PRARANCANGAN PABRIK MAGNESIUM SULFAT DARI MAGNESIUM OKSIDA DAN ASAM SULFAT
KAPASITAS 30.000 TON/TAHUN
Oleh: Etty Purnasafitri
D 500 100 035
Dosen Pembimbing: Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D
Dr. Kusmiyati
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA FAKULTAS TEKNIK
Jl. A. Yani Tromol Pos Pabelan I, Kartasura Telp. (0271) 717417 Fax. 715448 Surakarta 57102
Website: http://www.ums.ac.id E-mail: ums@ums.ac.id
Surat Persetujuan Artikel Publikasi Ilmiah
Yang bertanda tangan di bawah ini pembimbing skripsi/tugas akhir:
Pembimbing I : Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D
NIK : 892
Pembimbing II : Dr. Kusmiyati
NIK : 683
Telah membaca dan mencermati naskah artikel dan publikasi ilmiah, yang merupakan ringkasan skripsi/ tugas akhir dari mahasiswa:
Nama : Etty Purnasafitri
NIM : D 500 100 035
Program Studi : Teknik Kimia
Judul Skripsi : Prarancangan Pabrik Magnesium Sulfat dari Magnesium
Oksida dan Asam Sulfat Kapasitas 30.000 Ton/ Tahun
Naskah artikel tersebut, layak dan dapat disetujui untuk dipublikasikan. Demikian persetujuan ini dibuat, semoga dapat dipergunakan seperlunya.
Surakarta, Juni 2015
Pembimbing I
Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D NIK. 892
Pembimbing II
INTISARI
Dijaman kemajuan teknologi dalam berbagai bidang pembangunan yang berjalan pesat, diperlukan berbagai macam sarana prasarana untuk era persaingan bebas. Maka dari itu
didirikanlah pabrik magnesium sulfat ini. Bahan baku pabrik magnesium sulfat (MgSO4)
yaitu magnesium oksida (MgO) dan asam sulfat (MgSO4). Pabrik beroprasi selama 330
hari/tahun dan berkapasitas 30.000 ton/tahun. Proses produksi magnesium sulfat dengan
menguapkan kandungan airnya setelah terbentuknya slurry akibat tejadinya reaksi antara fase
cair dan padat di dalam reaktor kemudian dikristalkan dan produk yang terbentuk adalah
magnesium heptahidrat (MgSO4.7H2O) karena di dalam kristaliser terjadi pengikatan air
terhadap MgSO4. Produksi magnesium sulfat ini berjalan dengan kondisi T 70°C, P 1 atm
dan bereaksi di dalam reaktor batch pada kondisi isotermal, reaksi pembentukan berjalan
eksotermis dan irreversible. Pabrik ini membutuhkan magnesium oksida 649,733kg per jam
dan asam sulfat 1.610,146 kg/jam, maka akan menghasilkan produk MgSO4.7H2O 3.843,074
kg / jam. Dengan pertimbangan beberapa faktor, dari aspek tersedianya bahan baku, tansportasi (darat, laut dan udara), sumber daya manusia, utilitas dan pemasaran, maka pabrik
didirikan di Gresik Jawa Timur, dengan tanah seluas 31.790 m2. Jumlah karyawan 134 orang.
Utilitas pendukung proses mencakup penyediaan air yang berasal dari air sungai Brantas,
penyediaan saturated steam dari boiler yang berbahan bakar solar, kebutuhan listrik dari PLN
generator. Hasil analisis ekomomi pabrik mempunyai keuntungan sebelum pajak Rp 88.111.163.690,13 dan setelah dipotong pajak keuntungan menjadi Rp 66.083.372.767,597
Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak 21,49% setelah pajak 16,12%. Pay Out
Time (POT) sebelum pajak 3,18 tahun, sesudah pajak 3,83 tahun. Break Even Point (BEP)
senilai 45,54% Shut Down Point (SDP) senilai 20,20%. Dan Discounted Cash Flow (DCF)
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Berdirinya Pabrik
Berdirinya pabrik MgSO4 ini adalah
salah satu bentuk untuk menopang perekonomian bangsa dan sebagai tempat untuk menyalurkan keahlian sumber daya manusia di Indonesia.
Magnesium sulfat merupakan
senyawa kimia berbentuk kristal,
mengandung sulfur, magnesium dan oksigen. Magnesium sulfat dijumpai dalam
bentuk epsomite heptahydrate
(MgSO4.7H2O) atau garam inggris.
Magnesium sulfat heptahidrat banyak digunakan untuk bahan pembantu di industri plastik, tekstil, pupuk dan obat-obatan.
Magnesium oksida dan asam sulfat adalah bahan baku pembuat magnesium sulfat. PT. Petrokimia Gresik adalah tempat untuk menyuplai salah satu bahan baku yaitu asam sulfat. Dan magnesium oksida masih diimpor dari luar negeri. Proyeksi kebutuhan magnesium sulfat mengalami peningkatan yang sangat pesat pada tahun 2013, dan dapat diperkirakan
kebutuhan MgSO4 ini akan terus
meningkat. Berikut data impor MgSO4
(Badan Pusat Statistik Indonesia, 2014):
Tabel 1 Data Impor MgSO4
Tahun Import Magnesium Sulfat
2008 1865.746
2009 624.312
2010 1190.943
2011 816.089
2012 985.527
2013 3309.727
Gambar 1 Grafik Impor MgSO4 di
Indonesia
Dari data kebutuhan magnesium sulfat dan kapasitas minimum pabrik yang sudah berdiri, maka didirikanlah pabrik magnesium sulfat berkapasitas 30.000 ton/tahun untuk memenuhi kebutuhan
industri-industri yang membutuhkan
MgSO4 dan agar impor MgSO4 ini
berkurang.
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Macam-Macam Proses
Rangkaian proses produksi MgSO4
sangatlah sederhana, yaitu:
1. MgO + H2SO4 MgSO4 + H2O
Mereaksikan magnesium oksida
dengan asam sulfat. Reaksi
0 1000 2000 3000 4000
2006 2008 2010 2012 2014
pembentukan terjadi di raktor batch
dengan T = 70°C dan P = 1 atm, dan
terbentuklah slurry MgSO4 kemudian
di filter untuk menghilangkan pengotornya, kemudian diuapkan kandungan airnya atau dipekatkan dengan cara evaporasi dan terakhir
adalah pembentukan kristal
MgSO4.7H2O di kristaliser.
2. Menguraikan langbeinite
(K2SO4.2MgSO4) menjadi
MgSO4.6H2O. Proses berjalan dengan
air panas T 50-60°C selama 6 jam. Kemudian larutan yang terbentuk dikristalkan pada T 20-35°C.
Dari ke-2 proses tersebut, maka dipilihlah proses pertama, karena:
1. Bahan baku pembuat MgSO4 mudah
dicari dan harganya terjangkau.
2. Prosesnya berjalan lebih aman dan
sederhana, hingga bisa menekan biaya pengadaan alat dan pemeliharaannya mudah.
2.2 Kegunaan Produk
Magnesium sulfat berguna untuk:
1. Conditioning agent untuk industri
tekstil jenis wool dan cotton.
2. Di industri plastik dan karet
sebagai coagulant agent.
3. Sebagai campuran di industri
pupuk untuk makanan tambahan binatang.
4. Untuk campuran obat di industri
farmasi.
5. Sebagai bahan pembantu dalam
industri kertas.
DISKRIPSI PROSES 3.1 Tinjauan Termodinamika
Tinjauan termodinamika
dimaksudkan untuk mengetahui sifat
reaksi akan mengeluarkan
panas/membutuhkan panas
(eksotermis/endotermis) dan arah reaksi bolak-balik/searah
(reversible/irreversible).
Tabel 2 Harga ΔHf° dan ΔGf°
a. Panas reaksi standar (ΔHr°)
ΔHr° = ∑ ΔHf° produk - ∑ ΔHf° reaktan
ΔHr° = (ΔHf° MgSO4 + ΔHf° Air) –
(ΔHf° MgO + ΔHf° H2SO4)
ΔHr° = 304,94) + (-57,7979)] – [(-143,84) + (-193,69)]
ΔHr° = -24,9879 Kkal/mol
ΔHr° mempunyai nilai negatif jadi reaksi bersifat eksotermis.
b. K pada keadaan standar
∆Gfo = - RT ln K
Di mana:
Komponen ΔHf°,
Kkal/mol (25°C)
ΔGf°, Kkal/mol
(25°C)
MgO -143,84 -143,73
H2SO4 -193,69 -164,93
MgSO4 -304,94 -277,7
∆Gfo = energi Gibbs pada keadaan
standar (T=298 K, P= 1 atm), K kal/mol
∆Hro = panas reaksi, K kal/mol
K = konstanta kesetimbangan T = suhu standar = 298 K R = tetapan gas ideal
Sehingga ∆Gfo dari reaksi tersebut
adalah:
∆Gfo = ∆Gfo produk - ∆Gfo reaktan
= (∆Gf°MgSO4 + ∆Gf°Air) –
(∆Gf°MgO+ ∆Gf°H2SO4)
= 277,7) + (-56,6899)) – ((-143,73) + (-164,93))
= -25,7299 kkal/mol
lnK298=-∆Gf
o
RT =
25729,9 kkal/kmol
1,987k molk kal.K x 298K= 43,4534
K298 = 7,4401 x 1018
c. K pada T operasi= 70°C = 343 K
lnKK2
1=
-∆Hro
R 1
T2
-1
T1
dengan:
K1= konstanta kesetimbangan pada 298
K
K2= konstanta kesetimbangan suhu
operasi
T1= suhu standar (25oC = 298 K)
T2= suhu operasi (70oC = 343 K)
R= tetapan gas ideal=1,98 K kal/Kmol
∆Hro= panas reaksi standar pada 298 K
ln K2
7,4401 x 10 =
24987,9 Kkal/Kmol 1,987 Kkal/Kmol.K
1 343K
-1 298K
ln7,4401 x K2
10 = -5,5365
0,00394=7,4401 x K2
10
K2 = 2,93167 10
Harga K yang relatif besar, maka reaksi pembentukan akan berjalan
searah (irreversible).
3.2 Tinjauan Kinetika Reaksi
Reaksi MgO dan H2SO4 adalah
reaksi padatan yang mengandung cairan
dan akan membentuk slurry. Reaksi
pembentukan MgSO4 dari MgO dan
H2SO4 merupakan reaksi orde 2.
Reaksi:
MgO + H4SO4 MgSO4 + H2O
4,5 jam adalah waktu tinggal
pembentukan MgSO4. Dari waktu reaksi
dapat dipergunakan untuk menentukan tinjauan kinetika sesuai dengan konversi reaksi, sehingga dimensi reaktor yang meliputi volume, diameter dan tinggi akan terhitung. Dengan perbandingan mol
H2SO4 dan MgO= 1 : 1, konversi reaksi
95% dan k bernilai 0.5991.
3.3 Tahap Proses
Proses pembentukan MgSO4.7H2O
yang berbahan baku MgO dan H2SO4
dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu:
a. Persipan Bahan Baku.
H2SO4 pada T = 30°C dan P
= 1 atm disimpan dalam bentuk cair dan dipompakan (L-210) dari
tangki penyimpan H2SO4 (F-210)
dengan air, dan larutan keluar pada T = 70°C lalu diumpankan ke reaktor. MgO dengan T = 30°C dan P = 1 atm disimpan dalam bentuk padat. Sebelum dimasukkan ke dalam reaktor, MgO diangkut oleh
Belt conveyor (J-230) menuju ke
Bucket elevator (J-210) kemudian
ke Hopper (F-250) dan masuk ke
dalam Reaktor (R-110).
b. Pembentukan Produk.
Ditahap ini berfungsi untuk mereaksikan antara magnesium oksida dan asam sulfat di dalam
reactor batch. Reaksi di reaktor:
MgO+H2SO4 MgSO4 +
H2O
Proses ini menggunakan reaktor
batch tangki berpengaduk untuk
menjalankan proses reaksinya.
Sifat reaksi eksotermis atau
mengeluarkan panas, kondisi
operasi isothermal pada T = 70°C,
P = 1 atm dan konversi reaktor sebesar 95%. Reaktor dilengkapi dengan pendingin berupa koil pendingin untuk mempertahankan suhu agar tidak terjadi perubahan suhu di dalam reaktor. Produk
reaksi berupa MgSO4 berbentuk
slurry dan dialirkan menuju Rotary
Drum Filter (H-120) untuk
menghilangkan pengotornya.
c. Pemurnian Produk.
Tahap ini mempunyai tujuan untuk
memisahkan MgSO4 dari air dan
sisa reaktan lainnya sampai
diperoleh produk MgSO4 dalam
bentuk kristal yaitu MgSO4.7H2O.
Produk reaktor (R-110) dialirkan
ke Rotary Drum Filter (H-120)
bertujuan untuk memisahkan
impuritas dan filtrate. Produk filtrat
dipompakan menuju evaporator (V-120) untuk dipekatkan dengan cara menguapkan kadar airnya yang masih tinggi. Larutan jenuh yang keluar dari evaporator didinginkan dan dikristalkan di kristaliser (S-110). Selanjutnya kristal yang terbentuk dikeringkan
di Rotary Dryer (B-120). Produk
berupa kristal kering ditampung di
Bin MgSO4.7H2O (F-111). Lalu
produk kristal dipacking dan dijual
dipasaran.
SPESIFIKASI ALAT 4.1 Reaktor
Nama Alat : Reaktor
Kode : R-101
Fungsi : Mereaksikan
magnesium oksida dan asam sulfat menjadi magnesium sulfat
Tipe : Raktor Batch Tangki
Berpengaduk
Konstruksi 304
Jumlah : 8
Kondisi
Operasi : 70°C dan P 1 atm
Kapasitas : 2.123,121ft3
Tekanan
Desain : 16,314 psi
Dimensi :
Silinder : Diameter
Dalam : 3,004 m
Diameter
Luaar : 3,048 m
Tinggi : 6,007 m
Tebal : 0,88 in
Tutup :
Jenis : Torispherical
Dished Head
Tebal : 3/16 in
Tinggi : 0,588 m
Tinggi Reaktor Total
: 7,182 m
Pengaduk :
Jenis : six blade disk
Jumlah : 2 buah
Diameter : 1,001 m
Kecepatan : 79,524 rpm
Power : 26,17 Hp
Jaket
Pendingin :
Tebal : 0,250 in
Daimeter : 123 in
Tinggi : 6,656 m
4.2 Crystallizer
Nama Alat : Crystallizer
Kode : X-330
Fungsi : Mengkristalkan
magnesium sulfat dari larutannya yang
keluar dari evaporator
Tipe : Swenson Walker
Crystallizer
Bahan Konstruksi
: Stainless Steel type
304
Rate Volumetrik
: 3955.436 kg/jam
Kapasitas : 2.26374 ft3/menit
Panjang : 20 ft
Diameter : 1.5 ft
Luas Penampang
: 3 ft2
Power
Pengaduk
: 1 Hp
Jumlah : 1 buah
UTILITAS
Utilitas atau unit pendukung proses adalah sarana lain yang juga penting selain bahan baku yang menunjang kelangsungan suatu proses dalam proses produksi.
Utilitas MgSO4.7H2O mencakup unit
penyedia air (air proses, air pendinginan, air sanitasi, air boiler dan air untuk perkantoran dan perumahan), penyedia
steam, listrik dan penyedia bahan bakar.
MANAJEMEN PERUSAHAAN
perusahaan berstatus sw berkapasitas 30.000 ton per tahun.
Direktur Utama
Kasi. Teknik
Karyawan Direktur Teknik dan Produksi Direktur Keuangan & Umum
Kabag.
Teknik ProduksiKabag. PemasaranKabag. LogistikKabag. Kabag. Pelayanan
Umum
Kasi.
Utulitas LaboratoriumKasi. ProsesKasi. PemasaranKasi. PembelianKasi. LogistikKasi. KeuanganKasi Kasi. Pelayanan
Umum
Gambar 2 Struktur Organisasi Perusahaan
ANALISI EKONOMI
Pabrik magnesium sulfat
berkapasitas 30.000 ton / tahun telah
melakukan analisis ekonomi dan
didapatkan hasil keuntungan
88,111,163,690.13 sebelum pajak
dipotong pajak menjadi Rp.
66,083,372,767.597. Besarnya BEP
45,54% dan SDP 20.20%. Besarnya ROI sebelum pajak 21.49% dan setelah dipotong pajak jadi 16,12%.
adalah POT sebelum pajak dan
DAFTAR PUSTAKA
Adinda Fitri (2007). Prarancangan Pabrik
Kimia H2SO4 dari
H2SO4 Kapasitas 40.000
Ton/Tahun. Surakarta: Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
Aries, R., dan Newton, R. (1955).
Chemical Engineering Cost
perusahaan berstatus swasta yang berkapasitas 30.000 ton per tahun.
Umum Kabag. Administrasi dan Keuangan Kasi. Keuangan AdministrasiKasi.
Kabag. HRD
Kasi. Personalia
Direktur Litbang Tenaga Ahli
Gambar 2 Struktur Organisasi Perusahaan
ANALISI EKONOMI
magnesium sulfat yang berkapasitas 30.000 ton / tahun telah
melakukan analisis ekonomi dan
didapatkan hasil keuntungan Rp.
sebelum pajak dan
menjadi Rp.
. Besarnya BEP
%. Besarnya ROI % dan setelah %. 3,18 tahun POT sebelum pajak dan 3,83 tahun
sesudah pajak. Dan nilai DCF 36 analisis ini maka pabrik MgSO
berkapasitas 30.000 ton / tahun layak untuk dibangun, karena beresiko rendah dan menguntungkan.
Gambar 3 Grafik Analisis Ekonomi
KESIMPULAN
ROI sesudah pajak bernilai POT sesudah pajak senilai 3,83 45,54% adalah nilai
adalah nilai SDP, 36%
Dari data-data tersebut maka pabrik
MgSO4 yang berkapasitas 30.000 ton /
tahun mempunyai resiko yang rendah menguntungkan dan layak untuk dibangun.
DAFTAR PUSTAKA
Prarancangan Pabrik
dari MgO dan
Kapasitas 40.000
Surakarta: Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Aries, R., dan Newton, R. (1955).
Chemical Engineering Cost
Estimation. New York: McGraw
Hill Book Company. Austin, G. T. (1984).
Proses Industrial.
Mc.Graw Hill Book Company Inc. Badan Pusat Statistik. (2013).
Indonesia. Indonesia: www.bps.go.id.
0 50 100 150 200 250 300 350 400
0 10 20 30 40 50
Ru piah /Ta hun (x 10 9)
Tingkat Produksi Per Tahun (%)
BEP
SDP
pajak. Dan nilai DCF 36%. Dari
maka pabrik MgSO4 yang
berkapasitas 30.000 ton / tahun layak , karena beresiko rendah
Gambar 3 Grafik Analisis Ekonomi
KESIMPULAN
ROI sesudah pajak bernilai 16,12%, sesudah pajak senilai 3,83 tahun, adalah nilai BEP dan 20.20% adalah nilai DCF. data tersebut maka pabrik yang berkapasitas 30.000 ton / tahun mempunyai resiko yang rendah, dan layak untuk dibangun.
New York: McGraw Hill Book Company.
Austin, G. T. (1984). Shreve's Chemical
Proses Industrial. Singapore:
Mc.Graw Hill Book Company Inc.
Badan Pusat Statistik. (2013). Statistic
Indonesia: www.bps.go.id.
50 60 70 80 90 100
Tingkat Produksi Per Tahun (%)
Silla, H. (2003). Chemical Process
Engineering Design and
Economics. New York: Marcel
Dekker Inc.
Kirk, R. E., dan Othmer, D. F. (1997).
Encyclopedia of Chemical
Technology (4th ed.). New York:
The Interscience Encyclopedia Inc.
Levenspiel, O. (1999). Chemical Reaction
Engineering. New York: John
Willey and Sons Inc.
Mas'ud, M. (1989). Manajemen
Personalia. Jakarta: Erlangga.
Perry, R. H., dan Green, D. W. (1997).
Perry's Chemical Engineers (7th
ed.). USA: McGraw Hill
Companies Inc.
Peters, M., Timmerhause, K., dan West, R.
(2003). Plant Design and
Economics fof Chemical engineers.
New York: McGraw Hill.
Powell, S. T. (1965). Water Conditioning
for Industry. New York: McGraw
Hill Book Company Inc.
Rase, H. F. (1977). Chemical Reactor
Design and Process Plant. USA:
John Wiley and Sons Inc.
Smith, J. M., dan Van Ness, H. C. (1996).
Introduction Chemical Engineering
Thermodynamics (5th ed.). New
York: McGraw Hill Book Company Inc.
Smith, J. M. (1981). Chemical
Engineering Kinetics (3th ed.).
Singapore: McGraw Hill Book Company Inc.
Ulmann's. (1989). Encyclopedia Of
Industrial Chemistry. German:
McGraw Hill Book Company Inc.
Ulrich, G. D. (1954). A Guide to Chemical
Engineering Process Design and
Economics. Canada: John Wiley
and Sons.
Vilbrandt, F. C., dan Dryden, C. E. (1959).
Chemical Engineering Plant
Design. Tokyo: McGraw Hill
Kogakusha Company Limited. Widjaja, G., dan Yani, A. (2000).
Perseroan Terbatas. Jakarta: PT
Grafindo Raja Persada.
Yaws, C. L. (1999). Chemical Properties
Handbook. USA: McGraw Hill
Companies Inc.
Zamani, D. M. (1998). Manajemen.
