TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK MELAMIN DARI UREA DENGAN PROSES BASF KAPASITAS TON / TAHUN

(1)

i

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK MELAMIN DARI UREA

DENGAN PROSES BASF

KAPASITAS 30.000 TON / TAHUN

Oleh :

Anisa Ria Rizkiana (I0513007) Venisa Mega Puteri Anggraeni (I0513050)

PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

(2)

ii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena limpahan rahmat dan hidayah-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan Laporan Tugas Akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Melamin dari Urea dengan Proses BASF Kapasitas 30.000 Ton/Tahun”.

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Kedua orang tua dan keluarga tercinta atas doa, dukungan moril dan materiil

yang senantiasa diberikan.

2. Dr. Margono, S.T, M.T. selaku Kepala Program Studi S1 Teknik Kimia.

3. Dr. Sperisa Distantina, S.T., M.T. dan Anatta Wahyu Budiman, S.T., Ph.D. selaku dosen pembimbing atas bimbingan dan arahannya dalam penyelesaian tugas akhir ini.

4. Ir. Paryanto, M.S. dan Ir. Arif Jumari, M.Sc. selaku dosen penguji dalam ujian pendadaran tugas akhir atas bimbingan dan arahannya.

5. Inayati, S.T., M.T., Ph.D dan Dr. Sperisa Distantina, S.T., M.T. selaku Pembimbing Akademik.

6. Seluruh dosen, laboran, dan administrasi Jurusan Teknik Kimia atas ilmu, arahan, dan bantuannya selama ini.

7. Teman–teman Teknik Kimia UNS, khususnya angkatan 2013 untuk dukungan serta tempat untuk bertukar pikiran

8. Seluruh pihak yang telah membantu, yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.

Surakarta, Agustus 2017

(3)

iii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

LEMBAR KONSULTASI ... iii

KATA PENGANTAR ... v

DAFTAR ISI ... i

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR GAMBAR ... ix

INTISARI ... x

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik ... 1

1.2. Kapasitas Rancangan ... 1

1.3. Penentuan Lokasi Pabrik ... 4

1.4. Tinjauan Pustaka ... 5

Macam-Macam Proses ... 6

1.4.1.1. Proses Tekanan Rendah dengan Menggunakan Katalis. ... 7

1.4.1.2. Proses Tekanan Tinggi Tanpa Menggunakan Katalis ... 9

Kegunaan Produk ... 10

Sifat fisis dan kimia bahan baku dan produk ... 11

Tinjauan Proses ... 14

BAB II DESKRIPSI PROSES ... 16

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk... 16

2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku... 16

2.1.2. Spesifikasi Katalis ... 16 2.1.3. Spesifikasi Produk ... 17 2.2. Konsep Proses ... 17 2.2.1. Mekanisme Reaksi ... 17 2.2.2. Kondisi Operasi ... 20 2.2.3. Tinjauan Termodinamika ... 20 2.2.4. Tinjauan Kinetika ... 22

2.3. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ... 22

2.3.1. Diagram Alir Kualitatif ... 23

(4)

iv

2.3.3. Diagram Alir Proses ... 25

2.3.4. Tahapan Proses... 26

2.3.4.1. Tahap Persiapan Bahan Baku ... 26

2.3.4.2. Tahap Reaksi... 26

2.3.4.3. Tahap Pemurnian Produk... 27

2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas ... 27

2.4.1. Neraca Massa ... 27

2.4.2. Neraca Panas ... 31

2.5. Tata Letak Peralatan Proses dan Pabrik ... 34

2.5.1. Tata Letak Peralatan Proses ... 34

2.5.2. Tata Letak Pabrik ... 37

BAB III SPESIFIKASI ALAT ... 40

3.1. Silo ... 40 3.2. Belt Conveyor ... 41 3.3. Screw Conveyor ... 41 3.4. Bucket Elevator ... 42 3.5. Melter ... 42 3.6. Tangki ... 43 3.7. Reaktor ... 43 3.8. Desublimer ... 44 3.9. Cyclone ... 45 3.10. Scrubber ... 45 3.11. Furnace ... 46 3.12. Compressor ... 47 3.13. Pompa ... 47 3.14. Cooler (HE-01) ... 47 3.15. Cooler (HE-02) ... 49

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ... 50

4.1. Unit Pendukung Proses ... 50

4.1.1. Unit Pengadaan Air ... 50

4.1.1.1. Macam kebutuhan air... 52

4.1.1.1.1. Air Pendingin ... 52

4.1.1.1.2. Air Konsumsi Umum dan Sanitasi ... 52

(5)

v

4.1.1.2. Pengolahan Air ... 53

4.1.1.3. Kebutuhan Air... 55

4.1.2. Unit Pengadaan Udara Tekan... 56

4.1.3. Unit Pengadaan Listrik ... 57

4.1.3.1. Listrik Untuk Keperluan Proses dan Utilitas ... 58

4.1.3.2. Listrik Untuk Penerangan ... 59

4.1.3.3. Listrik Untuk AC ... 60

4.1.3.4. Listrik Untuk Laboratorium dan Instrumentasi ... 61

4.1.4. Unit Pengadaan Bahan Bakar... 61

4.2. Laboratorium ... 62

4.2.1. Laboratorium Fisik ... 63

4.2.2. Laboratorium Analitik ... 63

4.3. Unit Pengolahan Limbah ... 64

4.4. Safety Induction ... 65

4.5. Keselamatan dan Kesehatan Kerja ... 66

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ... 67

5.1. Bentuk Perusahaan ... 67

5.2. Struktur Organisasi ... 67

5.2.1. Dewan Direksi ... 69

5.2.2. Kepala Bagian ... 70

5.3. Pembagian Jam Kerja Karyawan... 74

5.3.1. Karyawan non shift / harian ... 74

5.3.2. Karyawan Shift ... 75

5.4. Status Karyawan dan Sistem Upah ... 76

5.5. Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji ... 77

5.5.1. Penggolongan Jabatan ... 77

5.5.2. Jumlah Karyawan dan Gaji ... 77

5.6. Kesejahteraan Sosial Karyawan ... 79

BAB VI ANALISA EKONOMI ... 80

6.1. Penaksiran Harga Peralatan ... 80

6.2. Dasar Perhitungan ... 82

6.3. Penentuan Total Capital Investment (TCI) ... 82

6.4. Hasil Perhitungan ... 83

(6)

vi

6.4.2. Fixed Capital Invesment (FCI)... 85

6.4.3. Working Capital Investment (WCI) ... 86

6.4.4. Total Capital Investment (TCI) ... 86

6.4.5. Direct Manufacturing Cost (DMC) ... 86

6.4.6. Indirect Manufacturing Cost (IMC) ... 87

6.4.7. Fixed Manufacturing Cost (FMC) ... 87

6.4.8. Total Manufacturing Cost (TMC) ... 87

6.4.9. General Expense (GE) ... 88

6.4.10. Total Production Cost (TPC) ... 88

(7)

vii

DAFTAR TABEL

Tabel 1-1 Kebutuhan Melamin Indonesia Tahun 2010-2015 ... 2

Tabel 1-2 Perkembangan Produksi dan Ekspor Urea Indonesia 2010-2015... 3

Tabel 1-3 Kapasitas Produksi Perusahaan Melamin di Dunia ... 4

Tabel 1-4 Prosentase Penggunaan Melamin di Beberapa Negara ... 11

Tabel 2-1 Harga ∆H°f Masing-masing Komponen ... 20

Tabel 2-2 Harga ∆G°f Masing-masing Komponen ... 21

Tabel 2-3 Neraca Massa di Sekitar Melter ... 28

Tabel 2-4 Neraca Massa di Sekitar Tangki ... 28

Tabel 2-5 Neraca Massa di Sekitar Reaktor ... 28

Tabel 2--6 Neraca Massa di Sekitar Desublimer ... 29

Tabel 2-7 Neraca Massa di Sekitar Siklon ... 29

Tabel 2-8 Neraca Massa di Sekitar Purging ... 29

Tabel 2-9 Neraca Massa di Sekitar Scrubber ... 30

Tabel 2-10 Neraca Massa di Sekitar Arus Percabangan 1 ... 30

Tabel 2-13 Neraca Massa Total ... 31

Tabel 2-14 Neraca Panas di Sekitar Melter... 31

Tabel 2-15 Neraca Panas di Sekitar Tangki ... 32

Tabel 2-16 Neraca Panas di Sekitar Scrubber... 32

Tabel 2-17 Neraca Panas di Sekitar Reaktor... 33

Tabel 2-18 Neraca Panas di Sekitar Desublimer... 33

Tabel 2-19 Neraca Panas di Sekitar Furnace ... 34

Tabel 4-1 Kebutuhan Air Pendingin ... 55

Tabel 5-1 Perincian Jumlah Karyawan Proses ... 71

Tabel 5-2 Perincian Jumlah Karyawan Utilitas ... 72

Tabel 5-3 Jadwal Pembagian Kelompok Shift ... 75

Tabel 5-4 Jadwal Pembagian Kelompok Shift (Lanjutan) ... 75

(8)

viii

Tabel 5-6 Jumlah Karyawan Non Shift Menurut Jabatan ... 77

Tabel 5-7 Jumlah Karyawan Shift Menurut Jabatan ... 78

Tabel 5-8 Perincian Golongan dan Gaji Karyawan ... 79

Tabel 6-1 Indeks Harga Alat ... 80

Tabel 6-2 Harga Alat-Alat Proses ... 83

Tabel 6-3 Harga Alat-alat Utilitas ... 84

Tabel 6-4 Fixed Capital Investment ... 85

Tabel 6-5 Working Capital Investment ... 86

Tabel 6-6 Direct Manufacturing Cost ... 86

Tabel 6-7 Indirect Manufacturing Cost ... 87

Tabel 6-8 Fixed Manufacturing Cost ... 87

Tabel 6-9 General Expense ... 88

Tabel 6-10 Fixed Manufacturing, Regulated, dan Variable Cost ... 90

(9)

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Grafik Hubungan Tahun dengan Jumlah Impor Melamin ... 2

Gambar 1.2 Lokasi Pabrik ... 4

Gambar 1.3 Struktur Molekul Melamin ... 6

Gambar 2. 1 Diagram Alir Kualitatif ... 23

Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif ... 24

Gambar 2.3 Diagaram Alir Proses ... 25

Gambar 2.4 Lay out Peralatan Proses ... 36

Gambar 2.5 Lay out Pabrik ... 39

Gambar 4.1 Pengolahan Air Pabrik Melamin ... 51

Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik ... 69

Gambar 6.1 Grafik Linierisasi Indeks Harga ... 81

(10)

x

INTISARI

Anisa Ria Rizkiana dan Venisa Mega Puteri Anggraeni, 2017, Prarancangan Pabrik Melamin dari Urea dengan Proses BASF Kapasitas 30.000 Ton/Tahun, Program Studi Sarjana Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.

Pabrik Melamin dirancang dengan kapasitas 30.000 ton/tahun. Bahan baku yang dibutuhkan adalah urea dengan kemurnian 99,5% sebesar 87.310 ton/tahun. Produk melamin yang dihasilkan sebesar 30.000 ton/tahun dan produk samping berupa gas NH3 dan CO2 sebesar 55.686 ton/tahun serta limbah air sebesar 436

ton/tahun. Direncanakan pabrik ini akan didirikan di kawasan Cikampek, Jawa Barat pada tahun 2018, dan beroperasi pada tahun 2019.

Pembuatan melamin dari urea menggunakan proses Badische Anilin and

Soda Fabrik (BASF). Melamin dibuat dengan cara lelehan urea dimasukkan ke

dalam fluidized bed reactor pada suhu 147oC dan tekanan 2 atm kemudian dipanaskan hingga suhu 380oC dengan kondisi non-adiabatic non-isothermal dengan katalis alumina. Reaksi pembentukan melamin bersifat endotermis, sehingga untuk menaikkan suhu hingga 380o_{C dialirkan molten salt di dalam koil}

pemanas. Konversi urea total sebesar 95%, dengan komposisi keluaran reaktor yaitu 10% mol melamin, 58% mol NH3, 29% mol CO2, dan 3% mol urea yang tidak

bereaksi. Produk reaktor didinginkan secara bertahap hingga mencapai suhu 323˚C, lalu didesublimasi sampai suhu 200˚C sehingga melamin menjadi padatan kemudian didinginkan hingga 190˚C. Sisa gas dan padatan dipisahkan menggunakan siklon dan diperoleh melamin prill dengan kemurnian 100%.

Unit pendukung proses terdiri atas unit pengadaan air sebesar 60.034 ton/tahun, unit pengadaan udara tekan (P = 4 bar dan T = 452,79 K) sebesar 33,4 m3/jam, unit pengadaan listrik dengan kebutuhan daya sebesar 14.008 kW/hari yang dipenuhi oleh PLN dan cadangan generator dengan bahan bakar IDO sebanyak 64,72 L/jam, dan unit pengadaan bahan bakar furnace berupa batu bara sebanyak 9.072 ton/tahun. Pabrik juga dilengkapi laboratorium untuk menjaga mutu dan kualitas produk agar sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan.

Bentuk perusahaan yang dipilih adalah Perseroan Terbatas (PT), dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari 72 orang karyawan shift dan 57 orang karyawan

non-shift.

Harga jual melamin adalah US$ 1,04/kg dan harga gas NH3 dan CO2

adalah US$ 0,17/kg. Hasil analisa ekonomi diperoleh Percent Return of Investment (ROI) sebelum pajak 42,14%, setelah pajak 31,61%, Pay Out Time (POT) sebelum pajak 1,99 tahun, setelah pajak 2,52 tahun, Discounted Cash Flow (DCF) 18,16%,

Break Event Point (BEP) 43,19%, dan Shut Down Point (SDP) 29,70%. Dari hasil

analisa teknik dan ekonomi tersebut, dapat disimpulkan bahwa pabrik melamin dengan kapasitas 30.000 ton/tahun layak didirikan.