Siti Mira Qomariah I 1507044

commit to user

i

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK FURFURAL DARI SEKAM PADI

DENGAN PROSES QUAKER OATS

KAPASITAS 3.000 TON/TAHUN

Oleh :

Siti Mira Qomariah

I 1507044

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2012

commit to user

iii

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur kepada Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridho-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul ”Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan Proses Quaker Oats Kapasitas 3.000 Ton/Tahun”.

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Enny Kriswiyanti A., S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Non-reguler

2. Ir. Endah Retno D., M.T. selaku Dosen Pembimbing I dan Dr. Sunu Herwi

Pranolo selaku Dosen Pembimbing II, atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir serta Ketua Program Studi Non-reguler.

3. Kedua Orangtua dan keluarga atas dukungan doa, materi dan semangat yang

senantiasa diberikan tanpa kenal lelah.

4. Teman - teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS khususnya angkatan 2007

Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.

Surakarta, Juni 2012

commit to user

iv

DAFTAR ISI

Halaman Judul ... i

Lembar Pengesahan ... ii

Kata Pengantar ... iii

Daftar Isi ... . iv

Daftar Tabel ... vii

Daftar Gambar ... . ix

Intisari ... . x

BAB I PENDAHULUAN... . 1

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik ... . 1

1.2 Kapasitas Perancangan ... . 2

1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik ... . 4

1.4 Tinjauan Pustaka ... . 7

1.4.1 Macam-macam Proses ... . 7

1.4.2 Kegunaan Produk ... . 9

1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk ... . 10

1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum ... . 14

BAB II DESKRIPSI PROSES ... . 15

2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ... . 15

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku ... . 15

2.1.2 Spesifikasi Bahan Pembantu ... . 15

2.1.3 Spesifikasi Produk ... . 17

2.2 Konsep Dasar Proses ... . 17

2.2.1 Dasar Reaksi ... . 17

2.2.2 Pemakaian Katalis ... . 17

2.2.3 Mekanisme Reaksi ... . 18

commit to user

v

2.2.5 Kondisi Operasi ... . 19

2.2.6 Tinjauan Termodinamika dan Kinetika ... . 19

2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ... . 23

2.3.1 Diagram Alir Proses... . 23

2.3.2 Langkah – langkah Proses ... . 26

2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas ... . 29

2.4.1 Neraca Massa ... . 29

2.4.2 Neraca Panas ... . 34

2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses ... . 36

2.5.1 Lay Out Pabrik ... . 36

2.5.2 Lay Out Peralatan Proses ... . 39

BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES ... . 42

3.1 Reaktor 01 ... . 43

3.2 Reaktor 02 ... . 44

3.3 Menara Distilasi ... . 45

3.4 Filter ... . 46

3.5 Condenser... . 47

3.6 Reboiler ... . 47

3.7 Akumulator ... . 48

3.8 Belt conveyor ... . 49

3.9 Decanter ... . 50

3.10 Tangki ... . 50

3.11 Mixer ... . 52

3.12 Heat Exchanger ... . 53

3.13 Pompa ... . 55

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ... . 60

4.1 Unit Pendukung Proses ... 60

4.1.1 Unit Penyediaan dan Pengolahan Air ... 60

commit to user

vi

4.1.1.2 Air Umpan Boiler... 63

4.1.1.3 Air Konsumsi Umum dan Sanitasi... 66

4.1.2 Unit Pengadaan Steam ... 67

4.1.3 Unit Pengadaan Listrik ... 68

4.1.4 Unit Penyediaan Bahan Bakar ... 69

4.1.5 Unit Pengadaan Udara Tekan ... 69

4.1.6 Unit Pengolahan Limbah ... 70

4.2 Laboratorium ... 71

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ... . 73

5.1 Bentuk Perusahaan ... . 73

5.2 Struktur Organisasi ... . 73

5.3 Tugas dan Wewenang ... . 75

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 76

5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah ... 78

5.6 Kesejahteraan Sosial Karyawan ... 79

BAB IV ANALISA EKONOMI ... 81

6.1 Penafsiran Harga Alat ... 83

6.2 Penentuan Total Capital Investment (TCI) ... 84

6.3 Biaya Produksi Total (Total Poduction Cost) ... 85 Daftar Pustaka

commit to user

vii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Kapasitas Produksi Industri Furfural yang telah Berdiri ... 2

Tabel 1.2 Macam-macam Proses Pembuatan Furfural... 9

Tabel 2.1 Neraca Massa Mixer (M-01) ... 29

Tabel 2.2 Neraca Massa Reaktor (R-01) ... 29

Tabel 2.3 Neraca Massa Filter (F-01) ... 30

Tabel 2.4 Neraca Massa Reaktor (R-02) ... 30

Tabel 2.5 Neraca Massa Decanter (Dc-01) ... 31

Tabel 2.6 Neraca Massa Mixer (M-02) ... 31

Tabel 2.7 Neraca Massa Decanter (Dc-02) ... 31

Tabel 2.8 Neraca Massa Menara Distilasi (MD-01) ... 32

Tabel 2.9 Neraca Massa Recycle ... 32

Tabel 2.10 Neraca Massa Total ... 33

Tabel 2.11 Neraca Panas pada Mixer (M-01) ... 34

Tabel 2.12 Neraca Panas pada Reaktor (R-01A) ... 34

Tabel 2.13 Neraca Panas pada Reaktor (R-01B) ... 34

Tabel 2.14 Neraca Panas pada Filter (F-01)... 34

Tabel 2.15 Neraca Panas pada Reaktor (R-02) ... 35

Tabel 2.16 Neraca Panas pada Decanter (Dc-01) ... 35

Tabel 2.17 Neraca Panas pada Mixer (M-02) ... 35

Tabel 2.18 Neraca Panas pada Decanter (Dc-02) ... 35

Tabel 2.19 Neraca Panas pada Menara Distilasi (MD-01) ... 35

Tabel 3.1 Spesifikasi Pengaduk dan pemanas pada Reaktor ... 43

Tabel 3.2 Spesifikasi Alat Proses Dekanter... 50

Tabel 3.3 Spesifikasi Alat Proses Tangki ... 50

Tabel 3.4 Spesifikasi Mixer ... 52

commit to user

viii

Tabel 3.6 Spesifikasi Heat Exchanger Double Pipe ... 54

Tabel 3.7 Spesifikasi Pompa Proses... 55

Tabel 4.1 Kebutuhan Air Proses ... 62

Tabel 4.2 Kebutuhan Air Pendingin... 63

Tabel 4.3 Kebutuhan Air Boiler ... 66

Tabel 4.4 Kebutuhan Air Konsumsi dan Sanitasi ... 66

Tabel 4.5 Kebutuhan Total Air Sungai ... 67

Tabel 4.6 Spesifikasi Cooling Tower ... 67

Tabel 4.7 Spesifikasi Boiler ... 68

Tabel 4.8 Kebutuhan Energi Listrik ... 68

Tabel 4.9 Spesifikasi Genarator ... 69

Tabel 4.10 Spesifikasi Kompresor ... 70

Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift ... 77

Tabel 5.2 Perincian Kualifikasi, Jumlah dan Gaji Karyawan ... 78

Tabel 6.1 Fixed Manufacturing Cost (FCI) ... 85

Tabel 6.2 Working Capital Investment (WCI) ... 86

Tabel 6.3 Direct Manufacturing Cost ... 86

Tabel 6.4 Indirect Manufacturing Cost ... 86

Tabel 6.5 Fixed Manufacturing Cost ... 87

Tabel 6.6 General Expense ... 87

commit to user

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Rumus Bangun furfural ... 1

Gambar 1.2 Grafik Impor Furfural di Indonesia ... 4

Gambar 1.3 Gambar Pemilihan Lokasi Pabrik Furfural ... 6

Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif ... 24

Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif ... 25

Gambar 2.3 Layout Pabrik ... 38

Gambar 2.4 Layout Peralatan Proses ... 41

Gambar 4.1 Skema Pengolahan Air Sungai ... 65

Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Furfural ... 75

Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index ... 84

commit to user

x

INTISARI

Siti Mira Qomariah, 2012, Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan Proses Quaker Oats, Kapasitas 3.000 Ton/Tahun, Program studi S1 Non Reguler, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Furfural adalah senyawa organik yang kurang larut dalam air namun larut dalam alkohol, eter, dan benzena. Furfural banyak digunakan dalam industri kimia seperti bahan pembentuk resin dan pelarut dalam industri pemurnian minyak pelumas. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, maka dirancang pabrik furfural dengan kapasitas 3.000 ton/tahun dengan bahan baku sekam padi 30.100.000 ton/tahun dan toluena 15 ton/tahun. Lokasi pabrik yang dipilih adalah di kawasan industri Cilacap, Jawa Tengah.

Proses pembuatan furfural dari sekam padi ada tiga tahapan yaitu: pertama, tahap penyiapan bahan baku. Air dan asam sulfat dimasukkan ke dalam mixer agar bercampur secara homogen. Sekam padi dari gudang diangkut dengan belt conveyor menuju crusher kemudian diayak dengan screen. Kedua, tahap reaksi hidrolisa menggunakan asam sulfat 98% sebagai katalis. Reaksi pembentukan yang terjadi di dalam reaktor RATB pada suhu 70°C dan tekanan 1,013 bar adalah pentosan (C5H8O4) yang ada didalam sekam padi

ditambah air akan menjadi pentosa (C5H10O5) dengan katalis asam sulfat. Tahap reaksi

dehidrolisa, reaksi yang terjadi didalam reaktor RAP pada suhu 230°C dan tekanan 68,901 bar adalah pentosa (C5H10O5) akan terurai menjadi furfural (C5H4O2) dan air dengan katalis

asam sulfat. Ketiga, tahap pemurnian hasil. Furfural yang masih bercampur dengan air dan pentosa akan ditambah dengan toluena sebagai solvent di dalam mixer dan dipisahkan di dekanter yang kemudian dimurnikan di menara distilasi untuk mendapatkan produk furfural 99,5%.

Unit pendukung proses pabrik meliputi unit pengadaan, air proses 23.800 kg/jam,air pendingin sebanyak 38.800 kg/jam, unit pengadaan air konsumsi umum dan sanitasi sebanyak 10.150 kg/jam, unit pengadaan steam sebanyak 9.700 kg/jam, udara tekan sebanyak 120 m3/jam, tenaga listrik sebesar 550 kW, bahan bakar solar sebanyak 170 L/jam. Pabrik juga didukung laboratorium yang mengontrol mutu bahan baku dan produk.

Perusahaan berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift.

Hasil analisis ekonomi terhadap prarancangan pabrik asam furfural diperoleh modal tetap sebesar Rp. 107.177.155.430 dan modal kerjanya sebesar Rp. 30.720.400.538. Biaya produksi total per tahun sebesar Rp. 119.090.637.327. Hasil analisis kelayakan menunjukkan ROI sebelum pajak 27,26% dan setelah pajak 20,44%, POT sebelum pajak 2,84 tahun dan setelah pajak 3,52 tahun, BEP 54,08%, SDP 26,07% dan DCF sebesar 23,16%. Berdasar analisis ekonomi dapat disimpulkan bahwa pendirian pabrik furfural dengan kapasitas 3.000 ton/tahun layak dipertimbangkan untuk direalisasikan pembangunannya.

commit to user

xi

commit to user r FilrD _{. ,rr,;Yr f r4.,fl-} a D DErLIrrErq _{f !ri!r_rliL-lalllaa!} uI

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABP.IK FURFI TRAI DARI

SEI(AM PADI DENGAIT PROST'S _QUAKER OATS

KAPASITAS 3.{!OO TSN/TAHTIN

^l^L.

Siii ll'lira Ooinarialr r 1 <n"lAA A L !_tl.t !1_t.1.+

!- E-,{^h Darnn n',^#--+: l\,'!-NrP. 196907 t9 200403 2 00r

,,a

,-t

n

?,,t

T

/

z-* :^- _ttlY rt_{| |} D^.*tr.:-.l.;i- _{I VlttlrrtttlrlltE} r_I

ff'2"'-I 001

Dipei"l-a-hanka-n di ,-icpan iim pengi,ji :

!.

YC. Danartr:. S.T.. l\{.T. NrP. 19730827 200012 1 001

2. Ir. P-usdiansjah. It{.Si

NrP. 19480420 198601 1 001

a

Non Reguler

commit to user

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik

Furfural merupakan senyawa organik yang yang mempunyai rumus molekul

C5H4O2, dan dikenal sebagai furfuraldehid atau furfural, 2-furankarboksaldehid,

biasanya disebut furfural atau furol. Furfural merupakan senyawa yang kurang larut dalam air namun larut dalam alkohol, eter, dan benzena. Senyawa ini berfase cair berwarna kuning hingga kecoklatan dengan titik didih 161,7°C.

Gambar 1.1 Rumus bangun furfural

Bahan utama pembuatan furfural adalah pentosan yang biasanya terdapat pada bahan yang mengandung serat. Pentosan banyak terdapat pada limbah pertanian seperti: tongkol jagung, sekam padi, ampas tebu, dan serbuk gergaji. Sekam padi merupakan salah satu limbah pertanian yang mengandung pentosan. Bahan baku sekam padi mudah diperoleh di Indonesia, mengingat Indonesia merupakan negara agraris dengan produk pertanian yang melimpah. Industri furfural dapat meningkatkan pendapatan petani karena memberi nilai tambah bagi hasil samping pengolahan pertanian.

commit to user

2 Pemerintah RI selalu berupaya untuk menciptakan kondisi yang mendukung pertumbuhan industri, khususnya industri kimia. Pembangunan industri kimia furfural ditekankan untuk memenuhui kebutuhan dalam negeri, pemanfaatan sumber daya alam yang ada, menciptakan lapangan kerja, mendorong perkembangan industri lain seperti industri cat dan plastik, serta ekspor ke negara lain.

Di dalam negeri, furfural mempunyai kegunaan yang cukup luas di beberapa industri. Kegunaan furfural antara lain sebagai pelarut (solvent) dalam industri minyak bumi. Senyawa turunan furfural seperti 2-metilfuran (sylvan) sebagai bahan pembantu industri resin,cat, pernis, plastik, serat sintesis, serta Furan sebagai bahan pembantu pada industri farmasi dan herbisida.(www.furan.com/furfural)

1.2.Kapasitas Perancangan

Penentuan kapasitas perancangan pabrik ini berdasarkan beberapa pertimbangan yaitu kebutuhan produk, ketersediaan bahan baku, dan segi ekonomi.

Adapun pabrik-pabrik furfural yang telah berdiri:

Tabel 1.1 Kapasitas produksi industri Furfural yang telah berdiri

No. Negara Perusahaan Kapasitas

(Ton/tahun)

1. Argentina Indunor S.A

E.C. Welbers

3.000 1.500

2. Brazil Agroquimica Rafard SA 4.000-6.000

3. Dominican Central Romana Co. 3.500

commit to user

3

5. USA Great Lakes Chem-Co 4.500

6. Austria Lenzig Aktiengesellse

haft

10.000

7. Spain Furfural Espanol SA 4.500

8. Hungary Pet Nitrogen Work 2.000

9. Poland Polimex Cekop 5.000

10. Slovenia State owned complex 1.500

11. Kenya Kenya furfural Ltd. 5.000

12. South - Africa Smithchem Ltd. 17.000

13. China - 50.000

www.chem-is-try.org Berdasarkan data dari Biro Statistik harga furfural di pasar internasional pada tahun 2006 adalah US $ 610.655/kg. Pada tahun 2007 harga meningkat menjadi US $ 744.734/kg dan pada tahun 2008 meningkat menjadi US $ 1.291.973/kg. Pada tahun 2009 mengalami penurunan sebesar 25% menjadi US $ 968.292/kg. Lalu pada tahun 2010 mengalami peningkatan sebesar 28,6% menjadi US $ 1.356.633/kg.

Dari data di atas dapat kita lihat bahwa harga furfural cenderung bertambah. Karena berdirinya industri baru yang menggunakan furfural sebagai bahan utama. Bahan baku sekam padi dipilih adalah karena memiliki harga ekonomis dan untuk memanfaatkan limbah sekam yang dihasilkan setiap musim panen. Umumnya sekam belum dimanfaatkan secara optimal, dan masih banyak sisa sekam yang menumpuk di penggilingan padi dan tidak digunakan. Biasanya hanya sekam dijadikan bahan campuran makanan ternak, arang dan genteng.

commit to user

4 Berdasarkan data dari Biro Statistik permintaan furfural di pasar internasional pada tahun 2006-2010 yang dibuat dalam bentuk grafik permintaan

Gambar 1.2 Grafik Impor Furfural di Indonesia

Dari grafik tersebut didapatkan persamaan linier y = 55203x-1E+08 dengan x adalah tahun dan y adalah jumlah produksi furfural (kg). Jika pabrik direncanakan akan berdiri pada tahun 2017, maka kapasitas pabrik direncanakan untuk memenuhi kebutuhan di dalam negeri sebesar 11.344.451 kg. Dilihat ketersediaan bahan baku yang ada maka pabrik dirancang dengan kapasitas 3.000.000 kg/thn atau 3.000 ton/thn.

1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik

Dengan mempertimbangkan beberapa faktor di bawah ini, lokasi indusrti kimia furfural dipilih di daerah Cilacap, Jawa Tengah dengan alasan sebagai berikut:

y = 55203x - 1E+08

0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000

commit to user

5

1. Penyediaan Bahan Baku

Lokasi pabrik dipilih dekat sumber bahan baku sekam padi untuk mengurangi biaya transportasi dan kehilangan bahan baku dalam transportasi. Pemilihan lokasi di Kabupaten Cilacap dipilih karena memiliki luas sawah 63.094 hektare yang ditanami padi. Dari data Dinas Pertanian dan Peternakan Cilacap, Jawa Tengah, didapatkan data produksi padi sebesar 784.000 ton GKG pada akhir tahun 2010.

Dari sawah seluas 1 Ha dapat menghasilkan 4 ton gabah kering panen berarti sekam yang dihasilkan sekitar 8 kwintal. Dari 100 kg gabah kering akan dihasilkan kira-kira 20 kg sekam dan setiap 10 kg sekam menghasilkan 1 kg furfural. Untuk membuat 3.000 ton furfural membutuhkan 30.000 ton sekam padi. Maka dari jumlah bahan baku sekam dapat memenuhi kapasitas 3.000 ton furfural tersebut. Bahan baku sekam padi diperoleh sekitar 4.000

kg/jam dari hasil pertanian para petani di daerah Cilacap.

(www.jumena.wordpress.com)

2. Penyediaan listrik dan bahan bakar

Kebutuhan listrik pabrik ini sebagian dipenuhi dari jaringan PLN, sedangkan untuk menjamin kelancaran penyediaan tenaga listrik bagi kelangsungan produksi, pabrik harus memiliki generator pembangkit tenaga listrik sendiri. Kebutuhan bahan bakar yaitu solar yang dipakai untuk menjalankan generator diperoleh dari Pertamina Cilacap.

commit to user

6

3. Penyediaan air

Kebutuhan air pada pabrik diperoleh dari sumber air sungai.

4. Transportasi

Transportasi darat maupun laut memadai sehingga mempermudah pengangkutan bahan baku maupun produk.

5. Tenaga Kerja

Tenaga kerja banyak tersedia di daerah Jawa sehinga dengan didirikannya pabrik furfural akan menyerap tenaga kerja dan menunjang program pemerintah untuk mengurangi penganguran.

commit to user

7

1.4. Tinjauan Pustaka 1.4.1. Macam-macam Proses

Pada dasarnya furfural dibuat dengan cara mendehidrasikan pentosa yang merupakan hasil dari pentosan yang terdapat dalam sekam padi. Ada beberapa proses pembuatan furfural secara komersial yang dikemukan oleh Mc. Ketta (1983), yaitu: A. Quaker Oats Process

Pada pembuatan furfural dengan cara Quaker Oats mengunakan asam sulfat sebagai katalis. Larutan asam diserap ke dalam sekam padi, bagasse, tongkol jagung atau bahan baku lainnya. Dalam hal ini digunakan spherical digester

dengan putaran horizontal dan high pressure steam dengan suhu 153 oC dan 4,1

bar. Sesudah suhu dan tekanan digeser tercapai, valve uap dibuka kemudian didestilasi. Uap dilewatkan boiler sedang cairan yang mengandung furfural masuk pada stripping columm, kemudian dikondensasi dan dipisahkan menjadi dua lapisan. Proses Queker Oats membutuhkan waktu 6-8 jam penguapan, 100 kg bahan, 28 liter air, 2 kg asam sulfat dan steam 260 kg untuk menghasilkan 10 kg furfural.

B. Rosenlew Process

Bahan baku diserap dari kolom distilasi furfural pada suhu 80oC diumpankan

ke reaktor. Pada reaktor, furfural dipertahankan pada tekanan 11-12 kg/cm2 (10,8–

11,8 bar) steam dilewatkan reaktor melalui dasar reaktor melalui dasar reaktor sebesar 4,9 bar. Dalam kondisi normal waktu tinggal bahan baku dalam reaktor

1-commit to user

8 2 jam. Kondensat yang berisi furfural kemudian didestilasi, didekantasi, dan dihidrolisasi.

C. Petrole Chimie Process

Proses ini didasarkan pada Agrifurance proses. Bahan baku diumpankan ke dalam reaktor bersama-sama dengan air dan juga asam fospat sebagai katalis kemudian ditambahkan steam. Pada keadaan normal, perbandingan padat cair adalah 1:6. Steam yang digunakan bertekanan sebesar 9,8 bar. Reaksi padat cair terjadi pada tekanan 6,37 bar dan temperature 170°C. Seperti steam yang lain, furfural didistilasi membentuk azeotrop kemudian didekantasi agar lapisan menjadi dua lapisan. Lapisan bawah yang kaya akan furfural dinetralisasi dan didehidrasi menjadi furfural teknik.

D. Escher Wyss Process

Dalam hal ini bahan baku dari storage ditrasfer ke belt conveyor menuju

bucket elevator untuk diumpankan menuju reaktor. Pada waktu masuk reaktor,

bahan baku diaerasi dengan cara dikontakkan steam pada suhu 145 0C, tekanan 3 -

4 kg/cm2 (2,94 – 3,92 bar)dan dicampur asam asetat sebagai katalis. Produk yang

berisi furfural dan asam asetat meninggalkan seksi atas reaktor sebagai uap bersama kelebihan steam dan melewati kondensor. Uap dikondensasi, kondensat didinginkan dengan dilewatkan sistem. Kondensat diaerasi, disaring dan dikumpulkan dalam intermediate storage tank.

commit to user

9 Tabel 1.2 Macam-macam Proses Pembuatan Furfural

No. Proses Konsumsi Steam Katalis

1 Quaker Oats Proses 22,5 ton (9,8 bar) Asam Sulfat

2 Rosenlew Proses 38 ton (14,7 bar) -

3 Petrole Chimie Proses 20 ton (9,8 bar) Asam fosfat

4 Escher Wyss Proses 30 ton (14,7 bar) Asam asetat

(Mc Ketta, 1983) Dari tabel di atas, dipilih proses Queker Oats karena proses ini mempunyai tingkat konsumsi steam dan tekanan yang kecil dibandingkan peoses lain dan katalis yang murah.

1.4.2. Kegunaan Produk

Manfaat furfural sangat penting dalam industri kimia, antara lain:

1. Sebagai pelarut selektif untuk memisahkan senyawa jenuh dan tidak jenuh dalam minyak, solvent untuk resin dan wax. Furfural digunakan pada Furfural Extraction

Unit berfungsi untuk memperbaiki viskositas indeks dengan mengambil

komponen aromatis yang mempunyai viskositas indeks rendah. Unit ini juga berfungsi mengekstraksi aromatis dan memperbaiki warna dan stabilitas bahan bakar.

2. Sebagai bahan pembuatan senyawa furan yang lain seperti furfural alkohol, tetrahidro furfural alkohol, 2-metilfuran (sylvan), Maleic anhydride yang digunakan sebagai:

commit to user

10 - Zat penghilang warna pada wood resin.

- Bahan pembentuk resin. - Produksi plastik.

- Herbisida, aromatizing, agen untuk brandy dan industri parfum.

1.4.3. Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku Dan Produk :

1. Sekam padi

Fase : Padat

Warna : Kuning kecoklatan

Komposisi : Karbohidrat kasar : 33,38% berat

Pentosa : 18,00% berat

Protein kasar : 3,03% berat

Kadar air : 6,00% berat

Lemak : 1,18% berat

Serat kasar : 20,07% berat

Kadar Abu : 17,71% berat

(Suharno, 1970)

2. Asam sulfat (SNI 06-0030-1996)

Sifat fisis

Rumus molekul : H2SO4

Fase : Cair

commit to user

11

Berat molekul : 98,079 kg/kmol

Kadar minimal : 98%

Impuritas :Chlorida (Cl) maksimal 10 ppm, Nitrate (NO3)

maksimal 5 ppm, Besi (Fe) maksimal 50 ppm, Timbal (Pb) maksimal 50 ppm

Kelarutan dalam air : larut sempurna dalam air

Sifat kimia : a. larut dalam air, alkohol, dan etil eter

b. merupakan asam kuat bersifat hidroskopis

(Petrokimia Gresik)

3. Air

Sifat fisis

Rumus molekul : H2O

Fase : Cair

Warna : tidak berwarna

Berat molekul : 18,015 kg/kmol

Titik didih : 100ºC

Titik beku : 0ºC

(Perry,1997) Sifat kimia

 Sebagai pelarut yang baik karena air merupakan senyawa polar

commit to user

12

 Bersifat netral, dapat menguraikan garam menjadi asam dan basa, serta

dapat bereaksi dengan beraneka ragam zat.

(Pudjaatmaka, 1993)

4. Toluena

Sifat fisis

 Berat molekul : 92,14 kg/kmol

 Fase : Cair

 Titik leleh : -95 oC

 Titik didih : 110,6 oC

 Densitas : 862,3 kg/m3

(www.chemicalland21.com)

Sifat kimia

 Hidrogenasi termal dari toluene akan menghasilkan benzene, methane

dan diphenyl.

(toluene) (benzene) (methane)

(diphenyl)

 Dengan oksigen (oksidasi) dalam fase cair dan katalis Br-Co-Mn

menghasilkan asam benzoat.

+ CH3

commit to user

13

(toluene) (asam benzoat)

(Kirk and Othmer, 1991)

5. Furfural

Sifat fisis

Rumus molekul : C5H4O2

Fase : Cair

Warna : kuning

Berat molekul : 96,086 kg/kmol

Kelarutan dalam air : 8,3 bagian per 100 bagian air

Titik didih : 161,7ºC

Titik beku : -36,5ºC

(Mc.Ketta,1983)

Sifat Kimia

Sifat-sifat kimia furfural hampir sama dengan senyawa aromatik aldehid, tetapi mempunyai karakteristik tersendiri. Furfural adalah senyawa yang stabil

secara thermal tanpa ada O2. Pada temperatur 230ºC, selama beberapa jam akan

mengubah sifat-sifat fisik yaitu perubahan warna.

1. Furfural dapat dioksidasi dengan permanganat atau bikromat menghasilkan asam furoat (furic acid).

CH3

O2,Br,Co,Mn

commit to user

14

Reaksi : C5H4O2 + O2 C5H4OCOOH

Furfural asam furoat

2. Furfural mengalami reaksi oksidasi bila bertemu dengan basa seperti NaOH

dan menghasilkan Furfuril alkohol dan natrium furoat.

Reaksi : 2C5H4O2 + NaOH C4H2O2CH2OH + C4H4COONa

Furfural Furfural Alkohol Na-furoat (Dunlop,A.P,1982)

1.4.4. Tinjauan Proses Secara Umum

Pada pembuatan furfural dengan cara Quaker Oats mengunakan asam sulfat 98% sebagai katalis dan sekam padi sebagai bahan baku. Proses yang terjadi pada pembuatan furfural adalah proses hidrolisis dan dehidrolisis. Dengan perbandingan bahan baku dan air sebesar 1:6. Proses hidrolisa pentosan menjadi pentosa dilakukan pada suhu 70°C. Berikut ini adalah reaksi hidrolisa furfural:

(C5H8O4)100(s) + 100 H2O(l) H2SO4 (l) 100 C5H10O5(l) ……….(1-1)

Pentosan Pentosa

Lalu dilanjutkan proses dehidrasi pentosa menjadi furfural dengan suhu 230°C. C5H10O5 (l) H2SO4(l) C5H4O2(l) + 3H2O(l) ………... (1-2)

Pentosa Furfural

Lalu ditambahkan toluena sebagai solvent untuk memisahkan furfural dengan zat pengotor lainnya. Selanjutnya menuju menara distilasi untuk proses pemurnian furfural.

commit to user

15

BAB II

DESKRIPSI PROSES

2.1 Spesifikasi Bahan dan Produk

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku

 Sekam Padi

Fase : Padat

Warna : Kuning kecoklatan

Komposisi : Karbohidrat kasar : 33,38% berat

Pentosan : 18,00% berat

Protein kasar : 3,03% berat

Kadar air : 6,00% berat

Lemak : 1,18% berat

Serat kasar : 20,70% berat

Kadar Abu : 17,71% berat

(Suharno, 1970)

2.1.2 Spesifikasi Bahan Pembantu

 Asam Sulfat (SNI 06-0030-1996)

Rumus Molekul : H2SO4

Fase : Cair

commit to user

16

Berat molekul : 98,079 kg/kmol

Titik didih : 340 °C

Kadar minimal : 98%

Impuritas :Chlorida (Cl) maksimal 10 ppm, Nitrate (NO3)

maksimal 5 ppm, Besi (Fe) maksimal 50 ppm, Timbal (Pb) maksimal 50 ppm

Kelarutan dalam air : larut sempurna dalam air

(Petrokimia Gresik)

 Air

Rumus molekul : H2O

Fase : Cair

Warna : Tidak berwarna

Berat molekul : 18,015 kg/kmol

(Perry, 1997)

 Toluena

Rumus molekul : C7H8

Fase : Cair

Warna : Tidak berwarna

Berat molekul : 92,14 kg/kmol

commit to user

17

Impuritas : H2O 0,5% (maksimal)

C6H6 0,5% (maksimal)

(www.chemicalland21.com)

2.1.3 Spesifikasi Produk

 Furfural

Rumus molekul : C5H4O2

Bentuk : Cair

Warna : Kuning

Berat molekul : 96,086 kg/kmol

Kemurnian : 99% (minimal)

Kandungan air : 0,3% (maksimal)

(Mc.Ketta, 1983)

2.2 Konsep Dasar

2.2.1 Dasar Reaksi

Pada proses pembuatan furfural, reaksi yang terjadi adalah reaksi hidrolisa pentosan menjadi pentosa yang diikuti dengan reaksi dehidrolisa pentosa menjadi produk furfural. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

(C5H8O4)100 (s) + 100 H2O(l) H2SO4(l) 100 C5H10O5(l)…..…..(2-1)

Pentosan Pentosa

C5H10O5(l) H2SO4(l) C5H4O2(l) + 3 H2O(l)……….……(2-2)

Pentosa Furfural

commit to user

18

2.2.2 Pemakaian Katalis

Katalis yang dipakai adalah asam sulfat yang dapat membantu reaksi hidrolisa dan dehidrolisa. Dengan adanya asam dalam larutan pentosan maka ikatan antar monomer akan terpecah sehingga membentuk campuran yang homogen kemudian terjadi reaksi hidrolisa. Asam sulfat adalah asam yang dapat mempercepat berlangsungnya reaksi hidrolisa. (Mc. Ketta, 1983).

2.2.3 Mekanisme Reaksi

Reaksi yang terjadi pada pembuatan furfural meliputi :

1. Proses hidrolisa pentosan menjadi pentosa

(C5H8O4)100(s) + 100 H2O(l) H2SO4(l) 100 C5H10O5(l) ……….…(2-3)

Pentosan Pentosa

 Dengan adanya asam sebagai katalis larutan pentosan maka ikatan antar

monomer akan terpecah sehingga membentuk campuran yang homogen.

 Dengan adanya air maka H+ dan OH- masuk dalam ikatan membentuk

pentosa.

2. Proses dehidrasi pentosa menjadi furfural

C5H10O5 (l) H2SO4(l) C5H4O2(l) + 3H2O(l) ……….(2-4)

Pentosa Furfural

(Mc.Ketta, 1983)

2.2.4 Fase Reaksi

Kondisi umpan sebelum masuk reaktor pada fase padat–cair. Umpan terdiri dari sekam padi dan air. Steam dimasukkan dalam reaktor untuk

commit to user

19 mencapai kondisi operasi pada suhu dan tekanan yang diinginkan, juga untuk mendorong produk furfural keluar reaktor.

2.2.5 Kondisi Operasi

Proses pembuatan furfural dengan proses Quaker Oats berlangsung pada fase padat–cair, pada suhu 70ºC dan tekanan 1,013 bar (reaksi hidrolisis) dan pada suhu 230ºC dan tekanan 68,901 bar (reaksi dehidrasi). Kondisi operasi tersebut adalah kondisi optimal untuk mencapai konversi dan kecepatan reaksi yang besar.

2.2.6 Tinjauan Termodinamika dan Kinetika

Tinjauan dari segi termodinamika adalah untuk mengetahui apakah reaksi tersebut melepaskan panas (eksotermis) atau memerlukan panas (endotermis) dan juga untuk mengetahui apakah reaksi berjalan searah (irreversible) atau dapat balik (reversible).

Adapun reaksinya adalah :

(C5H8O4)100(s) +100 H2O(l) H2SO4 100 C5H10O5(l) …………(2-5)

Pentosan Pentosa

C5H10O5(l) H2SO4 C5H4O2(l)+ 3 H2O(l) ………(2-6)

Pentosa Furfural

 Harga ΔH°298 Reaksi

commit to user

20

ΔHf H2O = -68,524 kcal/mol (-286,91 kJ/mol)

ΔHf C5H4O2 = -47,814 kcal/mol (-200,2 kJ/mol)

ΔHf C5H8O4 = -157,83 kcal/mol (-660,83 kJ/mol)

ΔHf C5H10O5 = -210,75 kcal/mol (-882,41 kJ/mol)

ΣΔHR = ΔH1 + ΔHR0+ ΔH2 ………(2-7)

ΔH1 = Σni ⌡Cpi dT

= -115.900 kcal/mol (-485.193,648 kJ/mol)

ΔH2 = Σ ni ⌡Cpi dT

= 1.039.000 kcal/mol (4.351.635,140 kJ/mol)

ΣΔHR0= n. ΔHf C5H10O5 – (n. ΔHf C5H8O4+ n. ΔHf H2O)

= ((-882,41 kJ)*3,525) - (0,0004.(-660,83) + ((-286,91)* 3,525))

= -2.098.918,940 kJ/mol ( -501.300 kcal/mol)

ΣΔHR = ΔH1 + ΔHR0+ ΔH2

=((-485.191,148) + 4.351.635,140 + (-2.098.918,940)) kJ/mol = 1.767.522,552 kJ/mol ( 422.100 kcal/mol)

Harga ΔHr menunjukkan positif, maka reaksi ini merupakan reaksi

endotermis atau memerlukan panas.

 Harga ΔG° Reaksi(Yaws, 1999 )

ΔG° H2O = - 228,6 kJ/mol (-54,598 kcal/mol)

ΔG° C5H4O2 = - 102,87 kJ/mol (-24,57 kcal/mol)

commit to user

21

ΔG° C5H10O5 = - 1.187,2 kJ/mol (-283,54 kcal/mol)

ΔG° produk = (ΔG° C5H10O5) – (ΔG° C5H8O4 + ΔG° H2O)

= (- 1.187,2) - (-690 + (- 228,6)) kJ/mol = -268,6 kJ/mol (-64,15 kcal/mol)

ΔG° reaktan = (ΔHf C5H4O2+ (3 ΔG° H2O)) – (ΔG° C5H10O5)

= (-102,87 + (3 x (-228,6)) – (- 1.187,2) kJ/mol = -138,67 kJ/mol (-33,12 kcal/mol)

ΔG° = ΣΔHr produk + ΣΔHr reaktan = ( -268,6 kJ/mol + (-138,67 KJ/mol) = - 407,27 kJ/mol (-97,27 kcal/mol)

Perhitungan harga tetapan kesetimbangan (K) dapat ditinjau dari rumus

berikut : ΔG° = -RT lnK ………(2-8)

Keterangan :

ΔG° = Energi Gibbs standart , kj/mol

R = Tetapan gas ideal ( 8,314 j/mol 0K )

T = Temperatur, K

K = Konstanta kesetimbangan

(Smith and Van Ness, 2001) Dari persamaan dapat dicari konstanta kesetimbangan Treff = 298K

-RTlnK = ΔG°

Δ G o

commit to user

22

ln K298 : RT

G .

 

ln K298 : j molK K

mol J 298 * / 314 , 8 / 3 10 * 27 , 407 

K298 : 2,457 x 1071

298 ln K K_Toprasi =           298

298 1 1

T T R H operasi K 71 426 2,457x10

ln K =

    _ 298 1 426 1 314 , 8 ) 209666 (

K1T operasi = 2,225 x1060

Dari perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa reaksi yang terjadi adalah reaksi searah (irreversible).

(Smith Vannes, 1984)

Tinjauan Kinetika

Reaksi pembuatan furfural merupakan reaksi orde satu

(C5H8O4)100(s) + 100 H2O(l) k1 100 C5H10O5(l) …………...…..…(2-9)

Pentosan Pentosa

C5H10O5(l) k2 C5H4O2(l) + 3 H2O(l) ………...(2-10)

Pentosa Furfural

Persamaan kinetika reaksi untuk orde satu:

t = 1 jam , XA = 90%

k = XA ...(2-11)

t(1- XA)

dimana: t : waktu reaksi, jam

commit to user

23

XA : konversi pentosan

k = 0,9 1(1- 0,9) k = 9 /jam

2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses

2.3.1 Diagram Alir Proses

Diagram alir Prarancangan pabrik furfural dari sekam padi dapat ditunjukkan dalam tiga macam, yaitu:

a. Diagram Alir Kualitatif (Gambar II.1)

commit to user

24

Ga

m

ba

r

2.

1

Di

agr

am

Al

ir

Kua

li

ta

ti

commit to user

25

Ga

m

ba

r

2.

2

Di

agr

am

Al

ir

Kua

nt

it

at

commit to user

26

2.3.2 Langkah-langkah Proses

Proses pembuatan furfural dengan bahan baku sekam padi secara garis besar dapat dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu:

 Tahap penyiapan bahan baku

 Tahap reaksi

- Reaksi hidrolisa

- Reaksi dehidrolisa

 Tahap pemurnian hasil

1. Tahap penyiapan bahan baku

Air yang berasal dari tangki penyimpanan utilitas (TU-06) (suhu 30°C dan tekanan 1,013 bar) dan asam sulfat dengan kemurnian 98% yang disimpan pada suhu 30°C dan tekanan 1,013 bar dimasukkan ke dalam mixer (M-01) agar bercampur secara homogen. Selanjutnya cairan diumpankan ke dalam reaktor (R-01)

Bahan baku sekam padi yang disimpan di dalam gudang (G-01) pada suhu 30°C dan tekanan 1,013 bar diangkut menggunakan belt conveyor (Bc-01) menuju

crusher (Cr-01) untuk menghancurkan sekam padi. Sekam padi diangkut

menggunakan belt conveyor kemudian diayak dengan menggunakan vibrating screen (Sc-01) untuk menyeragamkan ukuran 8-10 mesh. Serbuk yang telah halus menuju

hopper (H-01) yang kemudian dilewatkan weight feeder (WF-01), selanjutnya

commit to user

27

2. Tahap reaksi

2.1 Reaksi hidrolisa

Pada tahap reaksi hidrolisa air dari bagian utilitas dan sekam yang telah

dihaluskan dengan perbandingan 6:1. Katalis asam sulfat sebanyak 1%(w/w) dari

jumlah berat total air dimasukkan ke dalam reaktor. Reaksi hidrolisa menggunakan reaktor alir tangki berpengaduk 01) dengan sifat reaksi endotermis. Reaktor (R-01) beroperasi secara isothermal pada suhu 70°C dan tekanan 1,013 bar. Untuk mempertahankan suhu reaktor pada suhu 70°C maka reaktor dilengkapi dengan jaket pemanas. Reaksi yang terjadi adalah:

(C5H8O4)100(s) +100 H2O(l) H2SO4(l) 100 C5H10O5(l)………(2-12)

Hasil dari reaksi hidrolisa adalah pentosa (C5H10O5) yang selanjutnya akan

diubah menjadi furfural. Pentosa selanjutnya dialirkan menuju rotary drum

vacuum filter (F-01).

Produk keluar dari reaktor (R-01) dialirkan ke filter (F-01) menggunakan pompa (P-05). Keluaran reaktor selanjutnya akan dipisahkan antara cake dengan filtratnya. Cake akan dibuang ke unit pengolahan limbah. Sedangkan filtrat (pentose, air, dan asam sulfat) akan diumpankan ke reaktor (R-02) untuk didehidrolisa.

2.2 Reaksi dehidrolisa

Reaksi dehidrolisa dilakukan untuk menguraikan pentosa menjadi furfural dan air menggunakan katalis asam sulfat. Reaktor yang digunakan adalah reaktor

commit to user

28 alir pipa (R-02) dengan sifat reaksi endotermis. Reaksi beroperasi secara

isothermal, non-adiabatic dengan kondisi operasi pada suhu 230°C dan tekanan

68,901 bar. Reaksi yang terjadi pada adalah:

C5H10O5(l) H2SO4(l) C5H4O2(l) + 3 H2O(l)………(2-13)

Selanjutnya produk akan diturunkan tekanan dan suhunya menjadi 1,013 bar dan 100,31°C dengan menggunakan ekspander yang kemudian dialirkan menuju decanter (Dc-01).

3 Tahap pemurnian hasil

Produk keluar dari R-02 menuju decanter (Dc-01) untuk memisahkan asam sulfat dan air sebagai hasil bawah dengan produk furfural dan pentosa sebagai hasil atas pada suhu 100,31°C dan tekanan 1,013 bar. Hasil bawah akan di-recycle kembali menuju mixer (M-01), sedangkan furfural dan pentosa dipompa menggunakan pompa (P-08) menuju mixer (M-02) kemudian ditambahkan toluena sebagai solvent.

Toluena hasil atas dari menara distilasi (MD-01) dicampur dengan make up toluene yang berasal dari tangki penyimpanan (T-03) pada suhu 30°C dan tekanan 1,013 bar untuk dijadikan solvent yang masuk ke dalam mixer (M-02) dengan suhu 103,2°C yang kemudian dialirkan menuju decanter (Dc-02).

Produk keluar dari mixer (M-02) menuju decanter (Dc-02) untuk memisahkan air dan pentosa sebagai hasil bawah dengan produk furfural,toluene, dan benzena sebagai hasil atas. Hasil bawah akan diumpankan ke dalam MD-01 untuk memisahkan furfural ddengan impuritas. Produk bawah kolom berupa furfural

commit to user

29 dengan kemurnian 99,5% yang kemudian disimpan dalam tangki penyimpanan (T-03) pada suhu 40°C dan tekanan 1,013 bar. Sedangkan produk atas berupa toluena 99,5% akan di recycle kembali menuju M-02.

2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas

Produk : Furfural 99,5% berat

Kapasitas : 3.000 ton/tahun

Satu tahun produksi : 330 hari

Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam

2.4.1. Neraca Massa

Basis Perhitungan : 1 jam operasi

commit to user

30 Tabel 2.1 Neraca Massa Mixer (M-01)

No. Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 1 Arus 2 Arus 3

1 Air (H2O) 22.799,3487 5,3198 22.804,6685

2 Asam sulfat (H2SO4) - 260,6726 260,6726

Jumlah 22.799,3487 265,9924 23.065,3411

23.065,3411

Tabel 2.2 Neraca Massa Reaktor (R-01)

No. Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 3 Arus 4 Arus 6

1. Air (H2O) 22.804,6685 227,9935 22.948,7189

2. Pentosa (C5H10O5) - - 699,5255

3. Pentosan (C5H8O4) - 683,9805 68,3980

4. Protein kasar - 115,1367 115,1367

5. Serat kasar - 786,5775 786,5775

6. Karbohidrat kasar - 1268,4038 1268,4038

7. Lemak - 44,8387 44,8387

8. Abu - 672,9608 672,9608

9. Asam sulfat (H2SO4) 260,6726 - 260,6726

Jumlah 23.065,3411 3.799,8914 26.865,2325

26.865,2325

Tabel 2.3 Neraca Massa Filter (F-01)

No. Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 6 Arus 7 Arus 8 Arus 9

1. _{Air (H}

2O) 22.948,7189 295,6315 85,1711 23.159,1794

2. Pentosa (C5H10O5) 699,5255 - 2,5632 696,9623

3.

Pentosan (C5H8O4) 68,3980 - 68,3980 -

4. Protein kasar 115,1367 - 115,1367 -

5. Serat kasar 786,5775 - 786,5775 -

6. Karbohidrat kasar 1.268,4038 - 1.268,4038 -

7. Lemak 44,8387 - 44,8387 -

8.

commit to user

31

No. Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 6 Arus 7 Arus 8 Arus 9

9. Asam sulfat (H2SO4) 260,6726 - 0,9551 259,7174

Jumlah 26.865,2325 295,6315 3.045,0050 24.115,8591

27.160,8641 27.160,8641

Tabel 2.4 Neraca Massa Reaktor (R-02)

No. Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 9 Arus 10

1. Air (H2O) 23.159,1794 23.372,4498

2. Furfural (C5H4O2) - 379,1475

3. Pentosa (C5H10O5) 696,9623 104,5443

4. Asam sulfat (H2SO4) 259,7174 259,7174

Jumlah 24.115,8591 24.115,8591

Tabel 2.5 Neraca Massa Dekanter (Dc-01)

No. Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 10 Arus 11 Arus 12

1. Air (H2O) 23.372,4498 18.804,4078 4.568,0420

2. Furfural (C5H4O2) 379,1475 - 379,1475

3. Pentosa (C5H10O5) 104,5443 - 104,5443

4. Asam sulfat (H2SO4) 259,7174 259,7174 -

Jumlah 24.115,8591 19.064,1252 5.051,7339

24.115,8591

Tabel 2.6 Neraca Massa Mixer (M-02)

No. Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 12 Arus 13 Arus 17 Arus 14

1. Benzena (C6H6) - 0,8232 44,6424 45,4656

2. Air (H2O) 4.568,0420 5,0517 - 4.573,0938

3. Toluena (C7H8) - 4,0433 10.048,9071 10.052,0938

4. Furfural (C5H4O2) 379,1475 - 1,8939 381,0414

5. Pentosa (C5H10O5) 104,5443 - - 104,5443

Jumlah 5.051,7339 9,9182 10.095,4435

15.157,0955 15.157,0955

commit to user

32 Tabel 2.7 Neraca Massa Dekanter (Dc-02)

Tabel 2.8 Neraca Massa Menara Distilasi (MD-01)

No. komponen

Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 16 Arus 17 Arus 18

1. Benzena (C6H6) 44,6424 44,6424 -

2. Toluena (C7H8) 10.050,8010 10.048,9071 1,8939

3. Furfural (C5H4O2) 378,7879 1,8939 376,8939

Jumlah 10.474,2313 10.095,4435 378,7879

10.474,2313

Tabel 2.9 Neraca Massa Recycle

No. Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 1 Arus 2 Arus 11 Arus 3

1 Air (H2O) 4.000,2607 0,0191 18.804,4078 22.804,6685

2 Asam Sulfat (H2SO4) - 0,9360 259,7174 260,6726

Jumlah

4.000,2607 0,9551 19.064,1252

23.065,3411 23.065,3411

No. Komponen

Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 14 Arus 15 Arus 16

1. Benzena (C6H6) 45,4656 0,8232 44,6424

2. Air (H2O) 4.573,0938 4.573,0938 -

3. Toluena (C7H8) 10.052,9504 2,1494 10,050,8010

4. Furfural (C5H4O2) 381,0414 2,2536 378,7879

5. Pentosa (C5H10O5) 104,5443 104,5443 -

Jumlah 15.157,0955 4682,8642 10.474,2313

40

Bab I I Deskripsi Proses

Tabel 2.10 Neraca Massa Total

No. Komponen

Masuk (Kg/Jam) Keluar (Kg/Jam)

Arus 1 Arus2 Arus 4 Arus 7 Arus 13 Arus 8 Arus 15 Arus 18

1. Benzena (C6H6) 0,8232 0,8232

2. Air (H2O) 4.000,2607 0,0191 227,9935 295,6316 5,0517 85,1711 4.573,0938

3. Toluena (C7H8) 4,0433 2,1494 1,8939

4. Furfural (C5H4O2) 2,2536 376,8939

5. Pentosa (C5H10O5) 2,5632 104,5443

6. Pentosan (C5H8O4) 683,9805 68,3980

7. Protein 115,1367 115,1367

8. Serat Kasar 786,5775 786,5775

9. Karbohidrat 1.268,4038 1.268,4038

10. Lemak 44,8387 44,8387

11. Abu 672,9608 672,9608

12. Asam Sulfat (H2SO4) 0,9360 0,9551

Jumlah

4.000,2607 0,9551 3.799,8914 295,6316 9,9182 3.045,0050 4.682,8642 378,7879

8.106,6570 8.106,6570

32

commit to user

34

2.4.2. Neraca Panas

Basis Perhitungan : 1 jam operasi

Satuan : kJ/jam

Tabel 2.11 Neraca Panas pada Mixer (M-01)

Komponen Arus Masuk Arus Keluar

Arus 1 Arus 2 Arus 11 Arus 3

Q umpan 85.330,1956 7,1040 3.628.256,9275 -

Q pelarutan 12.142,8589 -

Q pemanas 670.793,8086 -

Q produk - 4.396.530,8945

Total 4.396.530,8945 4.396.530,8945

Tabel 2.12 Neraca Panas pada Reaktor (R-01A)

Komponen Arus Masuk Arus Keluar

Q umpan 484.562,9457 -

Q reaksi - -2.119.310,3072

Q pemanas 1.742.108,7139 -

Q produk - 4.345.981,9669

Total 2.226.671,6596 2.226.671,6596

Tabel 2.13 Neraca Panas pada Reaktor (R-01B)

Komponen Arus Masuk Arus Keluar

Q umpan 500.822,0578 -

Q reaksi - -2.722.865,9224

Q pemanas 1.170.534,2646 -

Q produk - 4.394.222,2448

Total 1.671.356,3223 1.671.356,3223

Tabel 2.14 Neraca Panas pada Rotary drum vacuum filter (F-01)

Komponen Arus Masuk Arus Keluar

Q arus 6 4.394.150,3633 -

Q arus 7 6.194,6648 -

Q arus 8 - 9.266,8849

Q arus 9 - 3.512.248,0704

Panas yang hilang 878.830,0727 -

commit to user

35

Tabel 2.15 Neraca Panas pada Reaktor (R-02)

Komponen Arus Masuk Arus Keluar

Q umpan 20.935.358,532

Q reaksi 550.101,565

Q pemanas 572.343,179

Q produk 20.957.600,146

Total 21.507.701,711 21.507.701,711

Tabel 2.16 Neraca Panas pada Dekanter (Dc-01)

Komponen Arus Masuk Arus Keluar

Q arus 10 7.634.688,7716 -

Q arus 11 - 6.094.395,8743

Q arus 12 - 1.540.292,8973

Total 7.634.688,7716 7.634.688,7716

Tabel 2.17 Neraca Panas pada Mixer (M-02)

Komponen Arus Masuk Arus Keluar

Q arus 12 1.540.292,8973 -

Q arus 13A 1.470.363,4200 -

Q arus 14 - 3.010.656,3173

Total 3.010.656,3173 3.010.656,3173

Tabel 2.18 Neraca Panas pada Dekanter (Dc-02)

Komponen Arus Masuk Arus Keluar

Q arus 14 3.010.656,3173 -

Q arus 15 - 1.548.751,1726

Q arus 16 - 1.461.905,1447

Total 3.010.656,3173 3.010.656,3173

Tabel 2.19 Neraca Panas pada Menara Disitilasi (MD-01)

Komponen Arus Masuk Arus Keluar

Q umpan 389.938,554 -

Q kondenser - 1.921.366,269

Q pemanas 1.674.927,983 -

Q produk - 143.500,269

commit to user

36

2. 5 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses 2.5.1 Lay Out Pabrik

Lay Out pabrik merupakan suatu pengaturan yang optimal dari seperangkat

fasilitas-fasilitas dalam pabrik. Tata letak yang tepat sangat penting untuk mendapatkan efisiensi, keselamatan dan kelancaran kerja para pekerja serta keselamatan proses.

Menurut Vilbrant, 1959 untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik adalah:

1. Kemungkinan perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik di masa

depan.

2. Faktor keamanan sangat diperlukan untuk bahaya kebakaran dan ledakan,

maka perencanaan lay out selalu diusahakan jauh dari sumber api, bahan panas dan dari bahan yang mudah meledak, juga jauh dari asap atau gas beracun.

3. Sistem kontruksi yang direncanakan adalah outdoor untuk menekan biaya

bangunan dan gedung, juga karena iklim Indonesia memungkinkan konstruksi secara outdoor.

4. Lahan terbatas sehingga diperlukan efisiensi dalam pemakaian dan

pengaturan ruangan/lahan.

commit to user

37

a. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol

Daerah administrasi berfungsi sebagai pusat kegiatan administrasi pabrik dan mengatur kelancaran operasi. Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendalian proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang dijual.

b. Daerah proses

Merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses berlangsung.

c. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk

Merupakan daerah untuk tempat bahan baku dan produk.

d. Daerah gudang, bengkel dan garasi

Merupakan daerah yang digunakan untuk menampung bahan-bahan yang diperlukan oleh pabrik dan untuk keperluan perawatan peralatan proses.

e. Daerah utilitas

Merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung proses berlangsung dipusatkan.

commit to user

38

commit to user

39

2.5.2 Lay Out Peralatan Proses

Lay out peralatan proses adalah tempat dimana alat - alat yang digunakan

dalam proses produksi. Tata letak peralatan proses pada prarancangan pabrik ini dapat dilihat pada gambar II.4. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan lay out peralatan proses pada pabrik furfural menurut Vilbrant, 1959, antara lain:

1. Aliran bahan baku dan produk

Pengaliran bahan baku dan produk yang tepat akan memberikan keuntungan ekonomi yang besar serta menunjang kelancaran dan keamanan produksi.

2. Aliran udara

Aliran udara di dalam dan di sekitar area proses perlu diperhatikan kelancarannya. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya stagnasi udara pada suatu tempat sehingga mengakibatkan akumulasi bahan kimia yang dapat mengancam keselamatan pekerja.

3. Cahaya

Penerangan seluruh pabrik harus memadai dan pada tempat-tempat proses yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu adanya penerangan tambahan.

4. Lalu lintas manusia

Dalam perancangan lay out pabrik perlu diperhatikan agar pekerja dapat mencapai seluruh alat proses dangan cepat dan mudah. Hal ini bertujuan

commit to user

40

apabila terjadi gangguan pada alat proses dapat segera diperbaiki. Keamanan pekerja selama menjalani tugasnya juga diprioritaskan.

5. Pertimbangan ekonomi

Dalam menempatkan alat-alat proses diusahakan dapat menekan biaya operasi dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi pabrik.

6. Jarak antar alat proses

Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi tinggi sebaiknya dipisahkan dengan alat proses lainnya, sehingga apabila terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut maka kerusakan dapat diminimalkan.

Tata letak alat - alat proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga:

- Kelancaran proses produksi dapat terjamin dan Dapat mengefektifkan

luas lahan yang tersedia.

- Karyawan mendapat kepuasan kerja agar dapat meningkatkan

produktifitas kerja disamping keamanan yang terjadi.

commit to user

41

Bc-01:Belt conveyor 01/02 M-01/02 : Mixer 01/02 T-02 : Tangki C7H8

CD-01 : Condenser 01 MD-01: Menara Distilasi 01 T-03 : Tangki C5H4O2

Dc-01/02 : Decanter 01/02 R-01A/B : Reaktor 01A/B

F-01 : Filter 01 R-02 : Reaktor 02

G-01 : Gudang 01 RB-01 : Reboiler 01

H-01 : Hopper 01 T-01 : Tangki H2SO4

HE-01/02/03/04 : Heat Exchanger 01/02/03/04

Gambar 2.4 Lay Out Peralatan Proses Keterangan gambar:

commit to user

42

BAB III

SPESIFIKASI ALAT PROSES

Spesifikasi alat proses terdiri dari mixer, reaktor RATB, reaktor RAP, dekanter, tangki, dan menara distilasi. Alat–alat tersebut merupakan peralatan proses dengan tugas masing-masing. Mixer (M-01) bertugas mencampurkan katalis asam sulfat dengan air serta hasil recycle dari dekanter (Dc-01). Dekanter (Dc-01) bertugas memisahkan asam sulfat dengan furfural. Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB)

mempunyai tugas mereaksikan pentosan (C5H8O4) dan air dengan katalis asam sulfat

menjadi pentosa (C5H10O5). Reaktor alir pipa (RAP) bertugas mereaksikan pentosa

(C5H10O5) dengan katalis asam sulfat menjadi furfural (C5H4O2). Mixer (M-02)

bertugas mencampurkan produk furfural dengan toluena sebagai solvent. Dekanter (Dc-02) bertugas memisahkan furfural dengan pengotornya (pentosa dan air). Menara

distilasi (MD-01) bertugas memurnikan produk furfural (C5H4O2) 99,5% sebagai

hasil bawah dengan toluena sebagai hasil atas yang kemudian akan digunakan kembali sebagai solvent pada mixer (M-02). Selain fungsi masing-masing alat tersebut akan disebutkan spesifikasi lain seperti jumlah, volume, kondisi operasi, dan dimensi alat. Hal tersebut tercantum pada Tabel 3.1, Tabel 3.2, Tabel 3.4, selain dari alat proses pada bab ini dapat pula dilihat spesifikasi alat penukar panas (heat

exchanger) tercantum pada Tabel 3.5 dan Tabel 3.6.Spesifikasi tangki penyimpanan

bahan baku dan tangki penyimpanan produk pada Tabel 3.3 dan spesifikasi pompa pada Tabel 3.7.

commit to user

43

3.1 Reaktor 01

Kode : R-01 A/B

Fungsi : Tempat terjadinya reaksi pembentukan pentosa

Tipe : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB)

Kondisi operasi

- Tekanan : 1,013 bar

- Suhu : 70°C

Spesifikasi shell

- Diameter : 1,98 m

- Tinggi : 1,98 m

- Material : Stainless steel SA-167

Bentuk head : Torisperichal dished head

Tebal head : 0,01 m (¼ in)

Tinggi head : 0,38 m

Jumlah reaktor : 2 buah

 Spesifikasi pengaduk dan pemanas

Tabel 3.1. Spesifikasi Pengaduk dan Pemanas pada Reaktor (R-01A/B)

Nama Alat Reaktor

Kode R-01A R-01B

a. Pengaduk

- Jenis Turbin 6 blade dengan

4 baffle

Turbin 6 blade dengan 4 baffle

commit to user

44

Nama Alat Reaktor

Kode R-01A R-01B

- Kecepatan, rpm 160,97 105,96

- Daya, Hp 48 6

b. Pemanas

- Media Steam Steam

- Jenis Jaket Jaket

- Tinggi , m 1,80 1,80

- Tebal , m 0,01 (¼ in) 0,01 (¼ in)

- Material Stainless Steel SA-167 Stainless Steel SA-167

3.2 Reaktor 02

Kode : R-02

Fungsi : Tempat terjadinya reaksi pembentukan furfural

Tipe : Reaktor Alir Pipa (RAP) Multitube horizontal

Kondisi operasi

- Tekanan : 68,901 bar

- Suhu : 230°C

Spesifikasi shell

- Diameter : 0,84 m

- Tebal : 0,04 m (1 ½ in)

- Material : Stainless steel SA-167

Spesifikasi tube

commit to user

45

- Tebal : 0,01 m (1/4 in)

- Pitch : 0,05 m

- Susunan : Square pitch

- Jumlah : 176

Bentuk head : Elliptical dished head

Tebal head : 0,01 m (¼ in)

Tinggi head : 0,42 m

Panjang total reaktor : 6,43 m

3.3 Menara Distilasi

Kode : MD-01

Fungsi : Memurnikan Furfural dari Toluena

Tipe : Sieve Tray

Jumlah plate : 18 buah

Plate umpan : di antara plate 9 dan 10 Kondisi operasi

- Tekanan : 1,013 bar

- Suhu umpan : 111,6oC

- Suhu bottom : 159,9oC

- Suhu top : 106,5°C

Dimensi Menara

commit to user

46 - Tray spacing : 0,6 m

- Tebal

Bagian atas : 0,01 m

Bagian bawah : 0,01 m

- Material : Carbon steel SA 283 grade C

Bentuk head : Torispherical dished head

Tebal head

Bagian atas : 0,01 m

Bagian bawah : 0,01 m

Panjang head : 0,26 m

Tinggi menara : 16 m

3.4 Filter

Kode : F-01

Fungsi : Memisahkan produk pentosa dengan pengotornya

Tipe : Rotary Drum Vacuum Filter

Jumlah :1 buah

Kondisi operasi

- Suhu : 60,72°C

- Tekanan : 1,013 bar

Diameter : 0,94 m

Panjang : 1,87 m

commit to user

47

Daya : 5 Hp

3.5 Condensor

Kode : CD-01

Fungsi : Mengkondensasikan hasil atas keluaran dari MD-01

Tipe : Double pipe

Jumlah :1 buah

Panjang : 3,7 m

Kondisi operasi :

- Hot fluid : 97,25°C - 98,05°C - Cold fluid : 30°C - 45°C Spesifikasi:

Annulus, hot fluid

- Kapasitas : 22.256,12 kg/jam

- Material : Carbon steel SA 283 grade C

Inner pipe, cold fluid

- Kapasitas : 90,57 kg/jam

- Material : Carbon steel SA 283 grade C

3.6 Reboiler

Kode : RB-01

commit to user

48

Tipe : Kettle reboiler

Panjang : 4,88 m

Kondisi operasi :

- Hot fluid : 232,22°C - Cold fluid : 159,9°C Spesifikasi:

Tube, hot fluid

- Kapasitas : 93,17 kg/jam

- Material : Cast steel

- Jumlah : 14

- Panjang : 1,22 m

- Susunan : Square pitch

- OD tube : 2,03 m

Shell, cold fluid

- Kapasitas : 378,79 kg/jam

- Material : Cast steel

- ID shell : 0,23

- Jarak baffle : 0,102

3.7 Akumulator

Kode : ACC-01

commit to user

49

Tipe : Horizontal drum dengan torispherical dished head

Material : Carbon steel SA 283 grade C

Kapasitas : 1,43 m3

Kondisi operasi

- Tekanan : 1,013 bar

- Suhu : 106,55°C

Diameter : 0,84 m

Tinggi : 2,51 m

Tebal : 0,01 m (3/16 in)

3.8 Belt Conveyor

Kode : Bc-01

Fungsi :Mengangkut sekam padi dari G-01 menuju Cr-01

Tipe : Closed belt conveyor

Spesifikasi

- Kapasitas, kg/jam : 3.799,8914 kg/jam

- Lebar belt : 14 in

- Panjang belt : 9,14 m

commit to user

50

3.9 Dekanter

Tabel 3.2 Spesifikasi Alat Proses Dekanter

Nama alat Dekanter

Kode Dc-01 Dc-02

Fungsi Memisahkan furfural dengan

asam sulfat hasil keluaran R-02

Memisahkan 2 campuran larutan hasil keluaran M-02

Tipe/jenis Horizontal Decanter Horizontal Decanter

Jumlah 1 1

Kondisi Operasi

P, bar 1,013 1,013

T, oC 100,31 103,20

t, detik 123,23 101,81

Bahan kontruksi Stainless steel SA 167 Carbon steel SA 283 C

Dimensi

Diameter, m 0,91 0,93

Panjang, m 2,74 2,78

Tebal shell, m 0,01 (3/16 in) 0,01 (3/16 in)

Tinggi head, m 0,21 0,22

Tebal head, m 0,01 (3/16 in) 0,01 (3/16 in)

3.10 Tangki

Tabel 3.3 Spesifikasi Tangki

Nama alat Tangki

Kode T-01 T-02 T-03

Fungsi Menyimpan bahan

baku H2SO4 98%

selama 1 bulan

Menyimpan bahan

baku C7H8 99,5%

selama 3 bulan

Menyimpan

produk C5H4O2

99,5% selama 1

commit to user

51

Nama alat Tangki

Kode T-01 T-02 T-03

Tipe Silinder vertikal

dengan flat bottom dan conical roof

Silinder vertikal dengan flat

bottom dan conical roof

Silinder vertikal dengan flat bottom

dan conical roof

Material Carbon steel SA

283 grace C

Carbon steel SA 283 grace C

Carbon steel SA 283 grace C

Jumlah 1 2 1

Kondisi operasi

-Tekanan, bar

-Suhu, °C

1,013 30 1,013 30 1,013 40

Volume, m3 234,56 3.132,0 287,65

Dimensi

-Diameter, m

-Tinggi total, m

-Tebal silinder, m

Course 1 Course 2 Course 3 Course 4 Course 5 Course 6

-Tebal head, m

7,62 6,87 0,02 0,01 0,01 - - - 0,01 21,34 8,76 0,03 0,03 0,03 0,03 0,02 - 0,02 6,09 12,08 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01

commit to user

52

3.11 Mixer

Tabel 3.4 Spesifikasi Alat Proses Mixer

Nama alat Mixer

Kode M-01 M-02

Fungsi

Mencampurkan asam sulfat dengan air serta hasil dari

recycle Dc-01

Mencampurkan furfural dengan toluena sebagai

solvent

Tipe/jenis Tangki vertikal berpengaduk vertikal berpengaduk

Jumlah 1 1

Volume, m3 2,32 10,73

Kondisi operasi

P, bar 1,013 1,013

T, oC 70 103,20

t, detik 300 1800

Material Stainless steel SA 167 Carbon steel SA 283 C

Dimensi

Diameter, m 1,39 2,39

Tinggi, m 1,39 2,39

Tebal shell, m 0,01 (3/16 in) 0,01 (5/16 in)

Tinggi head, m 0,28 0,46

Tebal head, m 0,01 (3/16 in) 0,01 (1/4 in)

Pengaduk

Daya pengaduk, Hp 4 5

Jenis pengaduk Turbin dengan 6 blade

dengan 4 baffle

Turbin dengan 6 blade dengan 4 baffle

Diameter, m 0,46 0,80

commit to user

53

3.12 Heat Exchanger

Tabel 3.5. Spesifikasi alat penukar panas (Heat Exchanger Shell and Tube)

Nama Alat Heat Exchanger Shell and Tube

Kode HE-01 HE-02

Fungsi Memanaskan keluaran

filtrat (F-01) sebelum masuk ke R-02

Mendinginkan keluaran Dc-01 sebelum masuk ke

M-01

Luas tr. panas, ft2 642,96 (59,73 m2) 227,29 (21,12 m2)

Beban kerja, kJ/jam 9.520.453,36 1.610.257,25

Spesifikasi Shell

- Fluida

- ID pipa, m

- Baffle, m

- Passes

- ΔP, psia

- Material

Hasil keluaran F-01 0,54

0,40 1 0,33 (0,02 bar)

Carbon Steel SA 283 grade C

Hasil keluaran Dc-01 0,31

0,23 1

0,89 (0,061 bar)

Carbon Steel SA 283 grade C

Spesifikasi Tube

- Fluida

- ID pipa, m

- OD pipa, m

- BWG

- Susunan pitch

- Jumlah

- Passes

- Panjang, m

- ΔP, psia

- Material Saturated steam 0,02 0,03 16 Triangular 164 1 4,57 0,44 (0,03 bar)

Cast stell Air pendingin 0,02 0,02 16 Triangular 82 1 4,57 0,32 (0,022 bar)

commit to user

54

Tabel 3.6 Spesifikasi alat penukar panas (Heat Exchanger Double Pipe)

Nama Alat Heat Exchanger Double Pipe

Kode HE-03 HE-04

Fungsi Memanaskan produk

keluaran Dc-02 ke MD-01

Mendinginkan produk furfural sebelum ke T-03

Luas tr. panas , ft2 13,96 (1,30 m2) 13,46 (1,25 m2)

Beban kerja, kJ/jam 165.386,628 85.779,37

Spesifikasi Annulus

- Fluida

- ID pipa, m

- OD pipa, m

- Panjang

hairpain

- Jumlah

hairpain

- ΔP, psia

- Material

Hasil keluaran Dc-02 0,08

0,09 3,66 2

6,09 (0,419 bar)

Carbon steel SA 283 grade C Produk furfural 0,08 0,09 3,66 4

0,024 (0,002 bar)

Carbon steel SA 283 grade C

Spesifikasi Inner pipe

- Fluida

- ID pipa, m

- OD pipa, m

- ΔP, psia

- Material

Steam

0,05 0,06 0,0001

Carbon steel SA 283 grade C

Air 0,05 0,06 0,129 (0,009 bar)

commit to user

55

3.13 Pompa

Tabel 3.7 Spesifikasi Pompa Proses

Nama Alat Pompa

Kode P-01 P-02 P-03

Fungsi Mengalirkan

larutan asam sulfat dari T-01

menuju M-01

Mengalirkan air dari tangki di utilitas menuju

M-01

Mengalirkan asam sulfat dan

air dari M-01 menuju R-01

Tipe Single stage

sentrifugal pump

Single stage sentrifugal pump

Single stage sentrifugal pump

Kapasitas, Liter 325 22.320 28.000

Head pompa, m 1,5 2 2,75

Power motor, Hp 0,5 1 1

Voltase, Volt Ampere, A Frekuensi, Hz

220

2 4 4

60

Bahan konstruksi Steinless steel Comercial steel Steinless steel

Pipa :

Diameter , in 1 5 3,5

commit to user

56 Lanjutan Tabel 3.7

Nama Alat Pompa

Kode P-04 P-05 P-06

Fungsi Mengalirkan

produk dari R-01A menuju

R-01B

Mengalirkan produk dari R-01B menuju

F-01

Mengalirkan produk dari F-01

menuju HE-01

Tipe Single stage

sentrifugal pump

Single stage sentrifugal pump

Multi stage sentrifugal pump

Kapasitas, Liter 31.220 26.000 53.000

Head pompa, m 2,25 2,25 1

Power motor, Hp 0,5 0,5 200

Voltase, Volt Ampere, A Frekuensi, Hz

220

2 2 80

60

Bahan konstruksi Steinless steel Steinless steel Steinless steel

Pipa :

Nominal, in 4 4 5

commit to user

57 Lanjutan Tabel 3.7

Nama Alat Pompa

Kode P-07 P-08 P-09

Fungsi Mengalirkan arus

recycle dari

Dc-01 menuju HE-02

Mengalirkan produk dari Dc-01 menuju

M-02

Mengalirkan larutan toluena dari T-01 menuju

M-02

Tipe Single stage

sentrifugal pump

Single stage sentrifugal pump

Single stage sentrifugal pump

Kapasitas, Liter 20.000 11.600 26.000

Head pompa, m 1 2,25 8,75

Power motor, Hp 0,5 0,5 1,5

Voltase, Volt Ampere, A Frekuensi, Hz

220

2 2 6

60

Bahan konstruksi Steinless steel Comercial steel Comercial steel

Pipa :

Nominal 4 2,5 3,5

commit to user

58 Lanjutan Tabel 3.7

Nama Alat Pompa

Kode P-10 P-11 P-12

Fungsi Mengalirkan

produk furfural dari M-02 menuju

Dc-01

Mengalirkan produk furfural

dari Dc-02 menuju MD-01

Mengalirkan toluena dari ACC-01 menuju MD-ACC-01

Tipe Single stage

sentrifugal pump

Single stage sentrifugal pump

Single stage sentrifugal pump

Kapasitas, Liter 40.000 29.000 29.000

Head pompa, m 2,75 8 5,1

Power motor, Hp 4 3 1

Voltase, Volt Ampere, A Frekuensi, Hz

220

16 12 4

60

Bahan kontruksi Comercial steel Comercial steel Comercial steel

Pipa:

Nominal 5 4 2,5

commit to user

59 Lanjutan Tabel 3.7

Nama Alat Pompa

Kode P-13

Fungsi Mengalirkan produk furfural

dari MD-01 menuju T-03

Tipe Single stage sentrifugal pump

Kapasitas, Liter 8.400

Head pompa, m 3,75

Power motor, Hp 0,5

Voltase, Volt Ampere, A Frekuensi, Hz

220 2 60

Bahan kontruksi Comercial steel

Pipa :

Nominal, in 0,75

commit to user

60

BAB IV

UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM

4.1 Unit Pendukung Proses

Unit pendukung proses atau utilitas merupakan bagian penting untuk penunjang proses produksi dalam pabrik. Utilitas di pabrik furfural meliputi unit penyediaan dan pengolahan air, unit penyediaan steam dan bahan bakar, unit penyediaan udara instrument, unit pembangkit dan pendistribusian listrik dan unit pengolahan limbah.

4.1.1 Unit Penyediaan dan Pengolahan Air

Dalam perencanaan pabrik furfural ini, sumber air yang digunakan berasal dari air sungai Donan, Jawa Tengah. Pertimbangan penggunaan air sungai sebagai sumber untuk mendapatkan air karena air sungai adalah sumber air yang kontinuitasnya relatif tinggi, sehingga kendala kekurangan air dapat dihindari, pengolahan air sungai relatif lebih mudah, sederhana, dan biaya pengolahan relatif murah dibandingkan dengan proses pengolahan air laut (lebih rumit dan biaya pengolahannya lebih besar). Unit penyediaan dan pengolahan air berfungsi untuk penyediaan dan pengolahan air meliputi air pendingin, air proses, air umpan boiler, air konsumsi umum dan sanitasi.

commit to user

61

4.1.1.1 Air Pendingin dan Air Proses

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pengolahan air sungai sebagai

pendingin adalah partikel-partikel yang terdapat dalam air sungai yang dapat menyebabkan fouling pada alat-alat proses, kesadahan (hardness) yang dapat menyebabkan kerak, sifat dari alat proses mengandung besi yang dapat menimbulkan korosi.

Air yang digunakan pada suatu pabrik dapat digunakan setelah mengolah air terlebih dahulu agar memenuhi syarat untuk digunakan. Tahapan-tahapan pengolahan air meliputi penyaringan, pengendapan secara fisis, pengendapan secara kimia, unit pengolahan air untuk perumahan dan perkantoran, serta unit pengolahan air untuk umpan boiler.

Penyaringan air difungsikan untuk mencegah terikutnya kotoran berukuran besar yang masuk kedalan bak pengendapan awal. Pengendapan secara fisis dilakukan setelah penyaringan. Air dari sungai setelah disaring menggunakan filter kemudiaan dialirkan ke bak penampungan atau pengendapan awal. Level control

system yang terdapat di bak penampung berfungsi untuk mengatur aliran masuk

sehingga sesuai dengan keperluan pabrik.

Dalam bak pengendapan awal kotoran-kotoran akan mengendap karena gaya berat. Waktu tinggal dalam bak ini berkisar 4-8 jam. Selanjutnya dilakukan pengendapan secara kimia. Kotoran-kotoran yang tersuspensi dalam air digumpalkan

commit to user

62

dan diendapkan dalam bak penggumpal dengan menambahkan bahan-bahan kimia,

alumunium sulphat . Dalam pembentukan koagulan waktu yang diperlukan antara 3-4

jam. Kotoran yang telah mengendap di blow down, sedangkan air yang keluar dari bagian atas dialirkan ke sand filter atau bak saringan pasir. Air dari tangki penyaring air ini digunakan langsung untuk make up air pendingin. Sedangkan air untuk perkantoran, pabrik dan air umpan boiler perlu diolah lebih dahulu.

Air dari unit pengolahan air untuk perumahan dan perkantoran digunakan untuk keperluan sehari-hari. Air dari tangki penyaring dialirkan ke tangki penampung. Selanjutnya air disuntikkan gas klorin dengan tujuan membunuh kuman sebelum ditampung dalam bak penampung air bersih dan dapat digunakan untuk keperluan sehari-hari di kantor dan pabrik. Air proses digunakan sebagai media pengenceran dan filter untuk kebutuhan proses dapat dilihat pada table 4.1 dan Air pendingin digunakan sebagai fluida dingin pada heat exchanger dan cooling tower dapat dilihat dari table 4.2.

Tabel 4.1 Kebutuhan Air Proses

No. Kode Alat Nama Alat Kebutuhan (kg/jam)

1 M-01 Mixer-01 22.799.349

2 F-01 Filter-01 295,632

commit to user

63

Tabel 4.2 Kebutuhan Air Pendingin

No. Kode Alat Kebutuhan (kg/jam)

1 HE-02 10.084,47

2 HE-04 2.515,42

4 CD-01 25.266,12

5 CT 919

Total 38.785,011

Diperkirakan air yang hilang sebesar 10% sehingga kebutuhan make-up air untuk pendingin adalah 3.878,5 kg/jam.

4.1.1.2 Air Umpan Boiler

Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam penanganan air umpan boiler adalah kandungan yang dapat menyebabkan korosi di dalam boiler disebabkan karena

air mengandung larutan-larutan asam dan gas-gas yang terlarut seperti O2, CO2, H2S,

pembentukan kerak (scale forming) disebabkan karena adanya kesadahan dan suhu tinggi dan kandungan yang dapat menyebabkan pembusaan (foaming) karena adanya zat-zat organik, anargonik, dan zat-zat yang tidak larut dalam jumlah besar, efek pembusaan terjadi pada alkalinitas tinggi.

Tahapan pengolahan air agar dapat digunakan sebagai air umpan boiler meliputi:

1. Tahap pengolahan air sungai

Air umpan boiler yang digunakan berasal dari air sungai dimana pengolahan awal yang dilakukan sama dengan pengolahan air sungai.

commit to user

64 2. Kation Exchanger

Kation exchanger berfungsi untuk mengikat ion-ion positif yang terlarut dalam

air lunak. Kemungkinan jenis kation yang ada adalah Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+

dan Al3+. Alat ini berupa silinder tegak yang berisi tumpukan butir-butir resin

penukar ion. 3. Anion Exchanger

Alat ini hampir sama dengan kation exchanger namun memiliki fungsi yang berbeda yaitu mengikat ion-ion negatif yang ada dalam air lunak. Kemungkinan jenis anion yang ada adalah HCO3-, CO32-, Cl- dan SiO32-.

4. Deaerasi

Unit deaerator berfungsi menghilangkan gas seperti O2, CO2, H2S. Di dalam

deaerator diinjeksikan bahan-bahan kimia, bahan tersebut adalah Hidrazin

berfungsi mengikat oksigen berdasarkan reaksi berikut (IV-1). Nitrogen sebagai

hasil reaksi bersama-sama dengan gas lain seperti CO2 dihilangkan melalui

stripping dengan uap air bertekanan rendah.

N2H4 + O2→ 2H2O + N2………..………..(4-1)

Larutan ammonia berfungsi mengontrol pH air yang keluar dari deaerator, pH-nya sekitar 8,5-9,5 keluar dari deaerator, ke dalam air umpan ketel kemudian

diinjeksikan larutan fosfat (Na3PO4H2O) untuk pencegahan terbentuknya kerak

silika dan kalsium pada steam drum dan tube boiler. Unit pendingin, air pendingin yang digunakan dalam proses sehari-hari berasal dari air pendingin

commit to user

65

yang telah digunakan dalam pabrik yang kemudian didinginkan pada cooling

tower. Kehilangan air karena penguapan, terbawa tetesan oleh udara maupun

dilakukannya blow down di cooling tower diganti dengan air yang disediakan oleh tangki penyaring air. Air pendingin harus mempunyai sifat-sifat yang tidak korosif, tidak menimbulkan kerak dan tidak mengandung mikroorganisme yang dapat menimbulkan lumut. Masalah-masalah tersebut diatasi dengan cara menginjeksikan bahan-bahan kimia ke dalam air pendingin. Bahan kimia yang diinjeksikan berupa hidrazin berguna mencegah timbulnya kerak dan klorin berguna membunuh mikroorganisme. Skema gambar pengolahan air sungai terlihat pada gambar 4.1.

commit to user

87

Tabel 6.5 Fixed Manufacturing Cost (FMC)

No. Jenis US $ Rp. Total Harga (Rp)

1. Depresiasi 572,464 3.184.429.561 8.574.180.434

2. Property Tax 71,558 398.053.695 1.071.772.554

3. Asuransi 71,558 398.053.695 1.071.772.554

Fixed Manufacturing Cost (FMC) 715,580 3.980.536.951 10.717.725.543

Total Manufacturing Cost (TMC)

TMC = DMC + IMC + FMC = Rp 104.311.640.439 Tabel 6.6 General Expense (GE)

No. Jenis US $ Rp. Total Harga (Rp)

1. Administrasi 0 2.677.000.000 2.677.000.000

2. Sales 315.035 0 2.966.056.442

3. Research 441.049 0 4.152.479.019

4. Finance 386,205 1.347.344.184 4.983.461.426 General Expense (GE) 1,142,289 4.024.344.184 14.778.996.888

Total Production Cost (TPC)

TPC = TMC + GE = Rp. 119.090.637.327

Untuk itu pada prarancangan pabrik Furfural ini, kelayakan investasi modal pada sebuah pabrik akan dianalisis meliputi :

a. Profitability

Profitability = Total penjualan produk – total biaya produksi

commit to user

88

b. Percent Return on Investment (%ROI)

ROI membandingkan laba rata – rata terhadap Fixed Capital Investment.

Prb =

F I 100% . b P

Pra =

F I 100% . a P

Prb = % ROI sebelum pajak

Pra = % ROI setelah pajak

Pb = Keuntungan sebelum pajak

Pa = Keuntungan setelah pajak

IF = Fixed Capital Investment

(Aries & Newton, 1955)

c. Pay Out Time (POT)

POT sebelum pajak =

POT sesudah pajak =

(Aries & Newton, 1955)

d. Break Event Point (BEP)

Untuk menghitung BEP dibutuhkan data-data sebagai berikut : 1. Fixed Manufacturing Cost (Fa)

2. Variable Cost (Va)

- Raw material = Rp 11.402.607.578

- Packaging + transport = Rp 51.905.987.743 Depresiasi

taxes after Profit

Investment Capital

Fixed



Depresiasi taxes

before Profit

Investment Capital

Fixed

commit to user

89

- Utilitas = Rp 21.996.417.730

- Royalti = Rp 1.483.028.221

Total = Rp 86.788.041.272

3. Regulated Cost (Ra)

- Labor = Rp 5.400.000.000

- Supervisi = Rp 1.152.000.000

- Payroll overhead = Rp 810.000.000 - Plant overhead = Rp 2.700.000.000

- Laboratorium = Rp 504.000.000

- General expense = Rp 14.788.996.888

- Maintenance = Rp 6.828.689.021

- Plant supplies = Rp 1.024.303.353

Total = Rp 33.233.989.262

4. Penjualan (Sa)

Fa = Annual fixed expense at max production Ra = Annual regulated expense at max production Sa = Annual sales value at max production

Va = Annual variable expense at max production

(Peters & Timmerhause, 2003) 100%

x 0,7.Ra -Va -Sa

0,3.Ra Fa

commit to user

90

e. Shut Down Point (SDP)

(Peters & Timmerhause, 2003)

f. Discounted Cash Flow (DCF)

Analisa kelayakan ekonomi dengan menggunakan DCF dibuat dengan mempertimbangkan nilai uang yang berubah terhadap waktu dan didasarkan atas investasi yang tidak kembali pada akhir tahun selama umur pabrik. Rate of return based on discounted cash flow adalah laju bunga maksimum di mana suatu pabrik (proyek) dapat membayar pinjaman beserta bunganya pada bank selama umur pabrik. DCF didapat dengan trial and error dengan persamaan:

dengan :

FCI = Fixed capital investment WC = Workig capital

C = Annual cash flow

= profit after taxes + finance + depreciation SV = Salvage value ( dianggap = 0% x FCI) diperkirakan umur pabrik (n) = 10 tahun

Dengan trial and error diperoleh I = DCF = 24,50% 100% x 0,7.Ra -Va -Sa 0,3.Ra SDP

     

2 3

 

n

 

n

i 1 SV WC i 1 1 ... i 1 1 i 1 1 i 1 1 . C WC FCI                  

commit to user

91

Suku bunga investasi di bank per tanggal 06 Februari 2012 adalah 13,5% (www.bankmandiri.co.id). Hasil perhitungan analisa kelayakan tersebut di atas dapat dibuat tabel kesimpulan dan grafik sebagai berikut:

Tabel 6.7 Analisa kelayakan

No. Keterangan Perhitungan Batasan

1.

2.

3. 4. 5.

Return On Investment (ROI) ROI sebelum pajak

ROI setelah pajak Pay out time (POT) POT sebelum pajak POT sesudah pajak Break Even Point (BEP) Shut Down Point (SDP) Discounted Cash Flow (DCF)

27,26% 20,44%

2,84 tahun 3,52 tahun 54,08% 26,07% 23,16%

Min 11% -

Maks 5 tahun (Resiko rendah)

40% - 60% - Min. 13,5% (bunga simpanan di

Bank Mandiri)

Dari analisis ekonomi yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan bahwa pendirian pabrik Furfural dengan kapasitas 3.000 ton/tahun layak dipertimbangkan untuk direalisasikan pembangunannya.

commit to user

92 Keterangan gambar :

FC : Fixed manufacturing cost Sa : Sales

Va : Variable cost SDP : Shut down point

Ra : Regulated cost BEP : Break even point

Gambar 6.2 Grafik analisa kelayakan pabrik

Fa Va Ra

Sa

SDP BEP

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

H

ar

ga

(R

p

x

10

9 )

Kapasitas produksi (%) 54,08%

26,07 %

0,3R