydrat ini diharapkan dapat

berproduksi dengan kapasitas 40.000 ton disodium phosphat dihydrat/tahun dalam

bentuk kristal. Pabrik beroperasi secara kontinyu berjalan selama 24 jam tiap hari

dan 330 hari kerja dalam setahun.

Industri disodium phosphat dihydrat di Indonesia mempunyai

perkembangan yang stabil, hal ini dapat dilihat dengan kegunaan disodium

phosphat dihydrat pada industri kimia dengan produk berbentuk serbuk,

pengolahan air boiler, makanan, dan lain sebagainya. Secara singkat, uraian

proses dari pabrik disodium phosphat dihydrat sebagai berikut :

Pertama-tama soda ash direaksikan dengan asam phosphat menghasilkan

larutan disodium phosphat. Larutan disodium phosphat kemudian di filtrasi, dan

dipekatkan sampai kadar 60% untuk kemudian dikristalisasi menjadi disodium

phosphat dihydrat. Kristal kemudian dikeringkan dan didinginkan untuk

kemudian dihaluskan sampai 100 mesh sebagai produk akhir.

Pendirian pabrik berlokasi di Manyar, Gresik dengan ketentuan :

Bentuk Perusahaan : Perseroan Terbatas

Sistem Organisasi : Garis dan Staff

Jumlah Karyawan : 206 orang

Sistem Operasi : Kontinyu

(6)

v

Analisa Ekonomi :

* Massa Konstruksi : 2 Tahun

* Umur Pabrik : 10 Tahun

* Fixed Capital Investment (FCI) : Rp. 24.551.553.000

* Working Capital Investment (WCI) : Rp. 13.496.276.000

* Total Capital Investment (TCI) : Rp. 38.047.829.000

* Biaya Bahan Baku (1 tahun) : Rp. 125.514.892.000

* Biaya Utilitas (1 tahun) : Rp. 10.757.391.000

- Steam = 406.920 lb/hari

- Air pendingin = 291 M3/hari

- Listrik = 9.024 kWh/hari

- Bahan Bakar = 3.408 liter/hari

* Biaya Produksi Total (Total Production Cost) : Rp. 161.955.310.000

* Hasil Penjualan Produk (Sale Income) : Rp. 190.266.457.000

* Bunga Bank (Kredit Investasi Bank Mandiri) : 19%

* Internal Rate of Return : 22,09%

* Rate On Investment : 21,90%

* Pay Out Periode : 4,1 Tahun

(7)

vi

DAFTAR TABEL

Tabel VII.1. Instrumentasi pada Pabrik ………... VII - 5

Tabel VII.2. Jenis Dan Jumlah Fire – Extinguisher ………. VII - 7

Tabel VIII.2.1. Baku mutu air baku harian ……….………… VIII-7

Tabel VIII.2.3. Karakteristik Air boiler dan Air pendingin ………… VIII-9

Tabel VIII.4.1. Kebutuhan Listrik Untuk Peralatan Proses Dan Utilitas

……….……….……….…… VIII-60

Tabel VIII.4.2. Kebutuhan Listrik Untuk Penerangan Ruang Pabrik

Dan Daerah Proses ……….………. VIII-62

Tabel IX.1. Pembagian Luas Pabrik ……….……… IX - 8

Tabel X.1. Jadwal Kerja Karyawan Proses ……….…… X - 11

Tabel X.2. Perincian Jumlah Tenaga Kerja ……….…… X - 13

Tabel XI.4.A. Hubungan kapasitas produksi dan biaya produksi … XI - 8

Tabel XI.4.B. Hubungan antara tahun konstruksi dengan modal sendiri

……….……….……….…… XI - 9

Tabel XI.4.C. Hubungan antara tahun konstruksi dengan modal pinjaman

……….……….……….……… XI - 9

Tabel XI.4.D. Tabel Cash Flow ……….……….…… XI - 10

Tabel XI.4.E. Pay Out Periode ……….……….…… XI - 14

(8)

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar IX.1 Lay Out Pabrik ……….……….………… IX - 9

Gambar IX.2 Peta Lokasi Pabrik ……….……….……… IX - 10

Gambar IX.3 Lay Out Peralatan Pabrik ……….………. IX - 11

Gambar X.1 Struktur Organisasi Perusahaan ……….………… X - 14

(9)

viii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ……….……….………. i

KATA PENGANTAR ……….……….………. ii

INTISARI ……….……….……….……… iv

DAFTAR TABEL ……….……….……….…… vi

DAFTAR GAMBAR ……….……….……… vii

DAFTAR ISI ……….……….……….………… viii

BAB I PENDAHULUAN ……….……….……… I – 1

BAB II SELEKSI DAN URAIAN PROSES ……….…… II – 1

BAB III NERACA MASSA ……….……….…… III – 1

BAB IV NERACA PANAS ……….……….……… IV – 1

BAB V SPESIFIKASI ALAT ……….……….. V – 1

BAB VI PERENCANAAN ALAT UTAMA ………. VI – 1

BAB VII INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA …. VII – 1

BAB VIII UTILITAS ……….……….……… VIII – 1

BAB IX LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ……….. IX – 1

BAB X ORGANISASI PERUSAHAAN ……….………… X – 1

BAB XI ANALISA EKONOMI ……….……….… XI – 1

BAB XII PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN ……….. XII – 1

(10)

I - 1

--- Pra Rencana Pabrik Disodium Phosphat Dihydrat

BAB I PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Sodium phosphat merupakan garam dari unsur sodium dan senyawa asam

phosphat. Sodium phosphat terbagi menjadi tiga bagian utama, yaitu :

monosodium phosphat (NaH2PO4) , disodium phosphat (Na2HPO4), dan trisodium

phosphat (Na3PO4). Sodium phosphat secara umum digunakan pada industri

makanan , dimana sodium phosphat berfungsi sebagai bahan tambahan agar tidak

terjadi proses pemisahan minyak dari makanan. (wikipedia.org)

Disodium phosphat dikenal dengan kata lain sodium phosphat dibasic.

Disodium phosphat dihydrat, merupakan salah satu bentuk produk dari disodium

phosphat. Produk disodium phosphat dapat dibagi menjadi beberapa produk

berdasarkan molekul H2O kristal yang terikat (hydrat), seperti : disodium

phosphat anhydrat (murni, tanpa H2O kristal), disodium phosphat dihydrat (2

molekul H2O), disodium phosphat heptahydrat (7 molekul H2O), dan disodium

phosphat dodecahydrat (12 molekul H2O). (sciencelab)

Industri disodium phosphat dihydrat di Indonesia mempunyai

perkembangan yang stabil, hal ini dapat dilihat dengan kegunaan disodium

phosphat dihydrat pada industri kimia tekstil sebagai pemucat, pengolahan air

boiler, makanan, dan lain sebagainya. Pendirian pabrik disodium phosphat

dihydrat di Indonesia mempunyai peluang investasi yang menjanjikan dan

(11)

Pendahuluan --- I -

2

I.2. Manfaat

Manfaat lebih lanjut dengan didirikannya pabrik ini diharapkan dapat

mengurangi impor disodium phosphat dihydrat, sehingga Indonesia tidak

mengimpor disodium phosphat dihydrat. Dengan demikian dapat mendorong

pertumbuhan industri-industri kimia, menciptakan lapangan pekerjaan,

mengurangi pengangguran dan yang terakhir diharapkan dapat menumbuhkan

serta memperkuat perekonomian di Indonesia. Kebutuhan disodium phosphat

dihydrat di Indonesia dipenuhi oleh beberapa negara pengimpor. Beberapa tahun

ini, Indonesia masih membutuhkan disodium phosphat dihydrat dari

negara-negara penghasil disodium phosphat dihydrat.

I.3. Aspek Ekonomi

Disodium phosphat dihydrat sangat penting dalam industri kimia dimana

disodium phosphat dihydrat merupakan bahan tambahan yang mampu mencegah

pembentukan endapan pada unit boiler. Data kebutuhan dari BPS Surabaya tahun

1998-2003 terlihat pada table I.1, sehingga kebutuhan pada tahun 2010 dapat

ditentukan dengan metode regresi linier.

Tabel I.1. Data impor Sodium di phosphat

(12)

3

Digunakan metode Regresi Linier (Peters 4ed : 760), dengan persamaan :

y = ab(xx)

Hasil perhitungan ditabelkan sebagai berikut :

n x y xy x2

1 1.998 11.554.806 23086502388 3.992.004

2 1.999 11.260.546 22509831454 3.996.001

3 2.000 12.771.114 25542228000 4.000.000

4 2.001 12.930.662 25874254662 4.004.001

5 2.002 23.203.727 46453861454 4.008.004

6 2.003 22.223.815 44514301445 4.012.009

Jumlah 12.003 93.944.670 187.980.979.403 24.012.019

a = y =

 = 12.003 x 93.944.670 = 1.127.617.874.010

(13)

4

Kebutuhan pada tahun 2010, maka x = 2010 , sehingga didapat kebutuhan pada

tahun 2010, y = 15.657.445 + 2.552.404 (2010 - 2.001)

= 39.905.282 kg/th  39.906 ton/th

Untuk kapasitas pabrik terpasang direncanakan :

Kapasitas produksi terpasang = 40.000 ton/th

Kapasitas produksi harian = 40.000 ton/th / 330 hari/th  120 ton/hari

Dengan demikian, maka penting sekali adanya perencanaan pendirian

pabrik disodium phosphat dihydrat di Indonesia, mengingat kebutuhan produk per

(14)

5

I.4. Sifat Bahan Baku dan Produk Bahan Baku :

I.4.A. Soda Ash (Chemicalland21, Wikipedia, Perry 7ed)

Nama Lain : Sodium carbonate

Rumus Molekul : Na2CO3 (komponen utama)

Rumus Bangun :

Berat Molekul : 106

Warna : putih

Bau : tidak berbau

Bentuk : serbuk 100 mesh

Specific gravity : 2,533

Melting point : 851C (1 atm)

Boiling point : terdekomposisi diatas 851C

Solubility, cold water : 7,1 kg / 100 kg H2O (H2O=0C)

Solubility, hot water : 48,5 kg / 100 kg H2O (H2O=104C)

Komposisi soda ash : (SREE Int. Indonesia)

Komponen % Berat

Na2CO3 99,70%

Impuritis 0,20%

H2O 0,10%

(15)

6

I.4.B. Asam Phosphat (Chemicalland21, Wikipedia, Perry 7ed)

Nama Lain : Phosphoric acid

Rumus Molekul : H3PO4 (komponen utama)

Rumus Bangun :

Berat Molekul : 98

Warna : tidak berwarna

Bau : berbau phosphor

Bentuk : liquida pekat

Specific gravity : 98

Melting point : 42,35C (1 atm)

Boiling point : terdekomposisi diatas 213C

Solubility, cold water : sangat larut

Solubility, hot water : sangat larut

Komposisi asam phosphat : (PT. Petrokimia Gresik)

Komponen % Berat

H3PO4 65,00%

H2O 35,00%

(16)

7

Produk :

I.4.C. Disodium phosphat dihydrat (Chemicalland21, Wikipedia, Perry 7ed)

Nama Lain : Sodium phosphat dibasic dihydrat

Rumus Molekul : Na2HPO4 (komponen utama)

Rumus Bangun :

Berat Molekul : 142 (anhydrat)

: 178 (dihydrat)

Warna : putih

Bau : tidak berbau

Bentuk : serbuk 100 mesh

Melting point : 243C (sciencelab)

Boiling point : 245C (sciencelab)

Solubility, cold water (Perry 7ed) : 71 kg/100 kg H2O (H2O=0C)

Solubility, cold water (sciencelab) : 100 kg/100 kg H2O (H2O=50C)

Solubility, hot water (sciencelab) : 117 kg/100 kg H2O (H2O=80C)

Kadar produk : (Lianyungang KCI Co.Ltd.) Kadar disodium phosphat = minimal 98%

(17)

8

Produk samping :

I.4.D. Carbon dioxide (Chemicalland21, Wikipedia, Perry 7ed)

Nama Lain : Carbonic acid

Rumus Molekul : CO2 (komponen utama)

Rumus Bangun : O=C=O

Berat Molekul : 44

Warna : tidak berwarna

Bau : tidak berbau

Bentuk : gas

Melting point : -56,6C

Boiling point : -78,5C

Solubility, cold water : 179,7 kg/100 kg H2O (H2O=0C)

Solubility, hot water : 90,1 kg/100 kg H2O (H2O=20C)

Kadar produk : (FAO)

(18)

II - 1

BAB II

SELEKSI DAN URAIAN PROSES

II.1. Macam Proses

Secara umum pembuatan disodium phosphat dihydrat dapat dilakukan

dengan 2 proses berdasarkan bahan baku yang digunakan , yaitu pembuatan

disodium phosphat dihydrat dari batuan phosphat dan dari soda ash untuk

kemudian direaksikan dengan asam seperti : asam sulfat atau asam phosphat.

II.1.1. Disodium phosphat dihydrat dari soda ash dengan proses kristalisasi

Sumber : (Keyes : 746)

Pada proses ini, digunakan soda ash (Na2CO3) sedikit berlebih , untuk

kemudian direaksikan dengan asam phosphat (60% - 65%) membentuk disodium

(19)

Seleksi & Uraian Proses --- II -

2

Reaksi yang terjadi : (Keyes : 746)

Na2CO3(S) + H3PO4(L)  Na2HPO4(L) + CO2(G) + H2O(L)

Campuran produk reaksi kemudian dipisahkan pada filter untuk

memisahkan impuritis berupa padatan yang kemudian dibuang ke pengolahan

limbah padat, sedangkan larutan disodium phosphat yang terpisah kemudian

dikristalisasi pada crystallizer sehingga dihasilkan kristal disodium phosphat

dodecahydrat Na2HPO4.12H2O. (Keyes : 747)

Campuran kristal dan mother liquor kemudian dipisahkan pada filter untuk

pemisahan kristal dan mother liquor. Mother liquor yang terpisah direcycle

kembali untuk proses selanjutnya, sedangkan kristal disodium phosphat

dodecahydrat kemudian dikeringkan pada dryer dengan suhu dibawah 100C,

untuk menghasilkan kristal disodium phosphat dihydrat dan siap dikemas sebagai

produk akhir. (Keyes : 747)

(20)

3

II.1.2. Disodium phosphat dihydrat dari batuan phosphat dengan proses netralisasi

Sumber : (US.Patent 1,961,127)

Pada proses ini, digunakan batuan phosphat (Ca3(PO4)2) dan asam sulfat

dengan perbandingan 3 : 1 yang direaksikan pada digester dengan suhu operasi

80C, sehingga membentuk asam phosphat dan asam calcium phosphat. Produk

digester kemudian difiltrasi untuk memisahkan calcium sulfat yang terbentuk, dan

kemudian diumpankan pada mixer. (US.Patent 1,961,127 : 3-4)

Pada mixer, campuran kemudian ditambahkan soda ash untuk bereaksi

(21)

4

kemudian difiltrasi untuk memisahkan senyawa silikat. Larutan monosodium

phosphat kemudian ditambahkan dengan sodium sulfat untuk mengendapkan

senyawa calcium, sehingga dihasilkan calcium sulfat. (US.Patent 1,961,127 : 3-4)

Larutan monosodium phosphat dinetralisasi dengan penambahan soda ash

sehingga didapat endapan besi dan aluminium. Larutan monosodium phosphat

kemudian dipekatkan pada evaporator sampai dengan kadar 60% secara vacuum

dengan suhu 150F (66C). Larutan monosodium phosphat kemudian

dikristalisasi pada crystallizer, sehingga dihasilkan kristal monosodium phosphat.

(US.Patent 1,961,127 : 3-4)

Kristal monosodium phosphat kemudian dinetralisasi pada neutrallizer

dengan penambahan larutan encer soda ash (Na2CO3) dan sedikit larutan encer

soda caustic (NaOH), sehingga dihasilkan produk disodium phosphat

dodecahydrat. Produk disodium phosphat dodecahydrat kemudian dikeringkan

dengan dryer sehingga sebagian air akan terlepas pada kristal dan membentuk

produk disodium phosphat dihydrat. (US.Patent 1,961,127 : 3-4)

(22)

5

II.2. Seleksi Proses

Macam Proses Parameter

Kristalisasi Netralisasi

Bahan Baku Utama Na2CO3 , H3PO4 Ca3(PO4)2 ,

H2SO4

Bahan pembantu - NaOH, Na2SO4,

Na2CO3

Suhu operasi 85-100C 80C

Instalasi Peralatan Sederhana Kompleks

Yields produk 90-95% 93-95%

Dari uraian cara pembuatan disodium phosphat dihydrat yang telah

dijelaskan di atas, maka proses yang paling efisien dan efektif adalah pembuatan

disodium phosphat dihydrat dari soda ash dengan proses kristalisasi. Keuntungan

dari proses ini adalah :

1. Bahan baku tersedia di Indonesia dengan cadangan melimpah.

2. Bahan baku pembantu lebih sedikit dibandingkan proses lainnya.

3. Alat utama lebih sederhana dibandingkan proses lainnya.

4. Yields dan kemurnian produk yang diperoleh cukup tinggi.

(23)

6

II.3. Uraian Proses

Pada pra rencana pabrik ini, dapat dibagi menjadi 3 Unit pabrik, dengan

pembagian unit sebagai berikut :

1. Unit Pengendalian Bahan Baku Kode Unit : 100

2. Unit Proses Kode Unit : 200

3. Unit Pengendalian Produk Kode Unit : 300

Adapun uraian proses pembuatan disodium phosphat dihydrat dengan proses

kristalisasi adalah sebagai berikut :

Pertama-tama soda ash 99,7% dari supplier SREE Int. Indonesia

ditampung pada silo F-110 dengan bantuan belt conveyor J-111. Soda ash

kemudian diumpankan ke mixer M-112 untuk proses pengenceran berdasarkan

persen berat soda ash dengan penambahan air proses dari utilitas sampai dengan

kadar Na2CO3 42% (Keyes : 747). Larutan soda ash kemudian diumpankan ke

reaktor-1 R-210 untuk direaksikan dengan asam phosphat 65% dari tangki F-120.

Pada reaktor terjadi reaksi antara soda ash dengan asam phosphat membentuk

disodium phosphat dengan suhu 85C. (Keyes : 747)

Reaksi yang terjadi : (Keyes : 746)

Na2CO3(S) + H3PO4(L)  Na2HPO4(L) + CO2(G) + H2O(L)

Produk atas reaktor berupa gas CO2 kemudian ditekan dengan compressor

G-212 sampai tekanan 24,8 atm untuk kemudian ditampung dalam bentuk liquid

pada tangki F-310 sebagai produk samping gas CO2. Produk bawah berupa larutan

disodium phosphat kemudian difiltrasi pada filter press H-220 untuk proses

(24)

7

Filtrat larutan disodium phosphat kemudian dipekatkan pada evaporator

V-230, sehingga didapat larutan disodium phosphat jenuh. Larutan disodium

phosphat jenuh, kemudian dikristalisasi pada crystallizer S-240 sehingga didapat

kristal disodium phosphat dihydrat (Na2HPO4.2H2O). (Keyes : 747)

Campuran kristal dan mother liquor, kemudian dipisahkan pada centrifuge

H-250, dimana mother liquor berupa air dibuang ke pengolahan limbah,

sedangkan kristal basah berupa kristal disodium phosphat dihydrat diumpankan

pada rotary dryer B-260 dengan screw conveyor J-251.

Pada rotary dryer B-260, terjadi proses pengeringan kristal dengan bantuan

udara panas secara berlawanan arah. Proses pengeringan berlangsung dengan suhu

100C (berdasarkan titik didih air). Produk kristal disodium phosphat dihydrat

kemudian diumpankan pada cooling conveyor E-270 untuk proses pendinginan

sampai suhu kamar (32C), sedangkan udara panas dan padatan terikut keluar dari

dryer kemudian dipisahkan pada cyclone H-261, dimana udara panas dibuang ke

pengolahan limbah gas, sedangkan padatan terikut diumpankan ke cooling

conveyor E-270 bersamaan dengan produk bawah rotary dryer.

Kristal disodium phosphat dihydrat, kemudian diumpankan ke ball mill

C-280 dengan bucket elevator J-271 untuk proses penghalusan. Pada ball mill,

kristal dihaluskan sampai ukuran 100 mesh dan kemudian disaring pada screen

H-281. Kristal yang tidak lolos ayak kemudian direcycle ke ball mill dengan belt

conveyor J-282, sedangkan kristal disodium phosphat dihydrat 100 mesh ,

kemudian ditampung pada silo F-320 sebagai produk akhir kristal disodium