BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan negara yang kaya akan sumber daya alam yang melimpah, salah satunya adalah tanaman tebu. Tanaman tebu merupakan tanaman penghasil gula, yang banyak dimanfaatkan untuk menghasilkan gula di Indonesia.
Pada tahun 2020, tercatat ada sekitar 2,13 juta metrik ton tebu diproduksi di Indonesia (Aliyah,dkk., 2022). Tanaman tebu dapat diolah menjadi berbagai jenis gula seperti gula pasir, yang terdiri dari gula kristal putih, gula kristal mentah, dan gula kristal rafinasi (Aushaf, dkk., 2018).
Selama 10 tahun terakhir konsumsi gula di Indonesia meningkat 53.33%
(Syafrida, dkk., 2020). Dengan meningkatnya konsumsi gula di Indonesia, maka meningkat pula produksi gula di Indonesia. Hal ini mengakibatkan meningkatnya kebutuhan akan tanaman tebu untuk produksi gula, dimana tebu yang digiling pada proses pembuatan gula menghasilkan 90% limbah berupa ampas tebu (Hermiati, dkk., 2010).
Hampir di setiap pabrik gula di Indonesia menggunakan ampas tebu sebagai bahan bakar boiler sebanyak 50% dan 50% lainnya ditimbun sebagai buangan yang memiliki nilai ekonomis yang rendah. Penimbunan ampas tebu terlalu lama juga dapat menimbulkan dampak yang kurang bagus terhadap pabrik, mengingat ampas tebu ini mudah terbakar, mengotori lingkungan sekitar dan menyita lahan yang luas untuk penyimpanannya (Chaerul, 2017). Ampas tebu mengandung selulosa 40%, hemiselulosa 29%, lignin 13%, dan silika 2% (Azizah, dkk., 2022).
Kandungan selulosa yang tinggi pada ampas tebu dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku dalam pembuatan nitroselulosa.
Nitroselulosa merupakan salah satu produk turunan dari selulosa yang memiliki banyak kegunaan diantaranya adalah dapat dimanfaatkan sebagai bahan dasar plastik, lacquer (bahan pelapis), film, bahan dasar semen, bahan baku propelan (peledak) dan smokless powder (Kusmartono, dkk., 2020). Beberapa keunggulan dari penggunaan nitroselulosa sebagai bahan pendorong antara lain
pasaran, serta menggunakan teknologi pembuatan yang juga sederhana (Khalid, dkk., 2020).
Salah satu komponen utama dalam pembuatan nitroselulosa selain campuran asam nitrat adalah selulosa, yang dapat diperoleh dari biomassa seperti tanaman lidah mertua (Farhanudin, dan Bambang, 2020), bamboo bema (Seta, dkk., 2019), daun nanas (Setiadi,dkk., 2020), pelepah sawit (Saragih,dkk., 2020), dan ampas tebu (Ester, 2023). Ampas tebu merupakan salah satu biomassa yang mudah didapat dan ketersediaannya berlimpah di Indonesia. Berikut adalah data mengenai produksi tanaman tebu di Indonesia dan luas areal perkebunan tebu di Indonesia selama 5 tahun terakhir :
Tabel 1.1 Data Luas Areal Perkebunan Dan Jumlah Produksi Tebu Di Indonesia
Tahun Jumlah Produksi Tebu (Ton)
Luas Areal Perkebunan Tebu (Ha)
2019 2.227.051 413.054
2020 2.123.405 418.996
2021 2.348.331 449.008
2022 2.402.648 449.008
2023 2.234.241 489.338
Sumber (BPS, 2023).
Dari Tabel 1.1 diatas, dapat dilihat bahwa rata-rata jumlah tebu yang diproduksi selama 5 tahun terakhir adalah 2,27 juta metrik ton. Dimana, diperkirakan ampas tebu yang dihasilkan dari total produksi tebu tersebut adalah sebesar 2,04 juta metrik ton, dengan limbah ampas tebu yang ditimbun sebesar 1 juta metrik ton. Jumlah ampas yang ditimbun sebesar 1 juta metrik ton tersebut, dapat dimanfaatkan atau diolah menjadi pulp selulosa untuk dimanfaatkaan sebagai bahan baku pembuatan nitroselulosa. Dimana, ampas tebu yang mengandung selulosa terlebih dahulu dilakukan proses delignifikasi dan bleaching, yang bertujuan untuk menghilangkan lignin pada ampas tebu dan memaksimalkan kadar selulosa yang ada dalam ampas tebu.
Pembuatan nitroselulosa dengan proses nitrasi dilakukan dengan mencampurkan selulosa dengan campuran asam (Kusmartono, dkk., 2020).
Campuran asam yang telah digunakan dalam banyak industri berupa campuran antara HNO3 dan H2SO4 (Patent US2950278), campuran HNO3 dan Mg(NO3)2 (Patent US714143), dan campuran HNO3 dan H3PO4 (Patent US2649441).
Diantara ketiga campuran, campuran asam nitrat dengan asam sulfat merupakan campuran asam yang dipilih dalam dunia industri karena memiliki beberapa keunggulan dibanding campuran asam yang lain, karena campuran asam nitrat dengan asam sulfat membuat reaksi yang terjadi berlangsung dengan cepat sehingga dapat menghemat energi dan bahan baku. Perbandingan campuran asam nitrat dengan asam sulfat yang digunakan (1:2:2) (Ullmans, 2012).
Saat ini kebutuhan akan nitroselulosa di Indonesia masih diimpor dari berbagai negara seperti China, Singapura, dan Amerika, karena produksi nitroselulosa di Indonesia masih belum cukup untuk memenuhi kebutuhan konsumsi dalam negeri. Adapun data kebutuhan impor dan ekspor nitroselulosa dapat dilihat pada Tabel 1.2.
Tabel 1.2 Data Impor dan Ekspor Nitroselulosa Tahun Impor Nitroselulosa
(Ton/Tahun) Tahun Ekspor Nitroselulosa (Ton/Tahun)
2019 4.170,070 2019 983,717
2020 2.326,627 2020 703,637
2021 2.376,519 2021 693,723
2022 1.670,702 2022 2.210,948
2023 907,338 2023 1.741,464
Sumber : BPS (2023).
Dari Tabel 1.2 diatas dapat dilihat bahwa kebutuhan impor dan ekspor nitroselulosa dari tahun ketahun cenderung tidak stabil dan berfluktuasi. Namun, diperkirakan kebutuhan nitroselulosa di Indonesia akan terus meningkat jika ditinjau dari banyaknya industri yang berbahan baku nitroselulosa di Indonesia.
Berdasarkan penjelasan diatas, perlu didirian pabrik nitroselulosa di Indonesia
industri di Indonesia dan dapat menaikkan nilai ekonomi Indonesia. Bahan baku nitroselulosa yaitu selulosa, dapat diproduksi dengan bahan yang mudah didapat dan biaya yang lebih murah untuk menghasilkan produk nitroselulosa dengan nilai ekonomis yang lebih baik. Pabrik nitroselulosa ini diharapkan juga akan memenuhi kebutuhan impor dan ekspor nitroselulosa dalam negeri pada 4 tahun yang akan datang yaitu tahun 2028. Oleh karena itu, perlu dilakukan perhitungan mengenai perkiraan kebutuhan nitroselulosa di Indonesia pada tahun 2028.
Untuk memperoleh perkiraan kebutuhan impor dan ekspor nitroselulosa di Indonesia, dapat dihitung melalui penentuan kapasitas produksi. Penentuan kapasitas produksi bertujuan untuk mengetahui kebutuhan bahan baku serta kebutuhan lainnya pada proses pembuatan pabrik nitroselulosa. Penentuan kapasitas produksi ini dapat ditentukan dari nilai ekspor dan impor nitroselulosa di Indonesia. Dari data-data tersebut kita dapat menghitung berapa perkiraan kebutuhan nitroselulosa di Indonesia dan dapat menentukan kapasitas produksi,
dimana kapasitas produksi dapat dihitung menggunakan persamaan : (1.1)
Tabel 1.3 Jumlah Perkiraan Kebutuhan Impor dan Ekspor Nitroselulosa
Tahun
Impor Nitroselulosa
(Ton/Tahun)
Pertumbuhan
(i) Tahun
Ekspor Nitroselulosa
(Ton/Tahun)
Pertumbuhan (i)
2019 4.170,070 - 2019 983,717 -
2020 2.326,627 -0,4421 2020 703,637 -0,2847 2021 2.376,519 -0,4301 2021 693,723 -0,2948 2022 1.670,702 -0,5994 2022 2.210,948 1,2475 2023 907,338 -0,7824 2023 1.741,464 0,7703
Rata-rata -0,4508 Rata-rata 0,2877
Sumber : BPS (2023).
Dari persamaan diatas, kita dapat menghitung jumlah kapasitas produksi pada pabrik pembuatan nitroselulosa yang akan didirikan dengan menggunakan data yang sudah tertera pada Badan Pusat Statistik (BPS) selama 5 tahun terakhir :
Jika pabrik akan didirikan pada tahun 2028, maka nilai n dihitung mulai dari tahun 2023, sehingga apabila mengikuti rumus (1.1). Maka kebutuhan impor nitroselulosa adalah :
F = P(1+i)n (Ardiansyah dan Ade, 2021).
F = 907,338(1-0,4508)5
F = 45,3386
Untuk nilai kebutuhan ekspor nitroselulosa paad tahun 2028 adalah : F = P(1+i)n
F = 1741,474(1+0,2877)5 F = 6164,9126 Ton/tahun
Jika dilihat dari perhitungan perkiraan kebutuhan nitroselulosa pada tahun 2028, dapat kita ambil sebagai acuan dalam menentukan kapasitas produksi pada pabrik pembuatan nitroselulosa yaitu sebesar 6.500 ton/tahun.
1.2 Rumusan Masalah
Nitroselulosa adalah salah satu bahan yang memiliki banyak kegunaan seperti dapat dimanfaatkan sebagai bahan dasar plastik, lacquer (bahan pelapis), film, bahan dasar semen, bahan baku propelan (peledak) dan smokless powder.
Salah satu bahan baku dalam pembuatan nitroselulosa adalah ampas tebu, dimana ampas tebu ini terdapat berlimpah di Indonesia. Sehingga, perlunya didirikan pabrik pembuatan nitroselulosa di Indonesia agar dapat mengurangi jumlah ampas tebu yang berasal dari pabrik gula, serta agar dapat memenuhi kebutuhan impor dan ekspor nitroselulosa di Indonesia.
1.3 Tujuan Rancangan
Tujuan pembuatan prarancangan pabrik nitroselulosa ini adalah untuk menerapkan disiplin ilmu teknik kimia meliputi neraca massa, neraca energi, rancangan proses, rancangan produk, ekonomi teknik, utilitas, dan bagian ilmu teknik kimia lainnya, serta memberikan gambaran kelayakan prarancangan pabrik pembuatan nitroselulosa ini.
1.4 Manfaat Rancangan
Manfaat pra rancangan pabrik nitroselulosa adalah memberikan gambaran kelayakan dari segi rancangan dan ekonomi pabrik untuk dikembangkan di Indonesia. Gambaran ini akan digunakan sebagai patokan untuk pengambilan keputusan terhadap pendirian pabrik tersebut. Selain itu, diharapkan prarancangan pabrik ini dapat menjadi langkah pengolahan limbah biomassa kulit jagung sehingga memiliki nilai ekonomi.
1.5 Lingkup Rancangan
Dalam perancangan pra rancangan pabrik pembuatan nitroselulosa dari selulosa ampas tebu dan asam nitrat kapasitas produk 6.500 ton/tahun menggunakan proses, yaitu :
1. Proses pembentukan pulp dari ampas tebu menjadi selulosa meliputi proses delignifikasi dan bleaching
2. Proses nitrasi selulosa dengan asam nitrat menghasilkan nitroselulosa 3. Proses stabilisasi dan netralisasi produk nitroselulosa
Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam merancang unit pra rancangan pabrik pembuatan nitroselulosa dari selulosa ampas tebu dan asam nitrat menggunakan proses nitrasi antara lain :
1. Penentuan diagram alir
2. Perhitungan neraca massa dan energi
3. Penentuan spesifikasi dan pabrikasi peralatan 4. Penentuan instrumen dan keselamatan kerja 5. Perancangan unit utilitas
6. Penentuan lokasi dan tata letak pabrik
7. Penentuan organisasi dan manajemen perusahaan 8. Perhitungan analisis ekonomi
