BAB I PENDAHULUAN. Prarancangan Pabrik Natrium Nitrat dari Natrium Klorida dan Asam Nitrat Kapasitas Ton/Tahun

(1)

Prarancangan Pabrik Natrium Nitrat dari Natrium Klorida dan Asam Nitrat

Kapasitas 40.000 Ton/Tahun

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik

Natrium nitrat (NaNO3) merupakan salah satu produk intermediet. Selama ini, pemenuhan kebutuhan natrium nitrat nasional masih mengimpor karena di Indonesia belum ada industri natrium nitrat. Kebutuhan natrium nitrat di Indonesia akan terus meningkat sesuai dengan banyaknya industri yang menggunakannya.

Natrium nitrat sangat dibutuhkan di Indonesia karena kegunaannya yang banyak. Beberapa kegunaan natrium nitrat antara lain merupakan bahan kimia intermediet (bahan antara) dalam pembuatan pupuk yang mengandung senyawa nitrogen (terutama pupuk NPK), sebagai reagen dalam kimia analisa dan obat- obatan, bahan pembuatan dinamit, pembuatan enamel atau porselen, pembuatan cat, kaca, dan korek api, pelapis tembikar, bahan bakar padat roket, pengawet makanan, serta campuran natrium nitrat dan kalium nitrat digunakan untuk menangkap energi matahari untuk diubah menjadi energi listrik.

1.2 Penentuan Kapasitas Rancangan Pabrik

Pabrik natrium nitrat ini direncanakan memiliki kapasitas 40.000 ton/tahun.

Penentuan kapasitas produksi tersebut berdasarkan pada beberapa pertimbangan, seperti kebutuhan dalam negeri, kebutuhan luar negeri, ketersediaan bahan baku, dan kapasitas maksimal dan minimal pabrik natrium nitrat yang telah berproduksi.

1.2.1 Kebutuhan Natrium Nitrat di Indonesia

Berdasarkan data yang diperoleh dari Badan Pusat Statistik mengenai impor natrium nitrat (NaNO3) di Indonesia pada tahun 2010 – 2019 ditunjukkan pada Tabel 1.1.

commit to user

library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

(2)

2

Tabel 1.1 Data Impor Natrium Nitrat di Indonesia (BPS, 2019)

1.2.2 Kebutuhan Natrium Nitrat di Luar Negeri

Kebutuhan natrium nitrat (NaNO3) di negara lain (Malaysia, India, Turki) diperkirakan akan terus meningkat sesuai dengan data-data impor dari negara tersebut pada tahun 2015 – 2018 terlihat pada Tabel 1.2.

Tabel 1.2 Data Impor Natrium Nitrat di Luar Negeri (www.data.un.org)

Tahun

Impor (ton/tahun)

Total Kenaikan Malaysia India Turki (%)

2015 975,89 426,70 3.400,27 4.802,87 - 2016 2.177,70 901,07 3.961,09 7.039,87 46,58 2017 5.356,02 211,60 3.592,43 9.160,05 30,12 2018 7.318,93 396,98 4.730,12 12.446,02 35,87

Rata-Rata 37,52

Tahun Impor (ton/tahun) Kenaikan (%)

2010 6.209,15 -

2011 7.161,59 15,34

2012 7.986,72 11,52

2013 7.460,59 -6,59

2014 8.081,98 8,33

2015 8.521,01 5,43

2016 8.425,69 -1,12

2017 11.043,11 31,06

2018 7.750,90 -29,81

2019 4.892,35 -36,88

Rata-Rata -0,30

commit to user

(3)

3

Kebutuhan natrium nitrat di negara lain seperti Malaysia, India, dan Turki secara umum mengalami peningkatan setiap tahunnya. Dengan demikian, natrium nitrat yang akan diproduksi selain untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri juga dapat diekspor ke negara-negara tersebut untuk menambah devisa negara.

1.2.3 Ketersediaan Bahan Baku

Bahan baku yang digunakan untuk memproduksi natrium nitrat (NaNO3) adalah natrium klorida (NaCl) dan asam nitrat (HNO3). Kebutuhan bahan baku tersebut dapat diperoleh dari produsen-produsen dalam negeri. Ketersediaan bahan baku dilihat pada Tabel 1.3.

Tabel 1.3 Sumber Bahan Baku Utama Bahan

Baku Produsen Kapasitas

(ton/tahun) Sumber

NaCl PT

Cheetham Garam Indonesia,

Cilegon

800.000 www.cheethamgaramindonesia.com

HNO3 PT Multi Nitrotama

Kimia, Cikampek

55.000 www.mnk.co.id

PT Kaltim Nitrat Indonesia,

Bontang

238.000 www.kni.co.id

commit to user

(4)

4

1.2.4 Kapasitas Produksi Pabrik Natrium Nitrat di Dunia

Untuk memproduksi natrium nitrat harus diperhitungkan juga kapasitas produksi yang menguntungkan. Kapasitas produksi secara komersial yang telah ada terlihat pada Tabel 1.4.

Tabel 1.4 Pabrik Natrium Nitrat di Dunia Pabrik Proses Kapasitas

(ton/tahun) Sumber YingFengYuan

Industrial Group, Tiongkok

Sintesis 30.000 www.yingfengyuan.com

Deepak Nitrite Ltd.

Bombay Sintesis 40.000 (Kirk & Othmer, 1995) Xiangfan Tianjiu

Chemical Co., Ltd, Tiongkok

Sintesis 60.000 xftschemical.company.

weiku.com

Linyi Luguang Chemical Co., Ltd,

Tiongkok

Sintesis 150.000 www.lu-guang.com

Chillean Nitrate

Corp., USA Sintesis 800.000 (Kirk & Othmer, 1995) Qena Distriq Egypt Shank 113.000 (Kirk & Othmer, 1995) Maria Eliana, Chili Gugenheim 520.000 (Kirk & Othmer, 1995) Pedro de Valdivia Gugenheim 750.000 (Kirk & Othmer, 1995) SQM Nitratos S.A. Gugenheim 770.000 (Kirk & Othmer, 1995)

Data tersebut menunjukkan kapasitas produksi natrium nitrat komersial yang telah berdiri. Produksi minimum proses sintesis natrium nitrat sebesar 30.000 ton/tahun dan produksi maksimum proses sintesis natrium nitrat sebesar 800.000

commit to user

(5)

5

ton/tahun. Hal tersebut dapat menjadi pertimbangan dalam pemilihan kapasitas prarancangan pabrik yang dinilai dapat menguntungkan. Di samping itu, belum ada pabrik natrium nitrat di Indonesia, sehingga belum ada produksi pabrik dalam negeri.

1.2.5 Perhitungan Kapasitas Produksi Natrium Nitrat

Perhitungan kapasitas pabrik natrium nitrat yang direncanakan akan beroperasi pada tahun 2024 ini menggunakan persamaan sebagai berikut (Sinnot, 2005).

m1 + m2 + m3 = m4 + m5 (1.1) dengan :

m1 = nilai impor tahun 2024 (ton/tahun) m2 = produksi pabrik dalam negeri (ton/tahun)

m3 = kapasitas pabrik yang akan didirikan (ton/tahun) m4 = nilai ekspor tahun 2024 (ton/tahun)

m5 = nilai konsumsi dalam negeri tahun 2024 (ton/tahun)

Perhitungan jumlah produk pada tahun 2024 menggunakan metode discounted dengan persamaan sebagai berikut (Sinnot, 2005).

m5 = P (1+i)ⁿ (1.2) dengan :

m = jumlah produk pada tahun terakhir (ton/tahun) P = jumlah produk pada tahun pertama (ton/tahun) I = pertumbuhan rata-rata per tahun (%)

n = selisih tahun yang diperhitungkan Perkiraan konsumsi dalam negeri pada tahun 2024 :

m5 = P (1+i)ⁿ

= 4.892,35 ton/tahun (1+(-0,003))⁶

= 4.804,56 ton/tahun

Perkiraan nilai ekspor pada tahun 2024 : m4 = P (1+i)ⁿ

commit to user

(6)

6

= 12.446,02 ton/tahun (1+0,3752)⁷

= 115.780,75 ton/tahun

Pabrik natrium nitrat direncanakan memenuhi 30% dari total kebutuhan beberapa negara tersebut. Hal tersebut dipertimbangkan untuk menghindari risiko produk yang tidak laku karena adanya persaingan perdagangan dari negara pengekspor natrium nirat.

Karena alasan ini, maka nilai ekspor pada tahun 2024 menjadi : m4 = 115.780,75 ton/tahun x 30%

= 34.734,23 ton/tahun

Perhitungan kapasitas pabrik natrium nitrat pada tahun 2024 : m3 = (m4 + m5) – (m1 + m2)

= (34.734,23 + 4.804,56) ton/tahun - (0 + 0) ton/tahun = 39.538,78 ton/tahun

Dari hasil perhitungan peluang kapasitas dan pertimbangan kebutuhan natrium nitrat di dalam negeri serta kapasitas pabrik minimal yang sudah ada, maka dipilih kapasitas 40.000 ton/tahun dengan pertimbangan sebagai berikut :

1. Dapat mencukupi kebutuhan natrium nitrat di dalam negeri

2. Dapat merangsang berdirinya industri-industri lain yang menggunakan natrium nitrat terutama pada penyediaan bahan baku

3. Menambah devisa dengan melakukan ekspor produk ke luar negeri

4. Cadangan produk ketika ada produk yang rusak atau berjaga-jaga apabila terjadi permintaan yang berlebih

5. Membuka lapangan kerja baru sehingga menurunkan tingkat pengangguran 1.3 Penentuan Lokasi Pabrik

Letak geografis suatu pabrik mempunyai pengaruh besar terhadap keberhasilan perusahaan. Beberapa faktor dapat menjadi acuan dalam menentukan lokasi pabrik antara lain penyediaan bahan baku, pemasaran produk, transportasi, dan tenaga kerja. Lokasi pabrik natrium nitrat ini dipilih di Cilegon, Banten dengan pertimbangan sebagai berikut.

commit to user

(7)

7 a. Penyediaaan bahan baku

Natrium klorida diperoleh dari PT Cheetham Garam Indonesia di Cilegon dengan kapasitas 800.000 ton/tahun, sedangkan asam nitrat diperoleh dari PT Multi Nitrotama Kimia di Cikampek dengan kapasitas 55.000 ton/tahun dan PT Kaltim Nitrat Indonesia di Bontang dengan kapasitas 238.000 ton/tahun.

b. Letak pabrik terhadap daerah pemasaran

Natrium nitrat merupakan bahan kimia intermediet maka pemilihan lokasi di Cilegon sangat tepat karena merupakan kawasan industri yang berarti memperpendek jarak antara pabrik yang memproduksi dengan pabrik yang membutuhkan natrium nitrat.

c. Transportasi

Kawasan industri Cilegon dekat dengan pelabuhan laut Merak.

Terdapat sarana transportasi jalan raya, sehingga mempermudah sistem pengiriman bahan baku dan produk.

d. Tenaga kerja

Kawasan industri Cilegon terletak di daerah Jawa dan Jabotabek dengan berbagai lembaga pendidikan formal maupun non formal dimana banyak dihasilkan tenaga kerja ahli maupun non ahli, sehingga tenaga kerja mudah didapatkan.

e. Utilitas

Utilitas yang diperlukan seperti air, bahan baku, dan tenaga listrik dapat dipenuhi karena lokasinya terletak di kawasan industri.

 Penyediaan air, diperoleh dari sungai Cidanau

 Penyediaan tenaga listrik, diperoleh dari PLN dan generator pabrik

commit to user

(8)

8

Gambar 1.1 Peta Lokasi Industri Cilegon, Jawa Barat 1.4 Tinjauan Pustaka

1.4.1 Macam-Macam Proses

Natrium nitrat (NaNO₃) awalnya diperoleh dari endapan alamiah yang terdapat di dataran tinggi Chile. Endapan cukup lebar yaitu 8 - 65 km serta tebal 0,3 - 1,2 m. Produk dengan kualitas tinggi dapat dihasilkan dengan kristalisasi dan pengeringan (Austin, 1984).

Dalam pembuatan natrium nitrat (NaNO₃) dikenal tiga macam proses : a. Proses Shank

Bahan baku berasal dari garam hasil penambangan (garam Chile) yang mengandung NaNO₃. Prosesnya meliputi loading, leaching, washing dan unloading. Pada prinsipnya proses yang utama adalah pemurnian dari garam hasil penambangan dimana zat-zat selain NaNO₃ dikurangi kadarnya sehingga diperoleh NaNO₃ dengan kadar ± 60% (Kirk & Othmer, 1997).

b. Proses Guggenheim

Pada prinsipnya proses Guggenheim sama dengan proses Shank, hanya alatnya lebih disempurnakan yaitu proses crushing, leaching, filtering, cristalizing, dan graining sehingga kadar NaNO₃ lebih besar yaitu ± 85% (Kirk & Othmer, 1997).

Lokasi Pabrik Lokasi pabrik

commit to user

(9)

9 c. Proses Sintesis Natrium Nitrat

Macam-macam proses sintesis NaNO3 yaitu : 1. Reaksi antara Na2CO₃ dengan HNO3

Na₂CO₃ + 2 HNO3 2 NaNO3 + H2O + CO₂

(Kirk & Othmer, 1997) Proses ini berlangsung pada suhu 305 – 350^oC pada tekanan vakum di dalam reaktor fluidized bed. Reaksi menghasilkan produk NaNO3 dengan konversi sebesar 97 - 98% terhadap HNO₃ (U.S. Patent 2535990, 1950).

2. Reaksi antara NaCl dengan HNO3

3 NaCl + 4 HNO₃ 3 NaNO3 + NOCl + Cl2 + 2 H2O (Kobe, 1957) Proses ini berlangsung pada suhu 60^oC pada tekanan 1 atm (Kobe, 1957) dalam reaktor alir tangki berpengaduk (RATB). Besarnya konversi yang diperoleh adalah 95% terhadap NaCl (U.S. Patent 1978751, 1934). Proses ini menghasilkan kadar NaNO₃ yang lebih tinggi dari proses Shank dan Guggenheim yaitu ± 90 – 99 % (Kirk & Othmer, 1997).

1.4.2 Alasan Pemilihan Proses

Proses yang dipilih pada pabrik ini adalah proses sintesis natrium nitrat menggunakan reaktan natrium klorida dan asam nitrat. Pemilihan proses ini didasarkan pada :

a. Tingkat kemurnian hasil lebih tinggi yaitu ± 90 – 99 % dibandingkan dengan proses Shank (± 60%) maupun Guggenheim (± 85%).

b. Reaksi natrium klorida (NaCl) dan asam nitrat (HNO3) berlangsung dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) sehingga prosesnya relatif lebih sederhana dibandingkan dengan síntesis dari natrium karbonat (Na2CO₃) dan asam nitrat (HNO₃) yang berlangsung dalam reaktor fluidized bed.

c. Reaksi natrium klorida (NaCl) dan asam nitrat (HNO3) berlangsung pada tekanan atmosferis sehingga proses produksi relatif lebih sederhana

commit to user

(10)

10

dibandingkan dengan natrium karbonat (Na₂CO₃) dan asam nitrat (HNO₃) yang berlangsung pada tekanan vakum. Dengan demikian, investasi yang ditanamkan juga lebih kecil.

Ringkasan perbandingan proses sintesis natrium nitrat dapat terlihat pada Tabel 1.5.

Tabel 1.5 Perbandingan Proses Sintesis Natrium Nitrat

Tinjauan Bahan baku yang dibandingkan

Na2CO3 Sumber NaCl Sumber

1. Konversi

97-98%

terhadap HNO3

US.Patent 2535990, 1950

95% terhadap NaCl

US.Patent 1978751, 1934

2. Kondisi operasi

P <1 atm, T =305-350^oC

P = 1 atm, T = 60^oC

Kobe, 1957 3. Tipe

reaktor Fluidized bed RATB

4. Harga bahan

US$ 160-

165/ton www.matche.com US$ 90/ton www.matche.com

1.4.3 Kegunaan Produk

Natrium nitrat digunakan sebagai bahan baku pembuatan pupuk (terutama pupuk NPK), bahan eksplosif pada pembuatan dinamit, pembuatan kaca, dan pembuatan cat.

a. Pembuatan pupuk NPK

Pada proses pembuatan pupuk NPK, natrium nitrat merupakan bahan baku penghasil nitrogen pada pupuk tersebut. Natrium nitrat direaksikan dengan garam kalium klorida membentuk kalium nitrat. Selanjutnya kalium nitrat dialirkan pada batuan fosfat yang mempunyai kadar fosfat tinggi sehingga dihasilkan pupuk NPK yang memberi nutrisi pada daun. Penggunaan pupuk kalium nitrat lebih disukai dibandingkan kalium klorida karena tanaman tidak tumbuh baik pada tanah yang mengandung klorida.

commit to user

(11)

11 b. Pembuatan Dinamit

Reaksi antara natrium nitrat dengan amonium nitrat akan menghasilkan gas yang sangat eksplosif sehingga dapat menimbulkan ledakan. Jenis dinamit yang dihasilkan yaitu straight dynamite, amonia dynamite, gelatin dynamite, gelatin nitrat, dan amonia gelatin. Perbandingan jenis dinamit ditentukan dengan pemakaian perbandingan amonium nitrat dengan natrium nitrat.

c. Pembuatan Kaca

Pada pembuatan kaca, natrium nitrat sebagai bahan tambahan yang dicampur dengan calumite, dimana natrium nitrat mengoksidasi calumite. Calumite merupakan slag atau sisa proses peleburan logam yang berfungsi untuk meningkatkan melting potensial dan menurunkan devitrivikasi. Pada pencampuran tersebut membutuhkan natrium nitrat sebanyak 2,5%. Penggunaan natrium nitrat sangat efektif karena dapat mengurangi bubble sehingga produk kaca tidak cacat.

d. Pembuatan Cat

Reaksi dengan lead atau timbal (Pb) akan membentuk timbal oksida (PbO) yang banyak digunakan oleh industri cat sebagai penguat warna cat sehingga warna cat lebih kuat dan merata pada suspensinya.

1.4.4 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk 1.4.4.1 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku

a. Natrium Klorida

Sifat fisis (Perry, 1997) :

 Rumus molekul : NaCl

 Berat molekul : 58,45 g/mol

 Titik didih : 1413 ^oC pada 1 atm

 Titik beku : 800,4 ^oC pada 1 atm

 Bentuk : kristal kubik padat

 Warna : putih

 Densitas : 2,163 g/mol commit to user

(12)

12 Sifat kimia (Kirk & Othmer, 1997) :

 Dapat larut dalam air dan bermacam-macam solvent (etilen glikol, etanol, metanol, cairan amoniak) tetapi tidak larut dalam gliserol

 Bersifat higroskopis

 Tidak mudah terbakar b. Asam Nitrat

 Rumus molekul : HNO₃

 Titik beku : -42 ^oC pada 1 atm

 Bentuk : cair

 Warna : putih

 Densitas : 1,502 g/mol Sifat kimia (Kirk & Othmer, 1997) :

 Merupakan asam monobasik kuat

 Asam nitrat dapat bereaksi dengan semua logam kecuali emas, indium, platium, rodium, tantalum, dan titanium

 Asam nitrat merupakan pengionisasi yang kuat Reaksi yang terjadi :

NaOH + HNO₃ NaNO3 + H2O

 Asam nitrat merupakan pengoksidasi yang kuat Reaksi yang terjadi :

I₂ + 10 HNO3 2 HIO3 + 4 H2O + 10 NO₂ Sn + 4 HNO₃ SnO2 + 2 H2O + 4 NO₂

 Asam nitrat tidak stabil terhadap panas dan bisa terurai sebagai berikut :

4 HNO₃ 4 NO2 + 2 H2O + O₂ commit to user

(13)

13 I.4.4.2 Sifat Fisis dan Kimia Produk

a. Natrium Nitrat atau Soda Niter Sifat fisis (Perry, 1997) :

 Rumus molekul : NaNO₃

 Titik beku : 308 ^oC pada 1 atm

 Bentuk : kristal trigonal padat

 Warna : putih

 Densitas : 2,257 g/ml

 Panas laten : 5355 kal/mol pada 310^oC Sifat kimia (Kirk & Othmer, 1997) :

 Mudah larut dalam air, gliserol, amoniak, dan alkohol b. Chlorine

 Rumus molekul : Cl2

 Titik didih : -34,6 ^oC pada 1 atm

 Titik beku : -101,6 ^oC pada 1 atm

 Bentuk : gas

 Warna : kuning kehijauan

 Densitas : 1,56 g/ml Sifat kimia (Perry, 1997) :

 Larut dalam alkali (NaOH dan KOH) c. Nitrosyl Chloride (Nitrogen Oxychloride)

 Rumus molekul : NOCl

 Berat molekul : 65,47 g/mol commit to user

(14)

14

 Titik didih : -5,5 ^oC pada 1 atm

 Titik beku : -64,5 ^oC pada 1 atm

 Bentuk : gas

 Warna : merah kekuningan

 Densitas : 1,417 g/ml Sifat kimia (Perry, 1997) :

 Larut dalam H2SO₄

1.4.5 Tinjauan Proses

Pembuatan natrium nitrat dengan bahan baku natrium klorida (NaCl) dan asam nitrat ( HNO₃) direaksikan dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) pada kondisi operasi 60^oC dan tekanan 1,013 bar. Reaksi yang terjadi merupakan reaksi netralisasi karena adanya reaksi antara ion hidrogen dari asam dan basa membentuk reaksi :

3 NaCl + 4 HNO₃ 3 NaNO3 + NOCl + Cl2 + 2 H2O (Kobe, 1957)

Natrium klorida dilarutkan menggunakan air di dalam mixer kemudian masuk ke reaktor untuk direaksikan dengan asa m nit rat . Setelah natrium klorida dan asa m nit rat bereaksi, larutan keluaran dari reaktor dimasukkan ke dalam evaporator untuk dipekatkan, sedangkan gas hasil samping dikeluarkan dari atas reaktor. Gas hasil samping berupa NOCl dan Cl2 dikompresi sehingga tekanan meningkat hingga mencapai uap jenuh, kemudian dipisahkan menggunakan menara distilasi. Produk keluaran evaporator diumpankan ke kristaliser sehingga diperoleh larutan yang berisi kristal-kristal NaNO3.NaCl.H2O. Selanjutnya kristal dipisahkan di dalam centrifuge, mother liquor dari centrifuge diumpankan ke reaktor, sedangkan kristal dari centrifuge dikeringkan dalam rotary dryer untuk memperoleh produk dengan komposisi yang diinginkan.

commit to user