i
TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK AMONIUM NITRAT DARI AMONIA DAN ASAM NITRAT KAPASITAS 150.000 TON/TAHUN
Disusun Oleh :
1. Muhammad Ibrahim Hanif ( I 0515022 )
2. Wahyu Nur Hidayat ( I 0515043 )
PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET 2019
ii
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK AMONIUM NITRAT DARI AMONIA DAN ASAM NITRAT KAPASITAS 150.000 TON/TAHUN
Oleh :
Muhammad Ibrahim Hanif I0515022
Wahyu Nur Hidayat I0515043
Pembimbing II
Wusana Agung Wibowo, S.T., M.T. NIP. 198010052005011001
Pembimbing I
Mujtahid Kaavessina, S.T., M.T., Ph.D. NIP. 197909242003121002
Dipertahankan di depan tim penguji: 1. Dr. Ari Diana Susanti, S.T., M.T.
NIP. 197501232008122002 2. Dr. Endang Kwartiningsih, S.T., M.T. NIP. 197303061998022001 1. ... 2. ... Disahkan,
Kepala Program Studi Sarjana Teknik Kimia FT UNS
Dr. Adrian Nur, S.T., M.T. NIP. 197301082000121001
iii
LEMBAR KONSULTASI TUGAS AKHIR
Nama NIM
1. Muhammad Ibrahim Hanif I 0515022
2. Wahyu Nur Hidayat I 0515043
Judul Tugas Akhir : Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 150.000 Ton/Tahun
Tanggal Bimbingan
: 7 November 2018
Pembimbing I : Mujtahid Kaavessina, S.T., M.T., Ph.D.
Pembimbing II : Wusana Agung Wibowo, S.T., M.T.
No. Tanggal Konsultasi Paraf Ket.
Pemb. I Pemb. II
• Jumlah konsultasi dengan masing-masing pembimbing minimal sebanyak 8 kali untuk dapat dinyatakan selesai.
Pembimbing I Mujtahid Kaavessina, S.T., M.T., Ph.D. NIP. 197909242003121002 Dinyatakan selesai Tanggal : Pembimbing II
Wusana Agung Wibowo, S.T., M.T. NIP. 198010052005011001
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis haturkan kepada Allah SWT., karena limpahan rahmat dan hidayah-Nya, penulis dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 150.000 Ton/Tahun”. Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun material dari berbagai pihak. Oleh karena itu sudah sepantasnya penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Kedua orang tua dan keluarga tercinta.
2. Dr. Adrian Nur, S.T., M.T., selaku Kepala Program Studi Sarjana Teknik Kimia FT UNS.
3. Mujtahid Kaavessina, S.T., M.T., Ph.D. selaku dosen pembimbing I dan Wusana Agung Wibowo, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing II tugas akhir.
4. Dr. Sunu Herwi Pranolo, S.T., M.Sc., dan Ir. Arif Jumari, M.Sc selaku dosen pembimbing akademik.
5. Segenap civitas akademika Teknik Kimia FT UNS dan teman-teman penulis, yang turut membantu dalam penyusunan laporan tugas akhir ini, yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Akhir kata penulis mengucapkan semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian. Apabila ada kesalahan dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis mohon maaf. Kritik dan saran penulis harapkan demi perbaikan laporan yang akan datang.
Surakarta, November 2019
v
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
LEMBAR KONSULTASI ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR TABEL ... viii
DAFTAR GAMBAR ... x
INTISARI ... xi
BAB I PENDAHULUAN ... 1
I.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik ... 1
I.2. Penentuan Kapasitas Rancangan Pabrik ... 2
I.3. Pemilihan Lokasi Pabrik ... 4
I.4. Tinjauan Pustaka ... 7
I.4.1. Macam-Macam Proses ... 7
I.4.2. Kegunaan Produk ... 9
I.5. Sifat Fisika dan Kimia ... 9
I.5.1. Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku ... 9
I.5.2. Sifat Fisika dan Kimia Bahan Pendukung ... 11
I.5.3. Sifat Fisika dan Kimia Produk ... 11
I.6. Tinjauan Proses ... 12
BAB II DESKRIPSI PROSES ... 13
II.1. Spesifikasi ... 13
II.1.1. Spesifikasi Bahan Baku ... 13
II.1.2. Spesifikasi Bahan Pembantu ... 13
II.1.3. Spesifikasi Produk ... 13
II.1. Konsep Proses ... 14
II.2.1. Dasar Reaksi ... 14
II.2.2. Mekanisme Reaksi ... 14
vi
II.2.5. Tinjauan Kinetika ... 17
II.2. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ... 17
II.2.1. Diagram Alir Kualitatif ... 17
II.2.2. Diagram Alir Kuantitatif ... 17
II.2.3. Diagram Alir Proses ... 17
II.2.4. Langkah Proses ... 21
II.3. Neraca Massa dan Neraca Panas ... 23
II.3.1. Neraca Massa ... 23
II.3.2. Neraca Panas ... 25
II.4. Tata Letak Pabrik dan Peralatan Proses ... 27
II.4.1. Tata Letak Pabrik ... 27
II.4.2. Tata Letak Peralatan Proses ... 30
BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ... 31
III.1. Spesifikasi Alat Utama ... 31
III.2. Spesifikasi Alat Pendukung ... 37
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM .. 48
IV.1. Unit Pendukung Proses ... 48
IV.1.1.Unit Pengadaan Air ... 49
IV.1.2.Unit Pengadaan Steam ... 56
IV.1.3.Unit Pengadaan Udara Tekan ... 57
IV.1.4.Unit Pengadaan Listrik ... 57
IV.1.5.Unit Pengadaan Bahan Bakar ... 61
IV.2. Laboratorium ... 62
IV.2.1.Laboratorium Fisik ... 63
IV.2.2.Laboratorium Analitik ... 64
IV.2.3.Laboratorium Penelitian dan Pengembangan ... 64
IV.2.4.Analisa Air ... 64
IV.2.5.Unit Pengolahan Limbah ... 65
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ... 67
V.1. Bentuk Perusahaan ... 67
vii
V.3. Tugas dan Wewenang ... 70
V.3.1. Pemegang Saham ... 70
V.3.2. Dewan Komisaris ... 70
V.3.3. Dewan Direksi ... 70
V.3.4. Staf Ahli ... 71
V.3.5. Penelitian dan Pengembangan (Litbang) ... 72
V.3.6. Kepala Bagian ... 72
V.3.7. Kepala Seksi ... 74
V.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 75
V.5. Status Karyawan dan Sistem Upah ... 75
VI.6. Keselamatan dan Kesehatan Kerja ... 77
V.6.1. Keselamatan Kerja ... 77
V.6.2. Kesehatan Kerja ... 79
BAB VI ANALISA EKONOMI ... 80
VI.1. Penaksiran Harga Peralatan ... 80
VI.2. Dasar Perhitungan ... 81
VI.3. Penentuan Total Capital Investment (TCI) ... 82
VI.3.1.Modal Tetap (Fixed Capital Investment) ... 82
VI.3.2.Modal Kerja (Working Capital Investment) ... 83
VI.3.3.Total Capital Investment (TCI) ... 83
VI.4. Biaya Produksi Total (Total Production Cost) ... 83
VI.4.1.Manufacturing Cost ... 83
VI.4.2.General Expense (GE) ... 84
VI.5. Keuntungan Produksi ... 84
VI.6. Analisa Kelayakan ... 85
VI.6.1.%Profit on Sales (POS) ... 85
VI.6.2.%Return on Investment (ROI) ... 85
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Data Ekspor-Impor Amonium Nitrat ... 2
Tabel 2. Kapasitas Pabrik Amonium Nitrat yang Telah Berdiri ... 4
Tabel 3. Kelebihan dan Kekurangan Proses Pembuatan Amonium Nitrat ... 8
Tabel 4. Nilai Panas Pembentukan dan Energi Gibbs pada Kondisi Standar ... 16
Tabel 5. Neraca Massa Reaktor (R) ... 23
Tabel 6. Neraca Massa Evaporator (EV) ... 23
Tabel 7. Neraca Massa Prilling Tower (PT) ... 24
Tabel 8. Neraca Massa Rotary Dryer (RD) ... 24
Tabel 9. Neraca Massa Coating Drum (CD) ... 24
Tabel 10. Neraca Panas Reaktor (R) ... 25
Tabel 11. Neraca Panas Evaporator (EV) ... 25
Tabel 12. Neraca Panas Prilling Tower (PT) ... 26
Tabel 13. Neraca Panas Rotary Dryer (RD) ... 26
Tabel 14. Neraca Panas Coating Drum (CD) ... 26
Tabel 15. Perincian Luas Tanah Pabrik ... 28
Tabel 16. Spesifikasi Vaporizer ... 31
Tabel 17. Spesifikasi Reaktor ... 32
Tabel 18. Spesifikasi Evaporator ... 34
Tabel 19. Spesifikasi Prilling Tower ... 35
Tabel 20. Spesifikasi Rotary Dryer ... 36
Tabel 21. Spesifikasi Coating Drum ... 37
Tabel 22. Spesifikasi Tangki Penyimpanan Liquid Amonia ... 38
Tabel 23. Spesifikasi Tangki Penyimpanan Larutan Asam Nitrat ... 39
Tabel 24. Spesifikasi Tangki Penyimpanan Bahan Coating ... 40
Tabel 25. Spesifikasi Tangki Penyimpanan Amonium Nitrat Prill ... 41
Tabel 26. Spesifikasi Pemanas Fresh Feed Larutan Asam Nitrat ... 42
Tabel 27. Spesifikasi Pemanas Amonia ... 43
Tabel 28. Spesifikasi Pemanas Amonium Nitrat Solution ... 44
Tabel 29. Spesifikasi Pemanas Udara pada Rotary Dryer ... 45
ix
Tabel 31. Bucket Elevator ... 46
Tabel 32. Belt Conveyor ... 46
Tabel 33. Spesifikasi Pompa dan Blower ... 47
Tabel 34. Kebutuhan Air Pendingin ... 55
Tabel 35. Kebutuhan Air untuk Steam ... 55
Tabel 36. Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi ... 55
Tabel 37. Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses... 58
Tabel 38. Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Utilitas ... 58
Tabel 39. Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan ... 59
Tabel 40. Total Kebutuhan Listrik Pabrik ... 61
Tabel 41. Jadwal Shift Karyawan ... 75
Tabel 42. Perincian Jabatan dan Gaji Karyawan ... 76
Tabel 43. Indeks Harga Alat ... 80
Tabel 44. Modal Tetap ... 82
Tabel 45. Modal Kerja ... 83
Tabel 46. Direct Manufacturing Cost ... 83
Tabel 47. Indirect Manufacturing Cost ... 84
Tabel 48. Fixed Manufacturing Cost... 84
Tabel 49. General Expense... 84
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Kebutuhan Impor Amonium Nitrat di Thailand ... 3
Gambar 2. Kebutuhan Ekspor dan Impor Amonium Nitrat di Indonesia ... 3
Gambar 3. Lokasi Pabrik yang akan Didirikan ... 6
Gambar 4. Diagram Alir Kualitatif... 18
Gambar 5. Diagram Alir Kuantitatif... 19
Gambar 6. Diagram Alir Proses ... 20
Gambar 7. Tata Letak Pabrik ... 29
Gambar 8. Tata Letak Peralatan Proses ... 30
Gambar 9. Diagram Alir Pengolahan Air Sungai ... 54
Gambar 10. Struktur Organisasi Perusahaan ... 69
Gambar 11. Chemical Engineering Cost Index ... 81
xi
INTISARI
Muhammad Ibrahim Hanif, Wahyu Nur Hidayat, 2019, Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat Dari Amonia Dan Asam Nitrat Kapasitas 150.000 Ton/Tahun, Program Studi Sarjana Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta
Ammonium nitrate prill (ANP) berdensitas rendah merupakan bahan baku pembuatan peledak jenis Ammonium Nitrate Fuel Oil (ANFO). Data ekspor ANP di Indonesia menurut UN DATA mengalami kenaikan sehingga dipertimbangkan untuk melakukan prarancangan pabrik ANP dengan kapasitas 150.000 ton/tahun. Kebutuhan bahan baku gas amonia disuplai dari PT Pupuk Kujang sebanyak 0,214 kg/kg produk dan larutan asam nitrat disuplai dari PT Multi Nitrotama Kimia sebanyak 1,362 kg/kg produk. Pabrik didirikan di Karawang atas pertimbangan jarak yang dekat dari bahan baku.
Proses pembuatan menggunakan konsep reaksi netralisasi yaitu asam kuat (asam nitrat) dan basa lemah (amonia) dengan rasio 1 : 1. Peralatan utama yang digunakan adalah vaporizer, reaktor, evaporator, prilling tower, rotary dryer, dan coating drum. Sedangkan peralatan pendukung berupa cooler, heater, reducing valve, blower, dan pompa. Reaktor yang digunakan adalah bubble tank (P = 11,6
bar; T = 150oC). Produk ammonium nitrate solution (ANS) diuapkan hingga
saturated di dalam evaporator. Kemudian ANS di umpankan ke dalam prilling tower untuk mendapatkan ANP dengan konsentrasi 96%w. ANP dikeringkan di dalam rotary dryer hingga mencapai konsentrasi 99,8%w. Selanjutnya ANP dilapisi dengan calcium phospate untuk mengendalikan sifat higroskopis dan mudah meledak. Sehingga kemurnian produk yang dihasilkan ANP yaitu sebesar 99,3%.
Utilitas terdiri dari unit penyediaan air pendingin sebanyak 0,63 kg/kg
produk, steam sebanyak 2,41 kg/kg produk (P = 41 bar, T = 260oC), air konsumsi
dan sanitasi sebanyak 1077,08 kg/jam, udara tekan sebanyak 0,009 m3/kg produk,
tenaga listrik sebesar 0,026 kWh/kg produk, bahan bakar batubara sebanyak 0,266 kg/kg produk, bahan bakar IDO sebanyak 0,88 L/kg produk dan unit pengolahan limbah. Terdapat 4 buah laboratorium, yaitu laboratorium fisik, laboratorium analitik, laboratorium penelitian, dan laboratorium pengembangan.
Bentuk perusahaan adalah PT (Perseroan Terbatas), struktur organisasi adalah line and staff dengan sistem kerja shift dan non shift. Pabrik beroperasi selama 24 jam per hari dan 330 hari per tahun. Jumlah kebutuhan tenaga kerja sebanyak 189 orang yang terdiri dari 76 orang shift dan 113 orang non shift.
Hasil analisa ekonomi terhadap prarancangan pabrik ANP diperoleh total keuntungan Rp 172.984.894.112/tahun. Hasil analisa kelayakan menunjukkan ROI sebelum pajak 23,55% dan setelah pajak 17,67%. POT sebelum pajak 36 bulan dan setelah pajak 43 bulan, BEP 54,11%, SDP 26,84%, DCF sebesar 26,80%, IRR sebesar 17,686% dan NPV sebesar Rp. 1.204.186.558.606. Berdasarkan analisa ekonomi tersebut dapat disimpulkan bahwa pendirian pabrik ANP dengan kapasitas 150.000 ton/tahun layak dipertimbangkan untuk direalisasikan pembangunannya.
