NASKAH PUBLIKASI
PRARANCANGAN
PABRIK GIPSUM DENGAN PROSES DESULFURISASI
GAS BUANG PLTU KAPASITAS 2.500 TON/TAHUN
Oleh:
AJENG YULIANTI DWI LESTARI
D 500 090 002
Dosen Pembimbing:
1.
Ir. Haryanto Abdul Rofiq, MS
NIDN: 0005076302
2.
Kun Harismah, M.Si, Ph.D
NIDN: 0606016101
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH
Bismillahirahmanirohim
Yang bertandatangan di bawah ini, saya:
Nama : Ajeng Yulianti Dwi Lestari Nomor Induk Mahasiswa : D 500 090 002
Fakultas/Jurusan : Teknik/Teknik Kimia Jenis : Skripsi
Judul : Prarancangan Pabrik Gipsum dengan Proses Desulfurisasi Gas Buang Kapasitas 2.500 Ton/Tahun
Dengan ini menyatakan bahwa saya menyetujui untuk:
1. Memberikan hak bebas royalti kepada Perpustakaan UMS atas penulisan karya ilmiah saya demi pengembangan ilmu pengetahuan
2. Memberikan hak penyimpanan, mengalih mediakan, mengalih formatkan, menngelola dalam bentuk pangakalan data (database), mendistribusikan, serta menampilkannya dalam bentuk softcopy untuk kepentingan akademis kepada Perpustakaan UMS tanpa perlu meminta ijin kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis
3. Bersedia dan menjamin untuk menanggung secara pribadi tanpa melibatkan pihak Perpustakaan UMS dari semua bentuk tuntutan hukum yang timbul atas
pelanggaran hak cipta dalam karya ilmiah ini.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan semoga dapat digunakan sebagaimana mestinya.
Sukoharjo, 23 Juli 2013 Yang Menyatakan,
INTISARI
Pembangit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dalam melaksanakan proses produksinya, menggunakan batu bara sebagai sumber bahan bakar yang kemudian digunakan untuk memanaskan air yang diubah menjadi steam yang selanjutnya digunakan untuk menggerakkan turbin untuk menghasilkan listrik. Dalam proses pembakaran batu bara, PLTU akan menghasilkan sejumlah besar gas buang dimana terkandung gas beracun dan berbahaya jika langsung dibuang ke lingkungan. Oleh
sebab itu perlu adanya proses recovery gas buang (SO2) sebagai bahan baku proses
pembuatan gipsum yang selanjutnya akan diproses menjadi bahan aditif semen yang berfungsi sebagai bahan pencegah semen cepat mengeras dan sebagai bahan konstruksi lainnya.
Gipsum yang dibuat dengan proses desulfurisasi gas buang dengan memanfaatkan proses absorbsi gas SO2 ke dalam larutan Ca(OH)2 yang dihasilkan dari reaksi pelarutan batu gamping (CaO) dengan sejumlah air. Reaksi absorbsi yang juga disertai proses oksidasi dengan gas O2 terjadi di dalam menara absorber dengan kondisi operasi 50°C dan tekanan 1,1 atm. Larutan Ca(OH)2 diinjeksikan
lewatmenara bagian atas dan gas diinjeksikan dari menara absorber bagian bawah.
Untuk selanjutnya padatan gipsum yang dihasilkan di dalam menara absorber dimurnikan dengan rangkaian alat yaitu thickener dan filter untuk membuang impuritas yang ada. Akhir dari proses pembuatan gipsum adalah proses pengeringan cake dengan menggunakan rotary dryer. Lokasi pabrik direncanakan di dalam
kawasan PLTU Paiton Probolinggo, Jawa Timur di atas lahan seluas 170 m2. Pabrik
beroperasi selama 24 jam per hari dan 330 hari per tahun dengan okupasi tenaga kerja sebanyak 28 orang.
Pabrik direncanakan mulai dibangun pada tahun 2015. Modal tetap pabrik sebesar Rp 8.698.945.968,97 sedangkan modal kerjanya Rp 218.972.817,76. Biaya produksi total per tahun adalah sebesar Rp 1.677.305.908,38. Evaluasi ekonomi menunjukkan bahwa pabrik ini menguntungkan dan layak untuk dibangun.
1
A. PENDAHULUAN
Perkembangan pembangunan di Indonsia pada era globalisasi ini semakin
meningkat. Hal ini ditandai dengan adanya berbagai kegiatan pembangunan
terkhususnya pembangunan secara fisik. Pembangunan fisik meliputi kegiatan
pembangunan gedung-gedung bertingkat, jalan raya, pusat perbelanjaan, dll.
Adanya berbagai kegiatan pembangunan ini berpengaruh terhadap kebutuhan
semen sebagai salah satu material bangunan yang sering dan harus digunakan.
Peningkataan kebutuhan industri semen akan meningkatan pula kebutuhan
gypsum sebagai salah satu bahan pembantu dalam industry pembuatan semen
yaitu untuk memperlambat waktu pengerasan. Selain dimanfaatkan dalam industri
semen, gipsum juga dapat digunakan sebagai plaster dan yang paling umum
digunakan adalah sebagai papan dinding.
Kebutuhan gipsum di Indonesia dicukupi dengan produksi dalam negeri
maupun impor dari luar negeri. Produksi gipsum di Indonesia masih belum
mencukupi untuk memenuhi kebutuhan gipsum di Indonesia sehingga masih
diperlukan impor dari luar negeri. Untuk mengurangi kegiatan impor gipsum,
maka perlu didirikan industri gipsum di Indonesia. Dengan pendirian industry
gipsum diharapkan mampu mencukupi kebutuhan gipsum di Indonesia. Salah satu
proses yang digunakan dalam pembuatan gipsum adalah desulfurisasi gas buang
Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU).
PLTU dalam melaksanakan produksinya, menggunakan batu bara sebagai
sumber bahan bakar yang kemudian digunakan untuk mememanaskan air yang
diubah menjadi steam penggerak turbin listrik. Dalam proses pembakaran batu
bara, PLTU akan menghasilkan sejumlah besar gas buang dimana terkandung gas
beracun dan berbahaya jika langsung dibuang ke lingkungan. Oleh sebab itu perlu
adanya proses recovery gas buang (SO2) sebagai salah satu bentuk tanggung
2
B. PERANCANGAN KAPASITAS
Pabrik gipsum ini adalah pabrik yang memanfaatkan limbah dari proses
pembakaran batu bara di PLTU Paiton yang terletak di Kabupaten Probolinggo,
Provinsi Jawa Timur yang menghasilkan gas yaitu gas SO2 yang apabila dibuang
langsung ke lingkungan akan mengakibatkan efek kerusakan lingkungan seperti
efek rumah kaca dan pemanasan global. Untuk mengurangi dampak yang
ditimbulkan maka perlu adanya teknologi yang bias menginovasi agar gas buang
tersebut bias terproses menjadi produk yang bernilai jual. Oleh karena itu di pilih
proses desulfurisasi gas buang sebagai alternatif dalam memproduksi gipsum.
Dalam merancang suatu kapasitas suatu pabrik, ada dua metode analisis,
yaitu memperkirakan banyaknya kebutuhan akan produk di masa depan atau
menganalisis seberapa besar bahan baku yang tersedia untuk bisa diproduksi
dalam suatu pabrik tersebut. Sehubungan dengan metode-metode tersebut, metode
yang paling memungkinkan adalah dengan menganalisis seberapa banyak
kandungan bahan baku yang tersedia, mengingat pabrik ini sangat bergantung
pada jumlah kandungan SO2 yang ada di dalam gas buang.
PLTU Paiton menghasilkan gas buang sebesar 170,74 kg/jam yang terdiri
atas komposisi SO2 sebesar 6,9% sehingga diperoleh bahan baku sebesar
1,18 kg/jam. Maka dari itu pabrik gipsum ini dapat dibangun dengan kapasitas
25 ton per tahun. Dengan pemilihan kapasitas tersebut diharapkan dapat
mengurangi dampak emisi gas SO2 dan memenuhi kebutuhan gipsum di
Indonesia. Berdasarkan factor ketersediaan bahan baku, pemasaran, transportasi,
tenaga kerja, juga pnyediaan utilitas, maka lokasi pabrik ditetapkan di dalam
kawasan PLTU Paiton, Probolinggo, Jawa Timur. Sehingga dengan pertimbangan
tersebut maka diharapkan pabrik gipsum ini dapat beroperasi secara terus
3
C. PROSES PEMBUATAN GIPSUM DENGAN PROSES
DESULFURISASI GAS BUANG PLTU
Proses pembuatan gipsum dilakukan dengan proses desulfurisasi gas buang
PLTU. Batu Gamping (CaO) direaksikan dengan sejumlah air di dalam Mixer
sehingga akan terbentuk larutan Ca(OH)2. Gas SO2 yang dihasilkan dalam proses
pembakaran batu bara PLTU akan diinjeksikan ke dalam menara absorber pada
bagian bawah dan akan dikontakkan dengan larutan Ca(OH)2 yang disemprotkan
melalui bagian atas menara absorber. Pada sisi lain di bagian bawah menara juga
diinjeksikan sejumlah udara. Di dalam absorber akan terjadi reaksi kimia dan
mekanisme difusi gas SO2 masuk ke dalam larutan Ca(OH)2 dan akan membentuk
lumpur CaSO4. Reaksi ini berlangsung pada suhu 50°C dan tekanan 1,1 atm.
Lumpur yang terbentuk selanjutnya akan melalui proses pemurnian lagi di dalam
thickener dan filter. Akhir dari proses pembuatan gipsum adalah pembentukan
gipsum dihidrat (CaSO4.2H2O) melalui proses pemanasan pada rentang suhu
150-200°C (Fernandez, dkk, 1997).
D. TINJAUAN KINETIKA
Reaksi pembuatan gispum merupakan reaksi eksotermis orde 1 yang melalui
dua tahap. Persamaan konstanta reaksi ditentukan melalui perhitungan sebagai
4
= 26,6653 kmol/m3
Reaksi diatas merupakan reaksi orde 2 karena laju reaksi berbanding lurus
dengan konsentrasi dari zat pereaksi.
ra = k CA
t= 0,5 detik (Lesson 9, Flue Gas Desulfurization (Acid Gas Removal) Systems)
ln(1 0,95)
Sehingga persamaan kecepatan reaksi pembuatan gipsum adalah :
5
E. KEGUNAAN PRODUK
Adapun kegunaan gipsum antara lain sebagai:
a. Bahan pembantu pembuatan semen, yaitu sebagai bahan untuk
memperlambat pengerasan pada semen.
b. Pada bidang kedokteran dan farmasi, digunakan sebagai bahan plester.
c. Pada industri cat, digunakan sebagai bahan pengisi dan campuran cat
putih.
d. Pada industri keramik, digunakan sebagai bahan pengisi.
e. Pada industri leketronika, digunakan sebagai bahan pembuatan
komponen-komponen elektronika.
F. TINJAUAN PROSES SECARA UMUM
Pembuatan gipsum melalui proses desulfurisasi gas buang PLTU secara
umum yaitu terjadi melalui dua reaksi. Reaksi pertama yaitu reaksi antara batu
gamping (CaO) dengan sejumlah air membentuk larutan Ca(OH)2 kemudian
larutan Ca(OH)2 yang dihasilkan akan disempotkan dari bagian atas menara
absorber yang sebelumnya pada bagian bawah menara diinjeksikan gas buang
(SO2) dan udara dari sisi yang berbeda sehingga akan terjadi reaksi kimia dan
mekanisme difusi gas SO2 ke dalam larutan Ca(OH)2 sehingga terbentuk lumpur
CaSO4. Keseluruhan reaksi terjadi di dalam absorber yang berlangsung pada suhu
50°C dan tekanan 1,1 atm. Lumpur CaSO4 yang terbentuk selanjutnya dimurnikan
lagi di dalam thickener dan filter. Tahap akhir proses pembuatan gipsum adalah
proses pengeringan di dalam dryer untuk membentuk gipsum dihidrat,
CaSO4.2H2O
G. DIAGRAM ALIR
Diagram alir proses pembuatan gipsum dapat dilihat pada gambar 1 dan
6
H. SPESIFIKASI ALAT UTAMA PROSES
Berikut ini merupakan spesifikasi alat proses produksi gipsum.
1. Mixer
Kode : M-101
Fungsi : Melarutkan umpan batu gamping (CaO) sebesar 1,07 kg/jam dengan
air (H2O) sebesar 5.239,71 kg/jam
Tipe : Tangki Berpengaduk
Kondisi Operasi
Tekanan : 1 atm
Temperatur : 30˚C
Bahan : Carbon Steel
Dimensi Mixer
Tinggi mixer total: 4,8 ft
Diameter Shell : 2,09 m
Tinggi Shell : 1,09 m
Tebal Shell : 0,25 in
Head
Jenis : Flanged dhised head
Tebal Head : 0,25 in
Pengaduk
Jenis : Flat Blade Turbine Impeller dengan 6 Blade
Jumlah : 1
Kecepatan : 164,55 rpm
Diameter :0,36 m
Motor : 1 Hp
Baffle
Jumlah : 6 buah
Lebar : 0,03 m
7
2. Menara Absorber
Kode : D-101
Fungsi : Mereaksikan gas buang dengan kapasitas 170,74 kg/jam dengan
larutan batu gamping 5.239,71 kg/jam agar membentuk slurry
gipsum sebesar 5.266,14 kg/jam
Jumlah : 1
Kondisi Operasi
Tekanan : 1,1 atm
Temperatur : 50˚C Bahan : Stainless Steel
Dimensi Absorber
Tinggi packing : 6,10 m
Tinggi menara : 7,31 m
Diameter menara : 2,10 m
Jenis packing : Rascig Ring
Tebal shell : 0,25 in
Tebal head : 0,1875 in
Harga :US $ 54.767,4
3. Thickener
Kode : H-101
Fungsi : Mengendapkan padatan impuritas yang terkandung di dalam
slurry gipsum hasil absorbsi
Jumlah : 1
Kondisi Operasi
Tekanan : 1 atm
Temperatur : 50,27˚C
Bahan : Stainless Steel
Luas minumum : 70.286,41 m2
Kedalaman minimum : 3,05 m
8
4. Filter
Kode : H-201
Fungsi : Memisahkan padatan gipsum dari filtrat air
Jumlah : 1
Kondisi Operasi
Tekanan : 1 atm
Temperatur : 50,27˚C Bahan : Stainless Steel
Volume : 5,26 m3
Panjang : 8,5 m
Diameter : 17 m
Kecepatan putar : 0,37 rpm
Luas drum : 21,06 m2
Power motor : 0,0005 Hp
Harga : US $ 264.222,31
5. Dryer
Kode : B-101
Tugas : Menguapkan air dalam gipsum dari kadar air 30% menjadi 0,1%
Kapasitas bahan yang dikeringkan : 3,16 kg/jam
Tipe : Rotary Horizontal Co-Current
Temperatur bahan : - masuk = 50,27°C
- keluar = 154,50°C
Media pengering : udara
Temperatur udara : - masuk = 60,88°C
- keluar = 36,46°C
Kadar air bahan : - masuk = 30%
- keluar = 0,1%
9 Panjang dryer : 9,5 ft
Diameter dryer : 1,46 ft
Power motor : 0,2 Hp
Bahan : Stainless Steel
Jumlah : 1
Harga : US $ 21.285,97
I. ANALISIS EKONOMI
Pabrik gipsum ini memerlukan modal tetap Rp 8.698.945.968,97 per
tahun, modal kerja Rp 218.972.817,76 per tahun. Dari analisis ekonomi terhadap
pabrik, adapun hasilnya adalah:
Keuntungan sebelum pajak = Rp 3.822.694.091,62
Keuntungan setelah pajak = Rp 2.675.885.864,13
POS sebelum pajak = 36,85%
POS setelah pajak = 25,79%
POT sebelum pajak = 2,13 tahun
POT setelah pajak = 2,79 tahun
BEP = 16%
SDP = 6,58%
10
J. KESIMPULAN
Pabrik gipsum yang berkapasitas 25 ton/tahun merupakan pabrik beresiko
tinggi. Hal ini dikarenakan kapasitas pabrik yang minimum yang sangat
bergantung terhadap jumlah gas buang yang dikeluarkan oleh PLTU sehingga
menyebabkan biaya penjualan produk menjadi lebih rendah dibandingkan dengan
jumlah biaya yang harus dikeluarkan untuk biaya operasional pabrik sehingga
mengakibatkan pabrik mengalami kerugian. Oleh sebab itu pabrik gipsum dengan
proses desulfurisasi gas buang ini tidak layak untuk didirikan jika diorientasikan
untuk mendapat keuntungan, karena dasar merancang pabrik ini adalah sebagai
konsekuensi moral PLTU Paiton dalam rangka mengurangi emisi gas buang SO2
yang akan berdampak pada kerusakan lingkungan. Di sisi lain, dengan adanya
perancangan pabrik gipsum dengan proses desulfurisasi gas buang ini maka pihak
PLTU Paiton akan memperingan biaya pengeluaran yang dapat disanksikan
kepadanya terkait dengan pembuangan emisi gas berbahaya secara besar-besaran
ke lingkungan. Telah dirancang undang-undang oleh pihak legislatif terkait sanksi
yang akan disampaikan oleh industri yang terbukti berkontribusi dalam kerusakan
lingkungan. Pihak industri akan dikenakan sanksi sebesar 5% dari total biaya
produksi jika terbukti bersalah, dan biaya ini disebut dengan pajak hijau. Jika
dialokasikan ke dalam bentuk dana maka besar pajak hijau akan jauh lebih besar
nilainya daripada biaya pengadaan pabrik ini. Sehingga sebagai bentuk
tanggungjawab moral terhadap masyarakat maka pihak PLTU Paiton diminta
untuk tetap membangun pabrik ini agar emisi gas SO2 yang dilepas ke lingkungan
adalah jumlah minimal.
Karena kapasitas maksimal yang bisa didapatkan dari PLTU Paiton
hanyalah 25,94 ton/tahun dan ukuran alat proses standar cukup bisa mengokupasi
kapasitas yang lebih besar yaitu bisa mencapai 3.000 ton/tahun, maka dapat
ditingkatkan kapasitasnya menjadi 2.500 ton/tahun dengan menambah asupan gas
11 Dengan kapasitas yang baru, maka alat-alat proses dapat bekerja dengan
maksimal dan beroperasi sehingga dapat menghasilkan keuntungan. Adapun hasil
dari analisis ekonomi dari pabrik tersebut adalah:
Keuntungan sebelum pajak = Rp 3.822.694.091,62
Keuntungan setelah pajak = Rp 2.675.885.864,13
POS sebelum pajak = 36,85%
POS setelah pajak = 25,79%
POT sebelum pajak = 2,13 tahun
POT setelah pajak = 2,79 tahun
BEP = 16%
SDP = 6,58%
DCF = 24,27%
Dari analisis ekonomi di atas dapat disimpulkan bahwa pabrik ini
menguntungkan dan layak untuk didirikan baik dari sisi ekonomis dan dari sisi
12
DAFTAR PUSTAKA
Aries, R.S., and Newton, R.D, 1955, Chemical Engineering Cost Estimation, Mc.
Graw Hill Book Company, New York.
Badger, W.L., and Banchero, J.T. 1955, Introduction to Chemical Engineering,
McGraw Hill Book Company, Tokyo
Brown, G.G., 1950, Unit Operations, John Wiley and Sons, Inc., New York.
Brownell, L.E. and Young, E.H., 1979, Process Equipment Design, John Wiley
and Sons, Inc., New York.
Coulson, J.M. and Richardson, J.F., 1983, Chemical Engineering, Vol. 6,
Pergamon Press, Oxford.
Faith, W.L., Keyes, D.B., and Clark, R.L., 1957, Industrial Chemistry, John
Wiley and Sons, London.
Geankoplis, C.J. and J.F. Richardson, 1989, Design Transport Process and Unit
Operation, Pegamon Press Singapore
Irving S.N. and Richard J.L., 1987, Condensed Chemical Dictionary. 7thedition,
Van Nostrand Reinhold Company, New York
Kern, D.Q., 1950, Process Heat Transfer, Mc. Graw-Hill International Book
Company Inc., New York.
Kirk, R.E. and Othmer, D.F., 1952, Encyclopedia of Chemical Technology 3rd ed.
Vol. 9, The Inter Science Encyclopedia, Inc., New York.
Levenspiel, O., 1972, Chemical Reaction Engineering 2nd ed., John Wiley and
Sons, Inc., Toronto.
Mc.Ketta, J.J., and Cunningham W.A., 1977, Encyclopedia of Chemical
Processing and Design, vol.31, Marcel Dekker, Inc., New York.
Perry, R.H. and Green, D.W., 1997, Perry’s Chemical Engineers’ Handbook 7th
ed., Mc. Graw-Hill Book Company, New York.
Peters, M.S. and Timmerhaus, K.D., 2003, Plant Design and Economic for
Chemical Engineering 5th ed., Mc. Graw-Hill International Book Company
13
Ball Mill Mixer Absorber Thickener Filter
Arus 1
14
Ball Mill Mixer Absorber Thickener Filter
Arus 1
