1 NASKAH PUBLIKASI
PRARANCANGAN PABRIK
NITROGLISERIN DARI ASAM NITRAT DAN GLISERIN DENGAN PROSES BIAZZI
KAPASITAS 30.000 TON PER TAHUN
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Kesarjanaan Strata 1 Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oleh : Tika Andriani D 500 100 039
Dosen pembimbing : 1. Emi Erawati, ST., MEng 2. Rois Fathoni, ST., MSc., PhD
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
3 ABSTRACT
Nitroglycerin is a chemical explosive in dynamite makers asplasticizer and multi-phase propelant and also as a remedy forthe relief of angina pectoris attacks in medical science. Nitroglycerin-making process takes place in an isothermal manner Biazzi using CSTR reactor (Continuous Stirred Tank Reactor) conditions at 1 atm pressure and temperature 15oC. The reaction is exothermic, so as to keep the temperature constant reactor equipped with a cooling coil.
Nitroglycerin is a chemical produced from the nitration process between glycerin and a mixture of nitric acid and sulfuric acid as a dehydrating agent. Plants operating with a capacity of 30,000 tons / year requires as much glycerin 1542.1096 kg / h, total nitric acid 4202.9191 kg / h, and sulfuric acid as 5431.4648 kg / h. 20.000M3 have a factory covering employees 257 people operating 24 hours for 330 days. Nitroglycerin plant needs water is as much 3844.4523 kg / h and needs as much electricity as 380.0485 kg / h.
From the economic analysis done on this factory with a fixed capital and working capital of Rp387,446,652,250.73 and Rp133,041,739,274.43. From the economic analysis of these plants showed a profit before tax of Rp93,346,006,480.17 per year after tax profits 30% to Rp65,342,204,536.12 per year.Return On Investment (ROI )before taxes 24,093% and 16,865% after tax. Pay Out Time (POT) is2.933 years before tax and after tax 3,722 years. Break Even Point (BEP) of 45,118% and Shut Down Point (SDP) of 16.438%. From the data summarized above step, the feasibility, the plant is profitable and feasible set.
4 PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pertumbuhan industri petrokimia di Indonesia semakin berkembang, perkembangan industri petrokimia selain akan memberi nilai tambah pada migas sebagai bahan bakunya juga akan mendorong beragamnya produk yang dihasilkan. Salah satu industri yang mempunyai kegunaan penting adalah nitrogliserin.
Nitrogliserin merupakan senyawa kimia yang mempunyai prospek besar untuk berkembang secara komersial. Nitrogliserin termasuk bahan peledak di dalam dinamit dan propelan jenis
double base dan triple base.
Nitrogliserin juga digunakan dalam bidang pertambangan dan bidang farmasi, baik sebagai bahan baku ataupun bahan pembantu. Nitrogliserin digunakan sebagai obat untuk meredakan rasa sakit dan mengurangi frekuensi serangan angina pektoris.
Kebutuhan nitrogliserin di Indonesia diperkirakan akan terus meningkat dengan berkembangnya industri – industri yang berbahan baku
nitrogliserin di Indonesia. Selain itu nitrogliserin belum diproduksi dalam negeri sehingga untuk mencukupi kebutuhan di dalam negeri masih harus mengimpor. Keuntungan pendirian pabrik nitrogliserin antara lain, dapat memenuhi kebutuhan nitrogliserin dalam negeri sehingga mengurangi impor dalam negeri yang diharapkan dapat menambah devisa negara dan dapat mendukung perkembangan industri-industri di Indonesia.
1.2. Kapasitas Rancangan Produksi Berdasarkan data impor yang diperoleh dari Biro Pusat Statistik kebutuhan nitrogliserin dari tahun 2006-2011 dapat dilihat pada tabel 1. Tabel 1. Data Impor Nitrogliserin di
5 Berdasarkan pertimbangan di atas,
maka dalam perancangan pabrik nitrogliserin ini dipilih kapasitas perancangan sebesar 30.000 ton/tahun. 1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik
Pemilihan lokasi pabrik sangat penting dalam perancangan pabrik karena hal ini dapat mempengaruhi kedudukan pabrik dalam persaingan maupun kelangsungan hidup pabrik tersebut. Pemilihan lokasi pabrik yang tepat dapat memberikan keuntungan maksimal.
Berdasarkan faktor sumber bahan baku, letak pasar, sarana transportasi, tenaga kerja, utilitas dan kebijakan pemerintah, lokasi pendirian pabrik nitrogliserin di Cikarang, Bekasi, Jawa Barat.
TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Proses Pembuatan Nitrogliserin
Nitrogliserin dibuat dengan mereaksikan gliserin dengan asam nitrat. Reaksi ini merupakan reaksi nitrasi, dimana fase campuran di dalam reactor berbentuk fase emulsi. Reaksi yang terjadi adalah:
Asam sulfat sebagai dehydrating agent ini mencegah asam nitrat membentuk hydrogen dan ion nitrat. Asam sulfat bereaksi dengan asam nitrat membentuk ion nitronium yang sangat penting dalam suatu reaksi nitrasi.
HNO3 + H2SO4 + 2e- SO4-2 + H3O+ + NO2- Ada beberapa macam proses pembuatan nitrogliserin, diantaranya:
1. Biazzi Continous Process
2. Schmid-Meissner Continous
Process
3. Nitro nobel injector proses
Berdasarkan pertimbangan faktor keamanan dan konversi, dipilih proses biazzi dalam perancangan pabrik ini. Dalam proses biazzi nitrogliserin yang terakumulasi dalam suatu sistem sedikit terakumulasi sehingga lebih aman, mengingat sifat dasar nitrogliserin yang mudah meledak, selain itu dalam proses ini reaksi berlangsung pada suhu rendah (15oC) dan konversi pembentukannya mencapai 99,43%.
2.2. Dasar Reaksi
6 antara gliserin dan asam nitrat yang
merupakan reaksi nitrasi, dimana fase campuran di dalam reaktor berbentuk fase emulsi seperti terlihat pada reaksi dibawah ini:
dehydrating agent sehingga hanya asam nitrat yang bereaksi. Reaksi nitrasi antara gliserin dan asam nitrat merupakan fase cair-cair bersifat eksotermis, berlangsung pada suhu operasi 15oC, tekanan sebesar 1 atm dengan konversi 99,43%. Perbandingan mol reaktan antara gliserin dan asam adalah 1 : 4. Campuran asam terdiri dari asam nitrat dan asam sulfat dengan perbandingan 52% : 48%.
(Kai, 2008) 2.3. Tinjauan Thermodinamika
Reaksi pembuatan nitrogliserin: C3H5(OH)3+ 3HNO3
Data-data ∫CpdT tiap komponen (Toperasi = 15oC) :
7 reaksi eksotermis, artinya pada reaksi
pembentukan nitrogliserin dibutuhkan sejumlah pendingin tertentu, sehingga reaktor memerlukan pendingin.
2.4. Diagram Alir Proses
Secara umum proses produksi nitrogliserin terdiri dari tiga langkah proses yaitu:
1. Persipan bahan baku
Bahan baku yang terdiri dari asam nitrat dan gliserin serta bahan pembantu katalis asam sulfat. Asam nitrat dan asam sulfat masing-masing ditempatkan dalam tangki bahan baku (T-01) dan (T-02), sedangkan gliserin ditempatkan dalam tangki bahan baku (T-03) dengan kapasitas untuk memenuhi kebutuhan proses selama tujuh hari.
2. Proses reaksi
Asam nitrat dari tangki bahan baku (T-01) dicampurkan dengan asam sulfat dari tangki bahan baku (T-02) di dalam Mixer-1(M-01). Asam campuran dari M-01 didinginkan dengan Cooler-1 (HE-01) hingga suhu 15oC dan dipompa menuju reaktor untuk direaksikan dengan gliserin dari tangki bahan baku (T-03) yang terlebih
dahulu didinginkan dengan Cooler-2 (HE-02) hingga suhu 15oC. Dari reaksi tersebut dihasilkan konversi sebesar 99,43%. Pada reaksi ini timbul panas reaksi, untuk mempertahankan reaksi tetap pada 15oC maka kelebihan panas ini didinginkan dengan medium pendingin freon dengan suhu 5oC.
Nitrogliserin hasil reaksi, gliserin sisa dan asam sisa keluar secara
overflow dari reaktor menuju heater 1
(HE-03) untuk dipanaskan hingga suhu 30oC, dan kemudian menuju dekanter 1 (D-01). Di dalam dekanter 1 (D-01) nirogliserin dipisahkan dari sisa asam berdasarkan perbedaan densitas. Sisa asam selanjutnya dipompa ke unit pengolahan lanjut, sedangkan nitrogliserin masuk ke dalam
netralizer (N-01) untuk dinetralkan dengan natrium karbonat. Larutan penetral menetralkan sisa asam yang terdapat dalam larutan nitrogliserin, selanjutnya dialirkan ke tangki pencuci (TP-01) untuk melarutkan garam-garam hasil netralisasi.
3. Proses Pemisahan
8 dicuci dengan air. Selanjutnya
nitrogliserin dan garam-garam hasil netralisasi dipisahkan pada dekanter 2 (D-02) berdasarkan perbedaan densitas. Garam-garam hasil netralisasi keluar menuju Unit Pengolahan Limbah (UPL), sedangkan larutan nitrogliserin 99% dipompa menuju tangki produk (T-04) untuk disimpan sebagai produk.
SPESIFIKASI ALAT 3.1. Alat Proses
Reaktor Kode : R-01
Tugas : Mereaksikan asam nitrat 4.202,9192 kg/jam dan gliserin 1.542,1096 kg/jam menghasilkan nitrogliserin dan air dengan katalis asam Dimensi Reaktor
Tinggi shell : 1,4206 m
Bahan konstruksi : Stainless steel type 304(SA 167)
Jumlah : 1 buah Harga : $ 461.145,23 Pengaduk
Jenis : Turbin dengan 6
9 Tugas : Mencampur asam nitrat
6.004,1703 kg/jam dengan asam sulfat 5.542,3110 kg/jam sebelum direaksikan dengan gliserin di dalam reaktor type 304(SA 167)
Pengaduk
Jenis : Turbin 6 blade disk standar Jumlah baffle : 6 buah Jumlah pengaduk : 2 Diameter impeller : 0,6095m Panjang impeller : 0,1219 m Lebar baffle : 0,1828 m Putaran pengaduk : 130,7340 rpm
Power motor : 15 Hp sebanyak 10,6870 kg/jam dalam nitrogliserin 3.757,1930 kg/jam
Tipe : Tangki berpengaduk. Kondisi Operasi
Diameter impeller : 0,4247m Panjang impeller : 0,0855 m Lebar baffle : 0,1282 m
10 Bahan konstruksi : Stainless steel
type 304 (SA167)
Jumlah : 1 buah
Harga : $ 407.857,34
Luas perpindahan panas
Ao : 31,6644 m2
Tugas : Melarutkan garam-garam hasil netralisasi 4.265,9870 kg/jam Tipe : Tangki berpengaduk. Kondisi Operasi
Diameter impeller : 0,4425 m Panjang impeller : 0,0885 m Lebar baffle : 0,1328 m
Power motor : 7,50 Hp
Jumlah : 1 buah
Bahan konstruksi : Stainless steel type 304 (SA 167) anorganik 13.088,5909 kg/jam
Tipe : Continuous Gravity Decanter Silinder Vertical
Kondisi Operasi Suhu : 300C Tekanan : 1 atm
11 Tinggi shell : 1,1567 m
Tinggi head : 0,4012 m Tinggi dekanter : 1,5579 m Tebal shell : 3/16 in Tebal head : 3/16 in Jumlah : 1 buah Harga : $ 50.739,38
MANAJEMEN PERUSAHAAN
4.1. Bentuk Perusahaan
Pabrik nitrogliserin yang akan didirikan direncanakan mempunyai: Bentuk : Perseroan Terbatas (PT) Lapangan usaha : Industri Nitrogliserin Lokasi perusahaan : Bekasi, Jawa Barat, Indonesia
Alasan dipilihnya bentuk perusaan dengan perseroan terbatas didasarkan pada beberapa faktor, sebagai berikut: 1. Tanggung jawab yang terbatas dari
para pemegang saham terhadap hutang-hutang perusahaan.
2. Kontinyuitas perusahaan sebagai badan hukum lebih terjamin, tidak tergantung pada beberapa peserta, pemilik dapat berganti-ganti.
3. Mudah untuk memindahkan hak milik dengan menjual saham kepada pihak lain.
4. Mudah memperoleh tambahan modal, dengan mengeluarkan saham baru.
5. Manajemen dan spesialisasinya memungkinkan pengelolaan modal yang efisien.
Ciri-ciri perseroan terbatas (PT) yaitu perseroan terbatas didirikan dengan akta notaris berdasarkan kitab undang-undang hukum dagang. Besarnya modal ditentukan dalam akta pendirian dan terdiri dari saham-saham. Pemiliknya adalah para pemegang saham serta yang memilih suatu direksi yang memimpin jalannya perusahaan. Pembinaan personalia sepenuhnya diserahkan kepada direksi tersebut dengan memperhatikan hukum-hukum perburuhan.
ANALISIS EKONOMI
12
Kapasitas Produksi per Tahun (%)
Sa
Kapasitas Produksi per Tahun (%)
Sa Ra
Fa
Perhitungan Analisis Ekonomi
Total cost =
Manufacturing cost + General expenses
= Rp 687.736.993.519,83
Keuntungan :
Return on investment (ROI)
Salah satu cara yang paling umum untuk menganalisis keuntungan dari suatu pabrik baru adalah percent return on investment yaitu kecepatan tahunan dimana keuntungan-keuntungan akan mengembalikan investasi (modal).
ROI sebelum pajak : 24,093 % ROI sesudah pajak : 16,865 % Pay Out Time (POT)
13 Break Even Point (BEP)
Break even point merupakan titik batas suatu pabrik dapat dikatakan tidak untung tidak rugi
100% Shut Down Point (SDP)
Shut down point adalah suatu titik
Discounted Cash Flow (DCF)
Analisis kelayakan ekonomi dengan menggunakan “Discounted Cash Flow” merupakan perkiraan
keuntungan yang diperoleh setiap tahun didasarkan pada jumlah investasi yang tidak kembali pada setiap tahun selama umur ekonomi. Rated of return based on discounted cash flow adalah laju bunga maksimal di mana suatu pabik atau proyek dapat membayar pinjaman beserta bunganya kepada bank selama umur pabrik.
(FC +WC) (1+i)n – (SV+ WC) =
14 Tabel2. Analisa Kelayakan Ekonomi
No Analisis Kelayakan Kriteria Hasil Perhitungan
1 Laba sebelum pajak Rp 93.346.006.480,17
Laba sesudah pajak Rp 65.342.204.536,12
2 ROI sebelum pajak Minimum 11% 24,093%
ROI sesudah pajak 16,865%
3 POT sebelum pajak Maksimum 5 tahun 2,933 tahun
POT sesudah pajak 3,722 tahun
4 BEP (40-60)%
Resiko sedang 45,118%
5 SDP 16,438%
6 DCF 1,5 - 2 kali bunga bank 22,12%
DAFTAR PUSTAKA
Badan Pusat Statistik. (2006). Retrieved februari 19, 2014, from www.bps.go.id: http://www.bps.go.id/impor 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.
Holman, J. P., 1988, Perpindahan Kalor, alih bahasa Jasifi E., edisi ke-6, Erlangga, Jakarta. Kai, T. L. (2008). The kinetic
parameters and safe operating
cinditions of nitroglycerine manufacture in the CSTR of Biazzi process. Process Safety and Enviromental Protection Science Direct 86 , 37-47. 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 17, 1st. New
York: Interscience
Encyclopedia, Inc.
Mc.Ketta, J. J., & Cunningham, W. A. (1977). Encyclopedia of
Chemichal Processing and
