NASKAH PUBLIKASI
PRARANCANGAN PABRIK NITROGLISERIN
DARI GLISERIN DAN ASAM NITRAT
KAPASITAS 22.000 TON PER TAHUN
DENGAN BIAZZI CONTINUOUS PROCESS
Oleh :
Elfridan Sannia Putri
D 500 100 028
Dosen Pembimbing :
1.
HerryPurnamaPh.D
2.
AgungSugiharto ST., M.Eng.
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
?58:xtN
ry
wsnmrsnle]{
:mqela8ualq
w9
re
?86/LL
qffi?
't .ff
I
H Eu-rqu4qured uaso6
,y'tt"r/-I Sqqs{qrrleduesog
:pkua{uc1q
f
lgf
runf
"gqamg
"8u3'rrl''J'S"ogeq$ng
Eun8y'7
g'q6'.uuruum6
dreH'I
urq1gsasold na8usp unqeLrrml
A111T,sef;seda4 uuesgEo4rN $rqed uu8uucurrer4
820
00I
00Eo
r4nJEltrtrss BpI.HA
Eurqunqurs4 uaso11
.{dJ, lnpnf
IAIIN
surBN
YTTTDI
XIIDISI
NVSNUOf
XII\DTflJ,
SYTA{D[Y.{
11I{'d 'J'IAtr 'eureurn6,{lep1 'r1
,w
'1 Surqurrqura4
€l0z
IInI
'ege1ern5'e.{unpedas ueleunS;adrp ledep eSorues 'tenqlp rur uenlnlasred uerlruaq
'uelrsnlrlqndrp Inlun rnlnlasrp ledep
trep 1c,{e1 rnqas:et le{rue qe>{seN
NNI{YI
UEd
NOI
OOO'ZZ SVJISYdVX SSEJOUd SNONNIJNOJ TZZY\A NYDNI3CJ\
.-IN
hIVSV
NVC
NruASI-I9ftIVO
NIUASI'I9OUIINxIUAVd
NVCNVJNVUVUd:
INPNIerutt)
Il:IaJ
:
pnlg uru:8org820 00r 00s
c
:utnd eruues Epll-]13 :
huN
elueN
:e.1\srseqpru Fep ltple seSnt nele rsdrrls uese4Suu ueledrueru 3ue.,{ qerurl e.{re4 rsulrlqnd 1e1rue rtenuef,uaru uep €f,eqtueur qeleJ
T99:
)IN/dIN
Ctl'd'I'hl'euretun4.{-r-rag'r1 : eLUeN
: rrq)ie se8nl nele rsdrols Surqrurqured rur qp,ueq rpueSuel epuepaq Buel
HYI I,{'I I VAUYX ISYXI'ISNd'I g]XtIUY NVOf N.LS SU gd IYU OS
Z0TlS euelerns 8trISTL : xe1'LIyLLL (1ZZO) 'dlaf einseue) ,ueleqed _ | sod lorlrorl !ueA .V
.lt-xtNx:[
svttn)lvj
PRARANCANGAN PABRIK NITROGLISERIN DARI GLISERIN DAN ASAM
NITRAT KAPASITAS 22.000 TON PER TAHUN DENGAN BIAZZI CONTINUOUS
PROCESS
Elfrida Sannia Putri, Herry Purnama Ph.D, Agung Sugiharto ST., M.Eng Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik UMS
Jl. A. Yani Pabelan-Kartasura, Tromol Pos 1 Surakarta
ABSTRAK
Prarancangan pabrik nitrogliserin dengan bahan baku gliserin dan asam nitrat dengan asam sulfat sebagai katalis. Nitrogliserin merupakan senyawa kimia yang biasa digunakan sebagai bahan peledak dan juga sebagai obat untuk meredakan serangan angina pektoris (gangguan jantung).Pabrik ini direncanakan beroperasi selama 330 hari/tahun dan dibangun padatahun 2014 di lokasi industry Cikarang,Bekasi, Jawa Barat yang berdekatandengan PT. Priscolin sebagai penyedia gliserin dan PT. Nitrotama Kimia sebagai penyedia asam nitrat yang mana merupakan bahan baku utama. Dengan mempertimbangkan kebutuhan dalam negeri dan untuk mengurangi ketergantungan impor, maka pabrik ini direncanakan beroperasi dengan kapasitas 22.000 ton/tahun. Pabrik nitrogliserin dengan kapasitas 22.000 ton per tahun ini membutuhkan bahan baku gliserin sebanyak 371.324,5744 ton per tahun, asam nitrat sebesar 1.017.106,443 ton per tahun, dan asam sulfat sebesar 1.314.414,48 ton per tahun. Pada pabrik ini menggunakan proses Biazzi (kontinyu) yangdilakukan di dalam reaktor CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor). Reaksi berlangsung pada face cair yang reaksinya dijalankan pada tekanan 1 atm dan suhu 150C. Selanjutnyan dilakukan proses pemurnian hingga diperoleh kemurnian produk nitroglserin 99,43%.Untuk menunjang proses produksi, maka didirikan unit utilitas yang meliputi: (1) unit pengadaan dan pengolahan air sebesar 26.189,5011 m3/tahun (2) pengadaan steam sebesar 6.943.632 lbm3/tahun (3) pengaadaan listrik sebesar 2.332.276,65 kW/tahun (4) bahan bakar sebesar 451,128 m3/tahun (5) unit penyedia udara tekan sebesar 396.000 m3/tahun (6) unit pengolahan. Dan sebagai cadangan pada unit pengadaan listrik digunakan dua buah generator set, serta pada unit penyedia udara tekan menggunakn alat kontrol berupa pneumaticu. Dari hasil analisis ekonomi diperoleh parameter-parameter sebagai berikut: (1) Percent return On Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 30,683% dan setelah pajak sebesar 21,478% (2) Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar 2,458 tahun dan setelah pajak sebesar 3,177 tahun (3) Break Even Point (BEP) sebesar 48,399% (4)Shut Down Point sebesar 28,469% (5) Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 27,63%. Dari data analisis kelayakan diatas, maka dapat disimpulkan bahwa pabrik nitrogliserin ini menguntungkan dan layak didirikan.
A. Pendahuluan
Nitrogliserin merupakan senyawa kimia yang mempunyai prospek besar untuk dikembangkan secara komersial. Nitrogliserin bisa digunakan sebagai obat-obatan dan sebagai bahan peledak. Sampai saat ini, di Indonesia belum ada pabrik yang memproduksi nitrogliserin, sedangkan kebutuhan akan nitrogliserin diperkirakan terus meningkat sesuai dengan banyaknya industri maupun pihak-pihak yang memerlukannya. Untuk memenuhi kebutuhan nitrogliserin dalam negeri, negara Indonesia masih harus mengimpor. Data
impor nitrogliserin dan propelan powder
(campuran nitrogliserin dan nitrocellulose) ditunjukkan pada Tabel 1.1 dan 1.2.
Tabel 1.1. Impor nitrogliserin di Indonesia.
No Tahun Jumlah
(Ton/Tahun)
1 2002 17.100
2 2003 20.500
3 2004 26.600
4 2005 15.950
5 2006 30.110
[image:5.612.77.281.440.563.2](Badan Pusat Statistik Indonesia, 2006) Tabel 1.2. Impor propelan powder di Indonesia.
No Tahun Jumlah
(kg/tahun)
1 2002 18.190
2 2003 77.461
3 2004 14.986
4 2005 16.500
5 2006 46.750
(Badan Pusat Statistik Indonesia, 2006)
B. Kapasitas Perancangan Pabrik
Kapasitas pabrik merupakan faktor yang sangat penting dalam pendirian pabrik karena akan mempengaruhi perhitungan teknis dan ekonomis. Secara teori, semakin besar
kapasitas pabrik yang dibangun maka
kemungkinan keuntungan yang diperoleh akan semakin besar. Konsumsi nitrogliserin diperkirakan akan terus meningkat dalam beberapa tahun mendatang. Sampai saat ini di
Indonesia belum ada pabrik yang
memproduksi nitrogliserin, sedangkan
kapasitas produksi yang telah ada di luar
negeri antara lain seperti di Texas sebesar 20.000 ton per tahun, di Tenesse sebesar 25.000 ton per tahun, di Pensylvania sebesar 25.000 ton per tahun, dan Carbride sebesar 60.000 ton per tahun.
Untuk memenuhi kebutuhan bahan baku pabrik nitroglisin di Indonesia nantinya akan diperoleh gliserin dari PT.Priscolin di Bekasi, asam nitrat diperoleh dari PT.Multi Nitrotama Kimia di Cikampek,asam sulfat diperoleh dari PT. Indonesian Acid Industry di Bekasi, dan natrium karbonat diperoleh dari PT.Samarth Chemicals Indonesia di Jakarta. Berdasarkan beberapa pertimbangan di atas, maka dalam perancangan pabrik nitrogliserin ini dipilih kapasitas perancangan sebesar 22.000 ton/tahun.
C. Lokasi Pendirian Pabrik
Lokasi pabrik nitrogliserin dari gliserin dan asam nitrat ini direncanakan akan didirikan di daerah Cikarang, Bekasi, Jawa Barat.
Pemilihan lokasi pabrik berdasarkan pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut:
1. Bahan Baku
2. Pemasaran dan Transportasi 3. Tenaga Kerja
4. Utilitas
D. Pemilihan Jenis Proses
1. Schmid-Meissner continuous process
Prosesnya meliputi nitrasi, pemisahan, dan pemurnian nitrogen secara netralisasi dan pencucian. Nitratornya berbentuk tangki berpengaduk, dilengkapi pipa-pipa pendingin vertikal. Sebagai medium pendingin dipakai brine yang masuk pada suhu -5oC. Asam campuran masuk dari bagian bawah nitrator dan gliserin masuk dari bagian atas sedangkan hasilnya keluar secara overflow ke separator (stainless steel). Suhu nitrator dijaga jangan lebih
dari 18 C dan tekanan atmosfer.
Nitrogliserin yang telah terpisah dicampur dengan larutan pencampur yang panas, berupa soda dan ammonia dan kemudian diemulsi dengan udara.
nitrogliserin dicuci dalam menara atau kolom pencuci yang dilengkapi baffle. Di dalam kolom pencuci, campuran dibuat emulsi dengan memakai air yang dingin dan menginjeksikan udara bertekanan. Emulsi mengalir dari atas kolom ke
intermediate separator, kemudian
dialirkan ke dasar kolom pencuci II. Emulsi mengalir dari puncak kolom pencuci II menuju separator II, kemudian cairan dialirkan lagi ke kolom pencuci III dan separator III sampai stability yang diinginkan telah tercapai (Coulson, 1983).
2. Nitro nobel injector process
Alat dalam proses ini adalah sebuah injektor yang dipakai untuk mencampur gliserol dengan pre-coolednitration acid (asam penitrasi yang telah didinginkan). Aliran asam yang lewat injektor akan menimbulkan kevakuman, hingga gliserin akan tertarik masuk. Pencampuran kedua zat ini sangat cepat dan akan membentuk emulsi. Gliserin yang terisap ke injektor pada suhu 48 C segera bereaksi dengan asam. Reaksi berlangsung pada suhu 45-50 C. Emulsi yang diperoleh segera didinginkan sampai suhu 15 C lalu keluar secara gravitasi menuju centrifuge, di sini nitrogliserin akan dipisahkan dari asam bekas, kemudian asam bekas dapat di-recycle atau didenitrisi. Campuran yang mengandung nitrogliserin diemulsikan dengan water jet untuk membentuk campuran non-explosive, lalu dinetralkan dengan Na2CO3, dan dicuci. Nitrogliserin yang telah stabil dilewatkan melalui
injektor untuk membentuk
non-explosivewater emulsion demi keamanan
dalam penyimpanan(Kirk danOthmer,
1996).
3. Biazzi continue process
Perlengkapannya terdiri atas nitrator, separator, dan pencuci berpengaduk. Sebagian unit alatnya terbuat dari stainless
steel, untuk mencegah penimbunan
nitrogliserin. Prosesnya meliputi nitrasi, pemisahan,dan pemurnian nitroglisern dengan cara pencucian. Nitratornya berupa vessel berbentuk silinder kecil yang dilengkapi dengan stainless steelvessel dengan koil pendingin, dimana brine pada suhu (-2) – (-5)oC disirkulasikan selama nitrasi untuk menjaga reaksi pada suhu
15oC dan tekanan atmosfer (1 atm). Kemudian hasil nitrator masuk keseparator I untuk memisahkan nitrogliserin dari asam sisa berdasarkan berat jenis dan kelarutan, kemudian sisa asam dinetralkan dengan larutan natrium karbonat 2%. Di dalam tangki pencuci nitrogliserin dibuat emulsi dengan air dan dicuci untuk melarutkan garam-garam hasil netralisasi, lalu dialirkan ke separator II untuk memisahkan garam-garam hasil netralisasi dengan nitrogliserin sampai tercapai standar stabilitas (factor keamanan). Selanjutnya nitrogliserin yang dihasilkan disimpan dalam tangki penyimpan (Kirk dan Othmer, 1996).
Dari beberapa proses pembuatan nitrogliserin, dipilih proses Biazzi secara kontinyu berdasarkan:
1. Proses Biazzi lebih effisien
dibandingkan dengan proses yang lain (untuk kapasitas yang sama, ukuran alat lebih kecil),
2. Di bandingkan dengan proses Nitro
nobel injector, proses Biazzi
produksinya lebih cepat,
3. Proses Biazzi lebih aman, karena jumlah nitrogliserin yang lebih sedikit dalam sistem pada waktu tertentu,
4. Reaktor bekerja pada tekanan
atmosfer dan suhu 15ºC dengan konversi 99,43%.
5. Reaksi Nitrasi
Nitrogliserin dibuat dengan
mereaksikan gliserin (gliserol) dengan asamnitrat (HNO3). Reaksi ini merupakan reaksi nitrasi, yaitu reaksi antaragliserin dan asam nitrat, dimana fase campuran di dalam reaktor berbentuk fase emulsi. Hal ini dapat di lihat pada reaksi dibawah ini.
C3H5(OH)3 + 3 HNO3 H2SO4
C3H5(ONO2)3 + 3 H2O Reaksi nitrasi ini bersifat eksotermis, berlangsung pada suhu operasi 15oC, tekanan sebesar 1 atm dengan kemurnian 99,43% (smith,1978).
E. Diagram Alir Proses
1. Proses persiapan bahan baku
terdiri asam nitrat dan gliserin. Masing-masing asam nitrat dan asam sulfat ditempatkan dalam tangki bahan baku (T-01) dan (T-02), sedangkan dalam tangki bahan baku (T-03) dimasukkan bahan gliserin dengan kapasitas tertentu untuk memenuhi kebutuhan proses selama tujuh hari.
2. Proses reaksi
Dari tangki bahan baku (T-01) yang berisi asam nitrat dicampurkan dengan asam sulfat dari tangki bahan baku 2 (T-02) di dalam Mixer-1 (M-01). Dari M-01 asam campuran kemudian didinginkan dengan Cooler-1 (HE-01) hingga suhu 15oC dan dipompa untuk direaksikan dalam reaktor dengan gliserin dari tangki bahan baku (T-03) yang didinginkan terlebih dahulu dengan Cooler-2 (HE-02) hingga suhu 15oC. Dihasilkan konversi sebesar 99,43% dari reaksi tersebut. Timbul panas reaksi pada reaksi ini, agar suhu tetap pada 15oC perlu dipertahankan reaksi yang terjadi maka perlu didinginkan dengan medium pendingin freon dengan suhu 5oC karena ada kelebian panas yang terbentuk.
Hasil reaksiNitrogliserin, sisa gliserin dan sisa keluar secara overflow dari reaktor menuju Heater-1 (HE-03) adalah asam untuk dipanaskan hingga suhu 30oC, dan kemudian menuju Dekanter-1 (D-01). Nirogliserin di dalam Dekanter-1 (D-01)
dipisahkan berdasarkan perbedaan
densitasdari sisa asam. Selanjutnya sisa asam dipompa ke unit pengolahan lanjut, sedangkan di dalam netralizer (N-01)
dimasukkan nitrogliserin untuk
dinetralkan dengan natrium karbonat. Menetralkan sisa asam yang terdapat dalam larutan nitrogliserin disebut dengan larutan penetral, selanjutnya dialirkan ke tangki pencuci (TP-01) untuk melarutkan garam-garam hasil netralisasi.
3. Proses pemisahan
Hasil netralisasi masuk tangki pencuci
(TP-01) dalam bentuk garam-garam
untukkemudian dicuci dengan air.
Selanjutnya hasil netralisasi berupa nitrogliserin dan garam-garam dipisahkan pada Dekanter-2 (D-02) berdasarkan perbedaan densitas. Garam-garam hasil netralisasi keluar menuju Unit Pengolahan
Limbah (UPL), sedangkan dipompa
Satuan massa: kg/jam
Gambar 2.1. Diagram alir kuantitatif F. Spesifikasi Alat Reaktor
Reaktor yang digunakan pada pabrik ini berupa Reaktor Alir Tangki Berpengaduk
(RATB) dengan pengoperasian secara
kontinyu. Bahan konstruksi yang digunakan berupa Stainless steel SA-167 (tipe 304) dengan jenis headnya adalah Torispherical head dan jenis pengaduknya berupa turbin. Fungsi dari reaktor ini adalah sebagai alat untuk mereaksikan gliserin dan asam nitrat pada fase cair menjadi nitrogliserin dan air dengan umpan gliserin sebesar 1.201,9140 kg/jam dan kecepatan umpan asam campuran 9.044,5034 kg/jam dengan suhu operasi 15 oC dan tekanan 1 atm. Reaktor ini mempunyai spesifikasi sebagai berikut:
Diameter :2,2219 m
Tinggi :2,2219 m
Volume :3,3133 m3
Kecepatan :201,7533 rpm
Motor :Variable-speed belt
Power motor :100 hp Jenis pendingin :Coil
Medium :Freon
Bahan isolasi :Asbes semen dengan tebal 0,85 cm
Utilitas :1.Freon pendingin
2.Listrikuntuk menggerakkan pengaduk
Harga :$ 40.624,42
G. Unit Pendukung Proses (Utilitas) 1. Unit pengadaan dan pengolahan air
Untuk keperluan domestik, umpan boiler dan air pendingin.
2. Unit pengadaan steam
Pada alat heater memerlukan steam 3. Unit pengadaan tenaga listrik
Unit ini berfungsi untuk menggerakan
peralatan proses, maupun untuk
penerangan sehingga dibutuhkan adanya penyediaan energi listrik. Listrik disuplai dari PLN dan dari generator sebagai cadangan bila listrik dari PLN mengalami gangguan.
4. Unit udara tekan
Unit ini berfungsi untuk keperluan instrumentasi.
5. Unit pengadaan bahan bakar
Unit ini sebagai penyedia bahan bakar. 6. Unit pengolahan limbah
H. Bentuk Perusahaan
Bentuk perusahaan yang direncanakan pada prarancangan pabrik nitrogliserin ini adalah Perseroaan Terbatas (PT).
Adapun alasannya adalah:
1. Mudah mendapatkan modal
Modal dapat diperoleh dengan menjual saham..
2. Lapangan usaha lebih luas Modal yang sangat besar dari masyarakat dapat ditarik oleh PT, sehingga dengan modal ini PT dapat memperluas usahanya. 3. Merupakan bentuk perusahan
yang sudah berbadan hukum Merupakan badan usaha yang memiliki kekayaan tersendiri yang terpisah dari kekayaan
pribadi. Dengan jaminan
perusahaan yang ada akan
mempermudah mendapatkan
kredit dari bank.
I. Analisis Ekonomi
ROI (Percent Return On Investment). ROI sebelum pajak sebesar 30,683% dan ROI setelah pajak sebesar 21,478%.
ROI (Percent Return On Investment) sebelum pajak untuk pabrik beresiko rendah minimal 11% (Aries dan Newton, 1955).
POT (Pay Out Time). POT sebelum pajak 2,5 tahun dan sesudah pajak 3,1 tahun.
POT (Pay Out Time) sebelum pajak
untuk pabrik beresiko rendah
maksimal 5 tahun (Aries dan Newton, 1955).
BEP (Break Even Point) sebesar
48,399%.
Pada BEP (Break Even Point) untuk pabrik kimia berkisar antar 40%-60%.
SDP (Shut Down Point) sebesar
28,469%.
DCF (Discounted Cash Flow) sebesar 27,63%.
J. Kesimpulan
Nitrogliserin ini merupakan larutan yang bersifat eksplosive sehingga digolongkan pabrik beresiko rendah, karena beroperasi pada suhu dan tekanan yang rendah.
Analisa kelayakan ekonomi pabrik
nitrogliserin dinyatakan sebagai berikut: 1. Keuntungan sebelum pajak sebesar Rp
43.246.173.542,30 per tahun dan keuntungan setelah pajak sebesar Rp 12.973.852.062,69 per tahun.
2. ROI (Percent Return On Investment). ROI sebelum pajak sebesar 30,683% dan ROI setelah pajak sebesar 21,478%.
3. POT (Pay Out Time). POT sebelum pajak 2,5 tahun dan sesudah pajak 3,1 tahun.
4. BEP (Break Even Point) sebesar 48,399%.
5. SDP (Shut Down Point) sebesar
28,469%.
6. DCF (Discounted Cash Flow) sebesar 27,63%.
Sehingga berdasarkan hasil dari analisi kelayakan ekonomi tersebut diperoleh kesimpulan bahwa pabrik nitrogliserin layak untuk didirikan dan perlu dikaji lebih lanjut.
DAFTAR PUSTAKA
Badan Pusat statistik, 2003, “Statistik Perdagangan Luar Negeri”.
Coulson, J.M. and Richardson, J.F., 1983, “Chemical Engineering”, Vol. 6, Pergamon Press, Oxford.
Kern, D.Q., 1950, “Process Heat Transfer”, McGraw -Hill International Book Company Inc., New York.
Kirk,R.E&Othmer,D.F., 1965, “Encyclopedia of
Chemical Technology”, Vol 10, 1st,
Interscience Encyclopedia, Inc., New York. Kirk,R.E&Othmer,D.F., 1965, “Encyclopedia of
Chemical Technology”, Vol 12, 2nd, Interscience Encyclopedia, Inc., New York. Kirk,R.E&Othmer,D.F., 1965, “Encyclopedia of
Chemical Technology”, Vol 17, 1st, Interscience Encyclopedia, Inc., New York.
Mc.Ketta, J.J., and Cunningham W.A.,
1977,“Encyclopedia of Chemical
Processingand Design”, vol.31, Marcel
Dekker, Inc., New York.
-100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Aries, R.S., dan Newton R.D.,1955, “Chemical Engineering Cost Estimation”, Mc.Graw Hill Book Company, New York.
Smith, J.M.,and Van Ness, C.H.,1978, “Introduction
to Chemical Engineering Thermodynamics”,
