Pembuatan Poli Asam Laktat (PLA) dari Dekstrosa dengan Kapasitas Produksi 15.000 ton/tahun.

(1)

PRA RANCANGAN PABRIK

PEMBUATAN POLI ASAM LAKTAT (PLA)

DARI DEKSTROSA

DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 15.000 TON/TAHUN

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Kimia

OLEH : NARIA SIMANGUNSONG

NIM : 060405038

D E P A R T E M E N T E K N I K K I M I A

F A K U L T A S T E K N I K

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N

(2)

KATA PENGANTAR

Puji syukur Penulis panjatkan kepada Tuhan yang selalu memberikan kesehatan dan menunjukkan jalan dan pengharapan sehingga Penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul Pembuatan Poli Asam Laktat (PLA) dari Dekstrosa dengan Kapasitas Produksi 15.000 ton/tahun.

Pra–rancangan pabrik ini disusun untuk melengkapi salah satu syarat dalam menyelesaikan perkuliahan pada Program Studi Strata Satu (S1) Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, Penulis banyak menerima bantuan, bimbingan dan fasilitas dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini Penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Ibu Dr. Ir.Hamidah Harahap ,MSc. dosen pembimbing I yang telah banyak memberikan masukan, motivasi dan bimbingan serta pengertian kepada Penulis selama penulisan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, MSi, dosen pembimbing II sekaligus Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. yang telah banyak memberikan masukan dan bimbingan kepada Penulis selama penulisan Tugas Akhir ini.

3. Ibu Ir. Renita Manurung, MT, Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

4. Ibu Dr. Ir. Fatimah , MSc. Sekretaris Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak dan Ibu dosen staf pengajar Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

6. Ayahanda A. Simangunsong dan Ibunda M. pakpahan yang selalu memotivasi dan tidak henti berdoa agar penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

7. PKK dan teman satu KTB (K’Eva, K’Inneke, K’Febrin, B’Adrianto, Locce) serta adek- adek kelompok saya (Elvi, Elisabet, Sulastri, Rotua, Allen, Boyke dan Johannes) yang selalu setia berdoa, memberikan semangat dan

(3)

motivasi serta memberikan bantuan material dalam peyelesaian Tugas Akhir ini.

8. Agus boy Simanjuntak sebagai teman seperjuangan Penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

9. Kawan – kawan di An→katan ’06 yan→ tela↓ banyak memberikan masukan, doa dan motivasinya kepada Penulis.

10.Abang dan Kakak Alumni yang tidak tersebutkan namanya yang telah banyak memberikan masukan, doa dan motivasinya kepada Penulis.

11.Adik – Adik di Teknik Kimia USU yang tidak tersebutkan namanya yang telah banyak memberikan bantuan, masukan, doa dan motivasinya kepada Penulis.

12.Teman – teman pelayanan UKM KMK UP FT yang telah banyak memberikan motivasi dan doa kepada penulis.

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, Penulis menyadari masih banyak terdapat kekurangan baik isi ataupun kesalahan penulisan tugas akhir ini. Oleh karena itu Penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca sehingga tulisan ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Medan, Agustus 2011

(Naria Simangunsong)

(4)

INTISARI

Plastik telah dikenal luas dalam kehidupan manusia. Berbagai barang kebutuhan hidup mulai barang-barang sederhana hingga barang-barang berteknologi terus meningkat menumbuhkan kekhawatiran mengenai dampak buruknya terhadap lingkungan. Penanganan sampah plastik antara lain dilakukan dengan cara daur ulang, pembakaran (incineration), dan penguburan (landfill). Pembakaran sampah plastik menghasilkan zat-zat beracun yang berbahaya bagi makhluk hidup, sementara cara penguburan tidak efektif karena plastik sangat sulit terdegradasi. Salah satu cara yang dikembangkan untuk mengatasi masalah sampah plastik adalah penggunaan plastik biodegradable.

Poli Asam laktat yang diproduksi 15.000 ton/tahun dengan 350 hari kerja dengan bahan baku dekstrosa pada bakteri lactobacillus delburkcii. Lokasi pabrik pembuatan PLA ini direncanakan didirikan di daerah Sidoarjo,Jawa timur dengan luas areal 20.000 m2, tenaga kerja yang dibutuhkan 153 orang dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) yang dipimpin oleh seorang direktur utama dengan struktur organisasi sistem garis.

Hasil analisa ekonomi pabrik Poli Asam Laktat adalah sebagai berikut:  Total Modal Investasi : Rp 210.897.576.652,-

 Biaya Produksi : Rp 453.183.835.546,-  Hasil Penjualan : Rp.570.857.873.534,-  Laba Bersih : Rp 190.940.743.256,-

 Profit Margin : 20,51 %

 Break Even Point : 51,54 %

 Return on Investment : 22,29 %

 Pay Out Time : 4,49 tahun

 Return on Network : 37,15 %

 Internal Rate of Return : 34,01 %

Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa pabrik pembuatan Poli Asam laktat ini layak untuk didirikan.

(5)

DAFTAR ISI

Hal

KATA PENGANTAR ... i

INTISARI ... iii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR LAMPIRAN ... xiii

BAB I PENDAHULUAN ... I-1 1.1 Latar Belakang ... I-1 1.2 Perumusan Masalah ... I-2 1.3 Tujuan Perancangan Pabrik ... I-4 1.4 Manfaat Perancangan ... I-4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... II-1 2.1 Poli Asam Laktat (PLA)... II-1 2.2 Aplikasi PLA sebagai pengganti plastik konvensinal ... II-2 2.3 Proses Pembuatan Poli Asam Laktat ... II-4 2.3.1 Fermentasi Asam Laktat ... II-5 2.3.2 Polimerisasi Asam Laktat ... II-7 2.4 Deskripsi Proses ... II-10 2.5 Sifat- sifat Reaktan , Bahan pembantu dan Produk... II-12

BAB III NERACA MASSA ... III-1

BAB IV NERACA ENERGI ... IV-1

BAB V SPESIFIKASI PERALATAN ... V-1

BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ... VI-1 6.1 Instrumentasi ... VI-1 6.1.1 Tujuan Pengendalian ... VI-3 6.1.2 Jenis-jenis Pengendalian dan Alat Pengendali ... VI-3 6.1.3 Syarat Perancangan Pengendalian... VI-10 6.2 Keselamatan Kerja ... VI-13 6.3 Keselamatan Kerja Pabrik ... VI-14 6.3.1 Pencegahan Terhadap Kebakaran dan Peledakan ... VI-14

(6)

6.3.2 Peralatan perlindungan Diri ... VI-16 6.3.3 Keselamatan Kerja terhadap Listrik ... VI-16 6.3.4 Pencegahan Terhadap Gangguan Kesehatan ... VI-17 6.3.5 Pencegahan terhadap Bahaya Mekanis ... VI-17

BAB VII UTILITAS ... VII-1 7.1 Kebutuhan Steam (Uap) ... VII-1 7.2 Kebutuhan Air ... VII-2 7.2.1 Screening ... VII-6 7.2.2 Sedimentasi ... VII-6 7.2.3 Klarifikasi ... VII-7 7.2.4 Filtrasi ... VII-8 7.2.5 Demineralisasi ... VII-9 7.2.6 Deaerator ... VII-13 7.3 Kebutuhan Bahan Kimia ... VII-13 7.4 Kebutuhan Listrik... VII-13 7.5 Kebutuhan Bahan Bakar ... VII-14 7.6 Unit Pengolahan Limbah ... VII-15 7.7 SpesifikasPeralatan Utilitas ... VII-21

BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ... VIII-1 8.1 Lokasi Pabrik ... VIII-4 8.2 Tata Letak Pabrik ... VIII-7 8.3 Perincian Luas Areal Pabrik... VIII-9

BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN ... IX-1 9.1 Organisasi Perusahaan ... IX-1 9.2 Manajemen Perusahaan ... IX-3 9.3 Bentuk Hukum Badan Usaha ... IX-4 9.4 Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab ... IX-6 9.5 Sistem Kerja ... IX-8 9.6 Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan... IX-10 9.7 Sistem Penggajian ... IX-12 9.8 Tata Tertib ... IX-13 9.9 JAMSOSTEK dan Fasilitas Tenaga Kerja ... IX-14

(7)

BAB X ANALISA EKONOMI ... X-1 10.1 Modal Investasi ... X-1 10.2 Biaya Produksi Total (BPT)/ Total Cost (TC) ... X-4 10.3 Total Penjualan (Total Sales) ... X-5 10.4 Bonus Perusahaan ... X-5 10.4 Perkiraan Rugi/Laba Usaha... X-5 10.5 Analisa Aspek Ekonomi ... X-5

BAB XI KESIMPULAN ... XI-1

DAFTAR PUSTAKA ...

xiv

LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS

LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI

(8)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Neraca Massa pada Mixer (M-101) ... III-2 Tabel 3.2 Neraca Massa pada Fermentor (R-101) ... III-2 Tabel 3.3 Neraca Massa pada Tangki Koagulasi (R-102) ... III-2 Tabel 3.4 Neraca Massa pada tangki pencampur (M-102) ... III-3 Tabel 3.5 Neraca Massa pada Disk Centrifuse (CV-10) ... III-3 Tabel 3.6 Neraca Massa pada Evaporator (Ev-101) ... III-3 Tabel 3.7 Neraca Massa pada Tangki Acidifikasi (R-103) ... III-3 Tabel 3.8 Neraca Massa pada Pencampur Asam Sulfat(M-103) ... III-4 Tabel 3.9 Neraca Massa pada Filter press (FP-101) ... III-4 Tabel 3.10 Neraca Massa pada Tangki Penampung (TA-107) ... III-4 Tabel 3.11 Neraca Massa pada Evaporator II (EV-102) ... III-4 Tabel 3.12 Neraca Massa pada Reaktor prepolimerisasi (R-204) ... III-5 Tabel 3.13 Neraca Massa pada Destilasi (DI-201) ... III-5 Tabel 3.14 Neraca Massa pada Reaktor Polimerisasi (R-205)... III-6 Tabel 3.15 Neraca Massa pada Centrifuge (CF-201) ... III-6 Tabel 3.16 Neraca Massa pada Cristalizer (CR-201) ... III-6 Tabel 4.1 Neraca energi pada Fermentor (R-101)... IV-1 Tabel 4.2 Neraca energi pada Tangki Koagulasi (R-102) ... IV-2 Tabel 4.3 Neraca energi pada Evaporator I (EV-101) ... IV-2 Tabel 4.4 Neraca energi pada Tangki Acidifikasi (R -103) ... IV-3 Tabel 4.5 Neraca energi pada Evaporator II (EV-102) ... IV-3 Tabel 4.6 Neraca energi pada Heater (E-101) ... IV-3 Tabel 4.7 Neraca energi pada Reaktor Prepolimerisasi (R-204) ... IV-4 Tabel 4.8 Neraca energi pada Kondensor ( E-202) ... IV-4 Tabel 4.9 Neraca energi pada Reboiler (E-203) ... IV-4 Tabel 4.10 Neraca energi pada Cooler (E-201)... IV-5 Tabel 4.11 Neraca energi pada Cooler (EV-204) ... IV-5 Tabel 4.12 Neraca energi pada Reaktor Polimerisasi (R -205) ... IV-5 Tabel 6.1 Daftar penggunaan instrumentasi pada Pra-rancangan Pabrik PLA ... VI-10 Tabel 7.1 Kebutuhan Uap... VII-1

(9)

Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin ... VII-2 Tabel 7.3 Kebutuhan Air Proses ... VII-3 Tabel 7.4 Pemakaian Air untuk Berbagai Kebutuhan ... VII-4 Tabel 7.5 Kualitas Air Kali Mas (Sungai Surabaya) ... VII-5 Tabel 7.6 Kebutuhan Listrik pada Alat Utilitas ... VII-13 Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah ... VIII-9 Tabel 9.1 Susunan Jadwal Shift Karyawan ... IX-9 Tabel 9.2 Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya ...IX-10 Tabel 9.3 Perincian Gaji Karyawan ...IX-12 Tabel LA-1 Neraca Massa pada Mixer (M-101) ... LA -2 Tabel LA-2 Neraca Massa pada Fermentor (R-101) ... LA -3 Tabel LA-3 Neraca Massa pada Tangki Koagulasi (R-102) ... LA -5 Tabel LA-4 Neraca Massa pada tangki pencampur (M-102) ... LA -6 Tabel LA-5 Neraca Massa pada Disk Centrifuse (CV-10) ... LA -7 Tabel LA-6 Neraca Massa pada Evaporator (Ev-101) ... LA -8 Tabel LA-7 Neraca Massa pada Tangki Acidifikasi (R-103) ... LA -10 Tabel LA-8 Neraca Massa pada Pencampur Asam Sulfat(M-103) ... LA -11 Tabel LA-9 Neraca Massa pada Filter press (FP-101) ... LA -12 Tabel LA-10 Neraca Massa pada Tangki Penampung (TA-107) ... LA -12 Tabel LA-11 Neraca Massa pada Evaporator II (EV-102) ... LA -13 Tabel LA-12 Neraca Massa pada Destilasi (DI-201) ... LA -15 Tabel LA-13 trial titik embun destilat ... LA -16 Tabel LA-13 trial titik gelembung bottom ... LA -16 Tabel LA-14 Neraca massa destilat (Ld) ... LA -18 Tabel LA-15 Neraca Massa pada Vd ... LA -18 Tabel LA-16 Neraca Massa pada Reaktor prepolimerisasi (R-204) ... LA -21 Tabel LA-13 Neraca Massa pada Destilasi (DI-201) ... LA -23 Tabel LA-14 Neraca Massa pada Reaktor Polimerisasi (R-205)... LA -23 Tabel LA-15 Neraca Massa pada Centrifuge (CF-201) ... LA -21 Tabel LA-16 Neraca Massa pada Cristalizer (CR-201) ... LA -21 Tabel LB-1.1 Nilai Konstanta Cp gas ... LB-1 Tabel LB-1.2 Nilai Konstanta Cp cairan ... LB-2

(10)

Tabel LB-1.3 Nilai Kapasitas Panas Liquid ... LB-2 Tabel LB-1.4 Tabel Kontribusi Unsur Atom dengan Metode Hurst dan Harrison .. LB-3 Tabel LB-1.5 Data Kapasitas Panas Berbagai zat ... LB-4 Tabel LB-2.1 Data Panas Pembentukan Standar ... LB-4 Tabel LB-2.2 Kontribusi Gugus Panas Reaksi Pembentukan ... LB-5 Tabel LB-3.1 Panas Laten ... LB-5 Tabel LB-4.1 Neraca Panas Fermentor ... LB-9 Tabel LB-4.2 Perhitungan Panas Masuk Tangki Koagulasi ... LB-10 Tabel LB-4.3 Perhitungan Panas Keluar pada Tangki Koagulasi ... LB-10 Tabel LB-4.4 Panas Reaksi Standar ... LB-11 Tabel LB-4.5 Neraca Panas Tangki koagulasi ... LB-12 Tabel LB-4.6 Neraca Panas Masuk Evaporator I ... LB-13 Tabel LB-4.7 Panas Laten air ... LB-13 Tabel LB-4.8 Neraca Panas keluar Evaporator I ... LB-14 Tabel LB-4.9 Neraca Panas Evaporator I ... LB-15 Tabel LB-4.10 Neraca Panas Masuk Tangki Asidifikasi ... LB-15 Tabel LB-4.11 Neraca Panas Keluar Tangki Asidifikasi ... LB-16 Tabel LB-4.12 Panas Reaksi Standar ... LB-16 Tabel LB-4.13 Neraca Panas Tangki Asidifikasi ... LB-17 Tabel LB-4.14 Neraca Panas Masuk TA-107 ... LB-18 Tabel LB-4.15 Panas Laten Air ... LB-19 Tabel LB-4.16 Neraca Panas Keluar Evaporator II ... LB-20 Tabel LB-4.17 Neraca Panas Evaporator II ... LB-21 Tabel LB-4.18 Neraca Panas Masuk Reaktor Prepolimerisasi ... LB-21 Tabel LB-4.19 Data Temperatur titik didih pada kondisi operasi Reaktor ... LB-22 Tabel LB-4.20 Data Panas laten ... LB-22 Tabel LB-4.21 Neraca Panas Keluar ... LB-22 Tabel LB-4.22 Panas Reaksi Standar 298,15 K ... LB-23 Tabel LB-4.23 Neraca Panas Reaktor Prepolimerisasi ... LB-24 Tabel LB-4.24 Neraca Panas Keluar cooler (E-101) ... LB-25 Tabel LB-4.25 Neraca Panas Cooler (E-101) ... LB-25 Tabel LB-4.26 Trial Titik Didih umpan masuk Kolom Destilasi ... LB-26

(11)

Tabel LB-4.27 Trial Titik Embun Destilat ... LB-27 Tabel LB-4.28 Neraca Panas Masuk Kondensor ... LB-27 Tabel LB-4.29 Neraca Panas Keluar Kondensor ... LB-27 Tabel LB-4.30 Neraca Panas Kondensor ... LB-28 Tabel LB-4.31 Trial Titik Gelembung bottom ... LB-28 Tabel LB-4.32 Neraca Panas Masuk Reboiler ... LB-29 Tabel LB-4.33 Neraca Panas Keluar Reboiler ... LB-29 Tabel LB-4.34 Neraca Panas Reboiler ... LB-30 Tabel LB-4.35 Neraca Panas Keluar Cooler (E-204) ... LB-30 Tabel LB-4.36 Neraca Panas Cooler (E-204) ... LB-31 Tabel LB-4.37 Neraca Panas Keluar Reaktor Polimerisasi ... LB-32 Tabel LB-4.38 Neraca Panas Reaksi Standar ... LB-32 Tabel LB-4.39 Neraca Panas Reaktor Polimerisasi ... LB-33 Tabel LC-1 Kapasitas bahan Baku Padatan ... LC-1 Tabel LC-2 Perencanaan Susunan Bahan baku ... LC-2 Tabel LC-3 Komposisi bahan pada Mixer (M-101) ... LC-8 Tabel LC-4 Komposisi bahan pada Mixer (M-102) ... LC-10 Tabel LC-5 Komposisi bahan pada Mixer (M-103) ... LC-13 Tabel LC-6 Komposisi bahan pada Fermentor (R-101) ... LC-15 Tabel LC-7 Komposisi bahan masuk pada Tangki Koagulasi (RE-102) ... LC-19 Tabel LC-8 Komposisi bahan pada Mixer (M-101) ... LC-23 Tabel LC-9 Komposisi bahan masuk pada Reaktor Prepolimerisasi (RE-203) . LC-26 Tabel LC-10 Komposisi bahan pada Reaktor polimerisasi R-204) ... LC-30 Tabel LC-11 Komposisi bahan pada tangki penampung Ca-Laktat ... LC-32 Tabel LC-12 Komposisi bahan pada tangki penampung Asam Laktat ... LC-34 Tabel LC-13 Komposisi bahan pada tangki penampung Laktida ... LC-36 Tabel LC-14 Komposisi bahan pada alur Vd destilasi (D-201) ... LC-48 Tabel LC-15 Komposisi bahan pada alur Lb destilasi (D-201) ... LC-49 Tabel LC-16 Komposisi bahan masuk ke disk centrifuge (CF-320) ... LC-88 Tabel LC-17 Komposisi bahan masuk ke disk centrifuge (CF-202) ... LC-90 Tabel LC-18 Komposisi bahan masuk bahan baku ... LC-98 Tabel LD-1 Perhitungan Entalphi dalam penentuan tinggi Menara Pendingin . LD-28

(12)

Tabel LD-2 Hasil Perhitungan Pompa sedimentasi ... LD-36 Tabel LD-3 Hasil Perhitungan Pompa Alum ... LD-37 Tabel LD-4 Hasil Perhitungan Pompa Soda Abu ... LD-39 Tabel LD-5 Hasil Perhitungan Pompa clarifier ... LD-40 Tabel LD-6 Hasil Perhitungan kanion exchanger ... LD-43 Tabel LD-7 Hasil Perhitungan Pompa Menara Pendingin Air ... LD-45 Tabel LD-8 Hasil Perhitungan Pompa Tangki Utilitas II ... LD-46 Tabel LD-9 Hasil Perhitungan Pompa Asam Sulfat ... LD-48 Tabel LD-10 Hasil Perhitungan Pompa Kation Exchanger ... LD-49 Tabel LD-11 Hasil Perhitungan Pompa NaOH ... LD-51 Tabel LD-12 Hasil Perhitungan Pompa Anion Exchanger ... LD-52 Tabel LD-13 Hasil Perhitungan Pompa Kaporit ... LD-54 Tabel LD-14 Hasil Perhitungan PompaDomestik ... LD-55 Tabel LD-15 Hasil Perhitungan Pompawatr Cooling Tower ... LD-57 Tabel LD-16 Hasil Perhitungan Pompa Deaerator ... LD-58 Tabel LE-1 Perincian Harga Bangunan dan Sarana Lainnya ... LE-1 Tabel LE-2 Harga Indeks Marshall dan Swift ... LE-3 Tabel LE-3 Estimasi Harga Peralatan Proses ... LE-6 Tabel LE-4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah ... LE-7 Tabel LE-5 Biaya Sarana Transportasi ... LE-10 Tabel LE-6 Perincian Gaji Pegawai ... LE-14 Tabel LE-7 Perician Biaya Kas ... LE-15 Tabel LE-8 Perincian Modal Kerja ... LE-17 Tabel LE-9 Aturan Depresiasi sesuai UU RI No.17 tahun 2000 ... LE-18 Tabel LE-10 Perkiraan Biaya Depresiasi sesuai UU RI No.17 tahun 2000 ... LE-19 Tabel LE-11 Data perhitungan BEP ... LE-27 Tabel LE-12 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR) ... LE-29

(13)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Klasifikasi Polimer yang dapat terbiodegradasi ... I-2 Gambar 2.1 Rumus Stuktur Poli Asam Laktat ... II-1 Gambar 2.2 Metode sintesa poli asam laktat untuk mendapatkan berat molekul II-5 Gambar 2.3 Potensi Produk dan teknologi asam laktat ... II-6 Gambar 2.4 Reaksi Prapolimerisasi ... II-11 Gambar 6.1 Diagram Balok Sistem Pengendalian Feedback ... VI-4 Gambar 6.2 Sebuah loop Pengendalian ... VI-5 Gambar 6.3 Instrumentasi tangki bahan baku ... VI-11 Gambar 6.4 Instrumentasi pada fermentor ... VI-12 Gambar 6.5 Instrumentasi pada Evaporator ... VI-12 Gambar 6.6 Instrumentasi Pada Alat Penukar Panas ... VI-12 Gambar 6.7 Instrumentasi pada Kolom Destilasi ... VI-13 Gambar 6.5 Instrumentasi pada pompa ... VI-13 Gambar 6.6 Tingkat kerusakan di suatu pabrik ... VI-14 Gambar 8.1 Tata Letak Pra Rancangan Pabrik Pembuatan PLA ... VIII-11 Gambar 9.1 Struktur Organiasi Pabrik Pembuatan PLA ... IX-16 Gambar LD-1 Sketsa Sebagian Bar Screen (dilihat dari atas) ... LD-2 Gambar LE-1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan dan Tangki

Pelarutan.(Peters, 2004) ... LE-5 Gambar LE-2 Kurva Break Even Point Pabrik pembuatan PLA dari DekstrosaLE-28

(14)

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA ... LA-1 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS ... LB-1 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN ... LC-1 LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS ... LD-1 LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI ... LE-1

(15)

INTISARI

Hasil analisa ekonomi pabrik Poli Asam Laktat adalah sebagai berikut:  Total Modal Investasi : Rp 210.897.576.652,-

 Biaya Produksi : Rp 453.183.835.546,-  Hasil Penjualan : Rp.570.857.873.534,-  Laba Bersih : Rp 190.940.743.256,-

 Profit Margin : 20,51 %

 Break Even Point : 51,54 %

 Return on Investment : 22,29 %

 Pay Out Time : 4,49 tahun

 Return on Network : 37,15 %

 Internal Rate of Return : 34,01 %

Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa pabrik pembuatan Poli Asam laktat ini layak untuk didirikan.

(16)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Isu pemanasan global (global warming) dan peningkatan kesadaran masyarakat terhadap lingkungan menjadi hal yang sangat penting pada abad ini. Masyarakat menyadari bahwa eksplorasi lahan yang berlebihan serta masalah pencemaran tanah akibat sampah kemasan non biodegradable dapat mengganggu ekosistem alam di masa mendatang. Efek kemasan terhadap kesehatan manusia dapat terjadi secara langsung akibat material pembuatnya. Sebagai contoh monomer dari polystyrene (bahan pembuat sterofoam) masuk melalui pernafasan, meresap melalui kulit dan dapat menyebabkan efek mutagen serta karsinogenik. Selain efek langsung, kemasan sintetis juga berpengaruh terhadap lingkungan dan dampak interaksi kemasan dengan lingkungan berpengaruh pada manusia. Limbah kemasan sintetis biasanya ditangani dengan penimbunan yang akan menyebabkan pencemaran tanah sedangkan jika dilakukan pembakaran akan menghasilkan gas CO2 yang dapat meningkatkan pemanasan global. Hal ini merupakan peluang untuk membuat suatu kemasan yang tidak hanya sekedar aman, menarik tetapi juga bersifat biodegradable

dan ramah lingkungan. Kemasan biodegradable merupakan kemasan yang dapat mengalami biodegradasi di tanah karena diuraikan oleh mikroba, (Tito,2009).

Plastik telah dikenal luas dalam kehidupan manusia. Berbagai barang kebutuhan hidup mulai barang-barang sederhana hingga barang-barang berteknologi terus meningkat menumbuhkan kekhawatiran mengenai dampak buruknya terhadap lingkungan. Awalnya sifat-sifat plastik yang ringan, praktis, ekonomis, dan tahan terhadap pengaruh lingkungan menjadi unggulan, sehingga plastik dapat digunakan untuk menggantikan bahan-bahan lain yang tidak tahan lama. Akan tetapi plastik juga banyak digunakan untuk barang sekali pakai sehingga sampah plastik semakin bertambah, sementara proses degradasi secara alamiah berlangsung sangat lama. Sebagai akibatnya sampah plastik menjadi masalah bagi lingkungan.

Data dari Kementrian Lingkungan Hidup menunjukkan bahwa setiap individu menghasilkan rata-rata 0,8 kilogram sampah per hari. Sebanyak 15 persennya adalah plastik. Dengan asumsi 220 juta penduduk Indonesia, sampah plastik yang terbuang

(17)

mencapai 26.500 ton per hari. Secara umum merupakan kemasan plastik non-biodegradable yang berasal dari sintesis minyak bumi. Plastik untuk kemasan merupakan plastik yang paling dominan digunakan dibandingkan penggunaan untuk sektor lainnya, sehingga sampah kemasan plastik menyumbang paling banyak limbah plastik.

Penggunaan plastik sintetik sebagai bahan pengemas memang memiliki berbagai keunggulan seperti mempunyai sifat mekanik dan barrier yang baik, harganya yang murah, dan kemudahannya dalam proses pembuatan dan aplikasinya. Plastik sintetik mempunyai kestabilan sifat fisika dan sifar kimia yang terlalu kuat sehingga plastik sangat sukar terdegradasi secara alami dan telah menimbulkan masalah dalam penanganan limbahnya. Permasalahan tersebut tidak dapat terselesaikan dengan pelarangan atau pengurangan penggunaan plastik.

Penanganan sampah plastik antara lain dilakukan dengan cara daur ulang, pembakaran (incineration), dan penguburan (landfill). Pembakaran sampah plastik menghasilkan zat-zat beracun yang berbahaya bagi makhluk hidup, sementara cara penguburan tidak efektif karena plastik sangat sulit terdegradasi. Cara daur ulang merupakan alternatif terbaik untuk menangani sampah plastik, tetapi cara ini memerlukan biaya yang tinggi dan hanya dapat mengatasi sebagian kecil sampah plastik sehingga masih menimbulkan pencemaran.

(18)

Adanya permasalahan di atas memerlukan solusi yang komprehensif mengenai kemasan yang sehat bagi tubuh dan sehat bagi lingkungan. Solusi yang dapat ditawarkan adalah penggunaan plastik biodegradable berbasis biopolimer. Biopolimer yang dianggap paling prospektif adalah poli asam laktat. Poli asam laktat memiliki beberapa keunggulan yang membuatnya dapat dibuat menjadi kemasan sehat. Pengembangan poli asam laktat sebagai kemasan sehat dapat dilakukan dengan memanfaatkan bahan baku dari potensi lokal yang melimpah dan memenuhi syarat. Poli asam laktat adalah polimer dari sumber yang terbaharui dan berasal dari proses esterifikasi asam laktat yang diperoleh dengan cara fermentasi oleh bakteri dengan menggunakan substrat pati atau gula sederhana.

Kemasan sehat bagi tubuh memiliki empat syarat minimal yang harus dipenuhi, sedangkan kemasan sehat bagi lingkungan memiliki beberapa generasi pengembangan. Poli asam laktat dapat digunakan sebagai kemasan sehat bagi tubuh manusia karena poli asam laktat memiliki sifat penghambat (barrier) yang baik terutama untuk kelembaban dan uap air serta udara. Poli asam laktat juga memiliki sifat-sifat mekanis yang hampir sama dengan poly ethylene terephtalate dan poly propylene. Poli asam laktat termasuk golongan biopolimer sehingga monomer-monomer yang terlepas dari kemasan Poli asam laktat aman. Monomer Poli asam laktat berupa asam laktat yang digolongkan dalam GRAS (Generally Recognize As Safe). Keunggulan lainnya yaitu waktu penguraiannya yang singkat hanya kurang lebih 2-6 minggu serta tidak dihasilkan residu CO2.

Sekarang poli asam laktat sudah tersedia di pasaran dengan harga yang relatif murah sehingga poli asam laktat saat ini dianggap sebagai bioplastik paling potensial untuk diaplikasikan, walaupun jumlahnya belum banyak. Sejak tahun 2002, poli asam laktat berbahan baku pati jagung dengan merk dagang “Nature Works” telah

diproduksi secara komersial oleh Cargill Dow LLC USA dengan kapasitas 180.000 ton per tahun. Harga poli asam laktat (3€/kg) saat ini menjadi harga poliester termurah dipasaran, sehingga merupakan peluang besar apabila dapat dikembangkan.

(19)

1.2 Perumusan Masalah

Mengingat kebutuhan manusia akan plastik cukup besar untuk keperluan sehari – hari. Sehingga penggunaan plastik non-biodegradable dapat menyebabkan pencemaran lingkungan. Sehingga diperlukan adanya plastik biodegradable seperti Poli asam laktat untuk mengurangi penggunaan plastik konvensional. Poli asam laktat sudah diproduksi secara komersial di sebagian Asia dan Eropa Barat. Hal ini ditanggapi dengan baik oleh industri – industri polimer di dunia. Dan mengingat Indonesia memiliki raw material pembuatan Poli asam laktat, hal ini mendorong untuk dibuatnya suatu pra rancangan pabrik pembuatan Poli Asam laktat (PLA) dengan tujuan mengurangi penggunaan plastik dari minyak bumi dan memenuhi kebutuhan plastik biodegradable dalam negeri .

1.3 Tujuan Perancangan

Secara umum, tujuan pra rancangan pabrik pembuatan Poliasam Laktat (PLA) ini adalah menerapkan disiplin ilmu Teknik Kimia khususnya di bidang perancangan, proses, dan operasi teknik kimia sehingga dapat memberikan gambaran kelayakan Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Poli asam laktat (PLA).

Secara khusus, tujuan pra rancangan pabrik pembuatan Poli asam laktat (PLA).ini adalah untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri akan plastik

biodegradable sehingga dapat mengurangi pencemaran yang ditimbulkan oleh plastik non-biodegradable dan menjaga kelestarian lingkungan serta mengurangi pemanasan global ( Global warming).

1.4 Manfaat Perancangan

Manfaat pra perancangan pabrik pembuatan Poli asam laktat (PLA). adalah memberikan gambaran kelayakan dari segi rancangan dan ekonomi pabrik sehingga akan mendukung pertumbuhan industri plastik di Indonesia. Hal ini, diharapkan akan dapat memenuhi kebutuhan Poli asam laktat di Indonesia.

Manfaat lain yang ingin dicapai adalah dapat meningkatkan devisa negara dan dapat membantu pemerintah untuk menanggulangi masalah pengangguran di Indonesia yaitu dengan menciptakan lapangan kerja baru.

(20)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Poli Asam Laktat

Salah satu jenis biodegradable polyester adalah Poli asam laktat (polylactic acid). Poli asam laktat (PLA) ditemukan pada tahun 1932 oleh Carothers (DuPont) yang memproduksi PLA dengan berat molekul rendah dengan memanaskan asam laktat pada kondisi vakum. Pada tahap selanjutnya, DuPont dan Ethicon memfokuskan pembuatan aplikasi medical grade satures, implan dan kemasan obat. Baru-baru ini, beberapa perusahaan seperti Shimadzu dan Mitsui Tuatsu di Jepang telah memproduksi sejumlah PLA untuk aplikasi plastik. Poli asam laktat atau Poli laktida (PLA) dengan rumus kimia (CH3CHOHCOOH)n adalah sejenis polimer atau plastik yang bersifat biodegradable, thermoplastic dan merupakan poliester alifatik yang terbuat dari bahan-bahan terbarukan seperti pati jagung atau tanaman tebu. Walaupun PLA sudah dikenal sejak abad yang lalu, namun baru diproduksi secara komersial dalam beberapa tahun terakhir dengan keunggulan kemampuan untuk terdegradasi secara biologi (en.wikipedia.org).

Gambar 2.1 rumus struktur poli asam laktat

Poli asam laktat merupakan keluarga aliphatic polyesters yang biasanya dibuat dari alfa asam hidroksi yang ditambahkan asam poliglicolat atau polimandelat. Poli asam laktat memiliki sifat tahan panas, kuat, & merupakan polimer yang elastic (Auras, 2002). Poli asam laktat yang terdapat di pasaran dapat dibuat melalui fermentasi karbohidrat ataupun secara kimia melalui polimerasi kondensasi dan kondensasi azeotropik (Auras, 2006). Polimer Poli asam laktat dapat terurai di tanah baik dalam kondisi aerob ataupun anaerob dalam kurun waktu enam bulan sampai lima tahun (Auras, 2002).

Poli asam laktat, menggabungkan sifat terbaik dari bahan alami dan bahan buatan. Karena bahan ini dibuat dari gula tumbuhan, maka bahan ini menggunakan sumber yang dapat diperbaharui dan dapat diuraikan kembali sepenuhnya. Selain itu,

(21)

bahan ini juga mempunyai sifat-sifat yang sama dengan plastik biasa yang terbuat dari hidrokarbon, yaitu kuat, lentur dan murah harganya. Setelah para pecinta lingkungan mulai menunjukkan kepedulian akan merosotnya persediaan bahan bakar dan menghilangnya lahan pembuangan, para pengusaha pabrik sudah mencoba untuk mengembangkan beberapa bahan alternatif untuk pengganti plastik biasa yang terbuat dari hidrokarbon.

Hasil-hasil riset terbaru menunjukkan poli asam laktat mempunyai keunikan dan kelebihan baik dalam permebelitas, transmisi oksigen, suhu transisi, dan kecepatan mengompos dibandingkan dengan jenis plastik lain. Poli asam laktat memiliki permeabilitas uap air yang relatif rendah sehingga memungkinkan layak dijadikan kemasan. Poli asam laktat juga memiliki laju transmisi oksigen (udara) relatif lebih tinggi sehingga bisa digunakan untuk pangan yang diinginkan dalam bentuk cair. Suhu perubahan Poli asam laktat adalah antara 50-60° C sehingga dapat digunakan untuk kemasan makanan dingin

2.2 Aplikasi PLA Sebagai Pengganti Plastik Konvensional

Poli asam laktat mempunyai potensi yang sangat besar dikembangkan sebagai pengganti plastik konvensional. Poli asam laktat bersifat termoplastik, memiliki kekuatan tarik dan modulus polimer yang tinggi, bobot molekul dapat mencapai 100.000 hingga 500.000, dan titik leleh antara 175-200ºC (Oota, 1997). Pada umumnya PLA dipergunakan untuk menggantikan bahan yang transparan dengan densitas dan harga tinggi. Bahan plastik yang digantikan dari jenis PET (1.4 g/cc, 1.4 usd/kg), PVC lentur (1.3 g/cc, 1 usd/kg) dan selofan film. Dibanding PP (0.9 g/cc, 0.7 usd/kg) dan HIPS (1.05 g/cc, 1 usd/kg), PLA dapat dikatakan kurang menguntungkan, namun mempunyai kelebihan lain yaitu ramah lingkungan. PP dan HIPS berasal dari minyak bumi dan jika dibakar akan menimbulkan efek pemanasan gobal, (Syah Johan, 2008).

Kelebihan poli asam laktat pada jenis BOPLA (bioriented PLA atau bentuk

stretch dua arah) dimana twist dan deadfold mirip seperti selofan dan PVC, karena itu BOPLA dipergunakan juga untuk film yang tipis untuk pembungkus permen. BOPLA mempunyai barier yang bagus untuk menahan aroma, bau, molekul solven dan lemak sebanding dengan PET atau nilon 6. Sebagai bahan polar poli asam laktat

(22)

mempunyai tegangan 38 dynes/cm2 sehingga mudah untuk di-print dengan berbagai tinta tanpa proses „flame dan corona„ seperti halnya BOPP atau film yang lain. Poli

asam laktat merupakan penyekat yang bagus dengan suhu gelas atau Tg 55-65 deg, inisiasi sealing bisa dimulai pada suhu 80 deg sama dengan sealant dari 18% EVA. Gabungan antara kemudahan untuk di-seal dan tingginya barier untuk aroma dan bau maka PLA dapat digunakan sebagai lapisan paling dalam untuk pengemas makanan, (Syah Johan, 2008).

Kekurangan PLA adalah densitas lebih tinggi (1.25 g/cc) disbanding PP dan PS dan mempunyai polaritas lebih tinggi sehingga sulit direkatkan dengan PE dan PP yang non polar dalam system film multi lapis. PP mempunyai densitas 0.9 g/cc, denga harga 0.7 usd per kg dan HIPS mempunyai densitas 1.05 g/cc dan harga 1 usd per kg. PLA juga mempunyai ketahanan panas, moisture dan gas barier kurang bagus dibanding dengan PET. Hal lain yang paling penting adalah harganya yang masih tinggi yaitu 2.6 usd per kg. usaha untuk menurunkan harga teruus dilakukan oleh Cargill Dow hingga 2 usd per kg supaya kompetitif. Sifat barier terhadap uap air, oksigen dan CO2 lebih rendah disbanding PET, PP atau PVC. Perbaikan sifat barier dapat dilakukan dengan system laminasi dengan jenis film lain seperti PE, PVOH, Alufoil, Nanopartikel dan lainnya, (Syah Johan, 2008).

Menurut Botelho (2004), kelebihan poli asam laktat dibandingkan dengan plastik yang terbuat dari minyak bumi adalah:

1. Biodegradable, artinya poli asam laktat dapat diuraikan secara alami di lingkungan oleh mikroorganisme.

2. Biocompatible, dimana pada kondisi normal, jenis plastik ini dapat diterima oleh sel atau jaringan biologi.

3. Dihasilkan dari bahan yang dapat diperbaharui (termasuk sisa industri) dan bukan dari minyak bumi.

4. 100% recyclable, melalui hidrolisis asam laktat dapat diperoleh dan digunakan kembali untuk aplikasi yang berbeda atau bisa digabungkan untuk menghasilkan produk lain.

5. Tidak menggunakan pelarut organik/bersifat racun dalam memproduksi poli asam laktat.

(23)

6. Dapat dibakar sempurna dan menghasilkan gas CO₂ dan air.

Saat ini, poli asam laktat sudah digunakan untuk beragam aplikasi, diantaranya dibidang medis, kemasan dan tekstil. Dibidang medis, PLA sudah lama digunakan sebagai benang jahit pada saat operasi serta bahan pembungkus kapsul. Selain itu pada dasawarsa terakhir Poli asam laktat juga dikembangkan dalam upaya perbaikan jaringan tubuh manusia dan juga telah dikembangkan untuk pembuatan kantong plastik (retail bags), kontainer, bahkan edible film untuk sayuran dan buah. Dalam bentuk film dan bentuk foam digunakan untuk pengemas daging, produk susu, atau roti. Dapat juga digunakan dalam bentuk botol dan cangkir sekali pakai untuk kemasan air, susu, jus dan minuman lainnya. Piring, mangkok, nampan, tas, film pertanian merupakan penggunaan lain dari jenis plastik ini.Selain itu dibidang tekstil PLA juga telah diaplikasikan untuk pembuatan kaos dan tas. Di Jepang, PLA bahkan sudah dikembangkan sebagai bahan dasar pembuatan compact disc (CD) oleh Sanyo. 2.3 Proses Pembuatan Poli Asam Laktat (PLA)

Menurut Averous (2008), sintesa poli asam laktat adalah sebuah proses yang terdiri dari beberapa langkah, dimulai dari produksi asam laktat sampai pada tahap polimerisasi. Poli asam laktat dapat diproduksi melalui tiga metode, yaitu:

(1) Polikondensasi langsung (direct condensation-polymerization) asam laktat yang menghasilkan poli asam laktat dengan berat molekul rendah dan rapuh sehingga sebagian besarnya tidak dapat digunakan kecuali jika ditambahkan

chain coupling agent untuk meningkatkan panjang rantai polimer;

(2) Kondensasi dehidrasi azeotropik (Azeotropic dehydration condensation) asam laktat dengan menggunakan pelarut azeotropik, yang dapat menghasilkan poli asam laktat dengan berat molekul mencapai 15.400 dan rendemen sebesar 89% dan,

(3) polimerisasi pembukaan cincin (ring opening polymerization, ROP), yang dilakukan melalui tiga tahapan yaitu polikondensasi asam laktat, depolimerisasi sehingga membentuk dimer siklik (lactide) dan dilanjutkan dengan polimerisasi pembukaan cincin, sehingga diperoleh poli asam laktat dengan berat molekul tinggi. Polimerisasi pembukaan cincin menghasilkan poli asam laktat dengan berat molekul 2×104 hingga 6.8×105. Metoda ROP

(24)

ini telah dipatenkan oleh Cargill (Amerika Serikat) pada tahun 1992.

Gambar 2.2. Metode sintesa Poli asam laktat untuk mendapatkan berat molekul tinggi, (Averous, 2008).

2.3.1 fermentasi Asam Laktat

Langkah pertama dalam sintesa Poli asam laktat adalah produksi asam laktat. Asam laktat (IUPAC: 2-hydroxypropanoic acid) yang biasa disebut sebagai asam susu adalah salah bahan kimia yang berperan penting dalam industri biokimia. Asam laktat pertama kali berhasil diisolasi oleh ahli kimia Swedia, Carl Wilhelm Scheele pada tahun 1780. Asam laktat mempunyai rumus kimia C3H6O3, termasuk keluarga asam hidroksi propionat dengan rumus molekul CH3CHOHCOOH. Asam laktat dalam larutan akan kehilangan satu proton dari gugus asam dan menghasilkan ion

laktat CH3CH(OH)COO-. Asam laktat larut dalam air dan etanol serta bersifat higroskopik (en.wikipedia.org).

Asam laktat dapat dihasilkan melalui proses fermentasi atau secara sintesis kimiawi. Reaksi dasar proses kimiawi adalah mengubah laktonitril (asetaldehid

(25)

sianohidrin) menjadi asam laktat. Beberapa metode kimia yang memungkinkan sintesis asam laktat adalah degradasi gula dengan alkali seperti kapur atau NaOH, interaksi asetaldehid dan karbonmonoksida pada suhu dan tekanan yang dinaikkan, dan hidrolisa dari asam α-kloropropionat (Tito,2009).

Fermentasi merupakan metoda yang paling banyak digunakan oleh industri untuk menghasilkan asam laktat. Menurut Hofvendahl dan Hahn–Hägerdal (2000), dari 80.000 ton dari asam laktat yang dihasilkan di seluruh dunia setiap tahun sekitar 90% dibuat dengan cara fermentasi bakteri asam laktat dan sisanya dihasilkan melalui sintesis kimia yaitu hidrolisis laktonitril. Averous (2008) juga menjelaskan hal senada dengan perkiraan produksi asam laktat dunia 200.000 ton pertahun. Salah satu keunggulan metode fermentasi adalah asam laktat yang dihasilkan bisa diatur hanya terdiri dari satu enantiomer berdasarkan bakteri yang digunakan (Hofvendahl dan Hahn–Hägerdal, 2000).

Proses fermentasi dapat digolongkan berdasarkan jenis bakteri yang digunakan; (1) metoda heterofermentatif, menghasilkan kurang dari 1.8 mol asam laktat per

mol heksosa dengan hasil fermentasi lainnya dengan jumlah yang signifikan diantaranya asam asetat, etanol, gliserol, manitol dan karbondioksida;

(2) metoda homofermantatif yang hanya menghasilkan asam laktat, atau menghasilkan produk samping dengan jumlah yang sangat kecil. Metoda homofermentatif ini banyak digunakan di industri, dengan konversi yield glukosa menjadi asam laktat lebih dari 90% (Hofvendahl dan Hahn– Hägerdal, 2000).

(26)

2. 3.2 Polimerisasi Asam Laktat

Langkah selanjutnya dari sintesa poli asam laktat adalah polimerisasi asam laktat. Polimerisasi asam laktat sendiri terdiri dari tiga metode, yaitu:

Polimerisasi poli asam laktat dengan metode Polikondensasi Langsung

Polimerisasi kondensasi adalah metoda paling murah untuk menghasilkan Poli asam laktat, namun sangat sulit untuk mendapatkan Poli asam laktat dengan berat molekul yang tinggi (Averous, 2008). Polikondensasi langsung (konvensional) ini dimungkinkan, karena adanya gugus hidroksil dan karboksil pada asam laktat. Namun, reaksi polikondensasi konvensional asam laktat ini tidak cukup dapat meningkatkan bobot molekulnya dan pada metode ini dibutuhkan waktu yang sangat lama karena sulitnya untuk mengeluarkan air dari produk yang memadat, sehingga produk air yang dihasilkan justru akan menghidrolisis polimer yang terbentuk. Reaksi polikondensasi konvensional hanya mampu menghasilkan poli asam laktat denggan bobot kurang dari 1,6×104 (Tito, 2009) yang cirinya seperti kaca yang getas (britle). Pada perkembangannya, polikondensasi langsung ini selalu melibatkan pengurangan kadar air hasil kondensasi dengan menggunakan pelarut pada tekanan vakum dan temperatur tinggi.

Berat molekul dapat ditingkatkan dengan penggunaan coupling atau

esterification-promoting agents yang berfungsi memperpanjang ikatan kimia, namun biaya produksi meningkat karena proses yang cukup rumit dan panjang (multistep process). Chain-extending agents berfungsi untuk mereaksikan gugus hidroksil (OH) atau karboksil yang berada di ujung molekul poli asam laktat sehingga membentuk polimer telechelic. Penggunaan agen ini memberikan beberapa keuntungan karena reaksi hanya melibatkan sedikit agen dan bisa diselesaikan tanpa perlu dipisahkan dengan proses yang lain. Kemampuan untuk mengembangkan desain kopolimer dengan gugus fungsi yang beraneka macam juga bisa diperluas. Kelemahannya adalah polimer mungkin masih mengandung chain-extending agents

yang tidak bereaksi, oligomer dan sisa-sisa pengotor logam yang berasal dari katalis. Beberapa chain-extending agents juga dapat mengurangi sifat biodegradabilitas polimer. Beberapa agen yang digunakan diantaranya anhydride, epoxide and isocyanate. Produk-produk seperti ini digunakan untuk pengembangan poli asam

(27)

laktat yang cocok untuk bahan dasar pencampuran (PLA-based blends). Kelemahan penggunaan isosianat sebagai chain extenders adalah sifatnya yang beracun ( eco-toxicity).

Keuntunggan penggunaan esterification-promoting adjuvents adalah produk akhir dengan kemurnian yang tinggi dan bebas dari sisa-sisa katalis dan/atau oligomer. Kekurangannya adalah biaya yang tinggi sehubungan dengan banyaknya tahap yang dilibatkan dan pemurnian tambahan dari residu dan produk samping, karena produk samping yang dihasilkan harus dinetralkan atau bahkan dihilangkan (Averous, 2008).

Polimerisasi Poli asam laktat dengan metode Polikondensasi Azeotropik

Reaksi polikondensasi azeotropik merupakan modifikasi dari reaksi polikondensasi konvensional yang dapat menghasilkan bobot molekul yang lebih tinggi dan tidak menggunakan chain-extenders atau adjuvents dan beberapa kelemahannya (Averous, 2008). Mitsui Chemical (Jepang) telah mengkomersialkan proses ini dimana asam laktat dan katalis didehidrasi secara azeotropik dalam sebuah

refluxing, pemanasan dengan temperatur tinggi, pelarut aprotic pada tekanan rendah untuk menghasilkan poli asam laktat dengan berat molekul mencapai ≥ 300.000.

Reaksi polikondensasi azeotropik menggunakan pelarut seperti difenil eter, xilena, bifenil dan klorobenzena untuk memudahkan pemisahan air dari produk pada atmosfer normal atau tekanan rendah. Reaksi ini juga dapat menggunakan berbagai jenis katalis seperti asam protonat, logam, oksida logam, logam halida dan garam asam organik dari logam. Logam memiliki orbital p dan d yang bebas dan dapat menginisiasi terbentuknya kompleks koordinasi. Salah satu logam yang yang dapat digunakan sebagai katalis reaksi polikondensasi azeotropik adalah logam timah. Logam timah memiliki toksisitas yang rendah, merupakan katalis yang direkomendasikan FDA dan dapat dipisahkan dari polimer setelah polimerisasi. Fungsinya adalah untuk mempercepat reaksi pembentukan poli asam laktat. Polikondensasi azeotropik dalam larutan dapat mencegah terjadinya reaksi pesaing, yaitu pembentukan laktida dan reaksi degradasi poli asam laktat yang terbentuk (tito dkk, 2009).

(28)

Polimerisasi Poli asam laktat dengan metode Ring Opening Polymerization

(ROP)

Ring opening polymerization (ROP, reaksi polimerisasi pembukaan cincin) merupakan metoda yang lebih baik untuk menghasilkan poli asam laktat dengan bobot molekul yang tinggi, dan sekarang telah diadaptasi untuk proses komersial seiring dengan kemajuan teknologi fermentasi dekstrosa jagung. Metoda ini pertama kali diperkenalkan oleh Carothers pada tahun 1932, namun belum bisa menghasilkan poli asam laktat dengan bobot molekul yang tinggi sampai teknik pemurnian asam laktat membaik, seperti yang dikembangkan oleh DuPont pada tahun 1954. Mekanisme-mekanisme ROP bisa berupa reaksi ionik (anionik atau kationik) atau

coordination–insertion, bergantung kepada sistem katalisnya (Averous, 2008). Secara umum, proses ROP pada produksi poli asam laktat dimulai dari polimerisasi kondensasi asam laktat untuk menghasilkan poli asam laktat dengan bobot molekul rendah (prepolimer), dilanjutkan dengan depolimerisasi untuk menghasilkan dimer laktida yang berbentuk molekul siklik. Laktida kemudian dengan bantuan katalis dipolimerisasi ROP untuk menghasilkan PLA dengan bobot molekul yang tinggi.

Dalam Pra-rancangan pembuatan Pabrik Poli asam laktat (PLA) ini dipilih proses fermentasi dengan menggunakan bakteri dengan sumber karbon dekstrosa dan nutrient pembatas Diamonuim posfat (N). Sedangkan proses polimerisasi Poli asam laktat dengan metode Ring opening polymerization (ROP, reaksi polimerisasi pembukaan cincin) karena Ring opening polymerization (ROP, reaksi polimerisasi pembukaan cincin) merupakan metoda yang lebih baik untuk menghasilkan poli asam laktat dengan bobot molekul yang tinggi.

(29)

2.4 Deskripsi Proses Pembuatan Poli Asam Laktat dari dekstrosa

Proses pembuatan poliasam laktat dengan bahan baku dektrosa, terdiri dari beberapa tahap yaitu; tahap fermentasi, tahap pemurnian asam laktat, tahap prapolimerisasi dan tahap polimerisasi.

Tahap awal adalah tahap menghasilkan asam laktat yaitu melalui proses fermentasi dekstrosa dan pemurnian asam laktat. Dektsrosa difermentasi di dalam fermentor dengan bantuan bakteri lactobacillus derbucki, sebuah molekul glukosa akan diubah menjadi 2 buah molekul asam laktat. Dimana dalamm proses fermentasi ditambahkan media-media yang berfungsi menbantu proses kerja bakteri yang ada didalam fermentor. Penambahan diammonium fosfat dan malt sprouts berfungsi sebagai nutrient untuk bakteri sedangkan penambahan kalsium karbonat secara berkala berfungsi untuk menetralakan pH fermentor agar pH nya tidak terlalu rendah dimana proses fermentasi berlangsung pada pH 4-6 dengan suhu 40 °C. Proses fermentasi berlangsung selama 24-48 jam.

Reaksi fermentasi yang terjadi di dalam fermenter: C6H10O6 2C3H6O3 + biomass

Untuk mencegah produk asam laktat yang dihasilkan memiliki pH yang terlalu tinggi maka perlu dilakukan penambahan kalsium hidroksida (Ca(OH)2) pada tangki

koagulasi sehingga terbentuk Ca-laktat dimana proses ini dipanaskan dengan uap dalam tangki koagulasi dan selanjutnya disaring sehingga bebas dari bahan yang tidak diinginkan.

Reaksi pembentukan kalsium laktat:

2C3H6O3 + Ca(OH) 2 C3H5O3-Ca+O3-H5C3 + 2H2O

Kemudian larutan Ca-laktat dipekatkan di dalam evaporator untuk menghasilkan kalsium laktat 32%.

Untuk mendapatkan asam laktat, kalsium laktat selanjutnya diasamkan dengan menambahkan larutan asam sulfat di dalam acidifier pada temperatur 70°C sehingga menghasilkan asam laktat dan gypsum ( kalsium sulfat dihidrat ).

Reaksi dalam acidifier ( pembentukan asam laktat dan gypsum ): bakteri

(30)

C3H5O3-Ca+O3-H5C3 + H2SO4 CaSO4 + 2C3H6O3

Gypsum dan asam laktat disaring sehingga asam laktat terpisah dari gypsum

kemudian asam laktat dipekatkan lagi di dalam evaporator 99% pada evaporator II. Setelah tahap proses fermentasi dan proses pemurnian untuk menghasilkan asam laktat, maka proses selanjutnya adalah tahap prapolimerisasi dan tahap polemirsasi. Tahap prepolimerisasi merupakan reaksi polikondensasi dimana terjadi proses pemutusan molekul air dari 2 buah molekul asam laktat sehingga molekul air air akan terpisah dan kemudian dilanjutkan dengan proses depolimerisasi untuk menghasilkan senyawa dimer siklik (laktida). Pada tahapan ini berat molekul yang dihasilkan antara 100-5000.

Gambar 2.4 Reaksi prapolimerisasi

Asam laktat yang dihasilkan kemudian dialirkan ke dalam reaktor prapolimer, reaktor ini dilengkapi dengan pengaduk dan suhu dalam reaktor dijaga pada suhu 160°C-200°C selama 1 jam. Dimana reaktor ini berfungsi untuk melepaskan molekul air dengan proses polikondensasi. Ke dalam reaktor juga ditambahkan katalis SnO sebanyak 0,005-0,5% dan kemudian diaduk di dalam reaktor, suhu reaktor dijaga antara 170°C - 200°C. Uap yang dihasilkan akan didestilasi sedangkan larutan yang tidak terkonversi akan ditampung dan dipisahkan katalisnya sehingga dapat digunakan kembali. Didalam kolom destilasi uap air dan uap asam laktat akan keluar

(31)

bagian atas kolom destilasi kemudian akan dikompres dan akan ditampung. Sedangkan produk bagian bawah kolom destilasi adalah produk yang diinginkan.

Kemudian dialirkan menuju reaktor polimerisasi, kemudian ditambahkan katalis (zinc β Diimate ). Jenis reaktor yang digunakan adalah fix bed reactor, suhu reaktor dijaga pada temperature 170°C. Kemudian hasilnya akan dipisahkan dengan menggunakan sentrifuse dan poli asam laktat yang dihasilkan akan dimasukkan ke dalam cristallyzer yang dilengkapi dengan pelletilizer sehingga produk yang dihasilkan berbentuk pellet.

2.5 Sifat –sifat Reaktan, Bahan Pembantu dan Produk 2.5.1 Dekstrosa (C6H12O6 )

Berbentuk bubuk Kristal berwarna putih Tidak berbau

Berat molekul : 180,76 gr/mol

Kelarutan : 1 g/1.1 ml air pada 25°C (77F)

Densitas : 1.54 pada 25°C/4°C

pH : 5,9 untuk 0,5 M

Titik leleh : 146° C

Ketika dipanaskan akan terurai menghasilkan karbon dioksida dan karbon monoksida

Stabil dalam kondisi yang tidak umum baik dalam pemakaian ataupun dalam penyimpanan. (http://jtbaker.com)

2.5.2 Air (H2O)

A.Sifat Fisika :

Berat Molekul : 18.0153 g/mol

Densitas : 0.998 g/cm³

Titik Didih : 100 °C

Titik Lebur : 0 °C

Kalor Jenis : 4184 J/(kg·K) Pelarut universal

(32)

Bersifat kohesi dan adhesi

B.Sifat Kimia :

Mengalami elektrolisis Reaksi :

Reaksi NaOh dengan CO2 menghasilkan air dan Natrium karbonat

Reaksi : 2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O

Netralisasi asam menghasilkan air dan garam Reaksi : NaOH + HCl NaCl + H2O

Reaksi etanol dengan asam asetat menghasilkan air dan etil asetat Reaksi : CH3CH2OH + CH3COOH → CH3COOCH2CH3 + H2O

Oksidasi butana menghasilkan asam asetat dan air Reaksi : 2 C4H10 + 5 O2→ 4 CH3COOH + 2 H2O

Reaksi natrium karbonat dan asam asetat didapat natrium karbonat dan air Reaksi : NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + CO2+ H2O

Reaksi air dengan asam sulfat menghasilkan ion hidonium Reaksi : H2SO4 + H2O → H3O+ + HSO4

(http://en.wikipedia.org)

2.5.3 Kalsium Hidroksida (Ca(OH)2)

Sifat fisika : Wujud cairan

Rumus Molekul : Ca(OH)2

Berat Molekul : 74,093 g mol-1

Densitas : 2240 kg m-3

Titik didih : 244,30° C

Titik leleh : 21° C

Suhu Kritis : 873,59°C

Tekanan Kritis : 10769,94 kPa

Volume Kritis : 0,2824 m

kgmole

(33)

Sifat kimia :

Ketika dipanaskan sampai suhu 510 оC akan terdekomposisi menjadi kalsium oksida dan air.

Ca(OH)2CaO + H2O

Kalsium Hidroksida Kalsium Oksida air

2.5.4 Diammonium Fosfat ((NH4)2HPO4)

Wujud : padatan

Berat Molekul : 132,056 g mol-1

Densitas : 1620 kg m-3

Titik didih : 305,36 °C Suhu Kritis : 745,08°C Tekanan Kritis : 6570,27 kPa Volume Kritis : 0,3748 m3kgmole-3

Kemurnian : 93% (2% air )

Ion ammonium akan terkonversi menjadi ammonia pada pH tinggi.

2.5.5 Bakteri: Wujud padatan

Spesies : Lactobacillus delbrueckii

Berat Molekul : 25,5 g mol-1

Densitas : 3340 kg m-3

Titik didih : 333,56°C Suhu Kritis : 1386,38°C Tekanan Kritis : 13201,2 kPa

Volume Kritis : 0,3491 m3 kgmole-1

Kemurnian : 100%

Lactobacillus delbrueckii ialah bakteri yang dapat mengubah karbohidrat

menjadi asam laktat dan bekerja optimal pada suhu 46оC.

6H12O6

fermentasi

2CH

(34)

Karbohidrat Asam Laktat

2.5.6 Malt sprout

Data ini diperoleh dari database HYSYS 3.2 Wujud padatan

Berat Molekul : 416,189 g mol-1

Densitas : 4761 kg m-3

Titik didih : 2183,87 оC Suhu Kritis : 4288,43°C Tekanan Kritis : 1324,68 kPa

Volume Kritis : 9,7321 m

kgmole

-1

Kemurnian : 100%

2.5.7 Asam Sulfat (H2SO4)

Sifat Fisika :

Wujud berupa cairan

Berat Molekul : 98,079 g mol-3

Densitas : 1850,81 kg m-3

Titik didih : 253,86°C Suhu Kritis : 762,89°C Tekanan Kritis : 8698,43 kPa

Volume Kritis : 0,3031 m

kgmole-1

Kemurnian : 98% (2% air)

Sifat Kimia :

Dengan basa membentuk garam dan air. Reaksi : H2SO4+ 2 NaOH ⎯→ Na2SO4+ H2O

Dengan alkohol membentuk eter dan air.

Reaksi : 2C2H5OH + H2SO4 -→ C2H5OC2H5 + H2O + H2SO4

(35)

Reaksi :NaCl + H2SO4⎯→ NaSO4 + 2HCl

Bereaksi dengan MgCO3 membentuk MgSO4

Reaksi : MgCO3 + H2SO4⎯→ MgSO4 + H2O + CO2

Korosif terhadap semua logam.

2.5.8 Tin octanoate (C16H32O4Sn)

Berbentuk cairan Tidak berbau menyengat

Berat molekul : 405,1 gr/mol Spesific gravity : 1,2

Tidak larut dalam air dingin

Tidak bersifat korosif dalam wadah gelas

2.5.9 Beta Diiminate Zinc Complex C23H24N2O2ZnF3

Berat molekul : 482,8204 gr/mol Massa jenis 25oC : 1 gr/cm3

Berfungsi sebagai katalis selektif dalam reaksi polimerisasi Wujud pada suhu kamar : cair

Kuantitas penggunaan sebagai katalis 0,1 – 4 % dari total monomer (Windholz, 1983)

2.5.10 Kalsium Laktat (C6H10O6Ca)

Berbentuk serbuk kristal Berwarna putih

Kelarutan dalam air : 9gr/100ml air pada 25°C

Titik leleh : 240°C

Berat Molekul : 308,3 gr/mol Tidak berbau

Dapat diabsorpsi pada berbagai pH, (http://www.sciencelab.com)

(36)

Berbentuk cairan yang berwarna kekuning-kuningan Berat molekul : 90,08 gr/mol

Titik leleh : 17°C

Titik didih : 122 °C pada 12 mmHg Spesific gravity : 1,2

Titik flash : 112 °C

Larut dalam air

Stabil dalam kondisi umum, (http://www.sciencelab.com)

2.5.12 Gypsum ( CaSO4)

Berbentuk padatan dengan warna putih keabu-abuan ataupun kemrah-merahan

Bentuk Kristal : prismatik Sistem Kristal : monoklinik Skala kekerasan : 1,5-2 Spesific gravity : 2,31-2,33 Indeks refraksi : 1,522

Tidak bereaksi dengan asam, (http://www.sciencelab.com)

2.5.13 Laktida (C6H8O4)

Berat molekul : 144 gr/mol Titik leleh : 93–97°C

Specific Heat Capacity :Solid at 25°C 1.3 J g–1 K–1 Liquid at 130°C 2.2 J g–1 K–1

Kemurnian : ≥ 98.0%

Kandungan senyawa asam : ≤ 2.0% (http://www.natureworksllc.com) 2.5.14 Poli asam laktat

Berbentuk padatan berwarna putih Tidak berbau

(37)

Titik flash : 121°C

Kekristalan : 37%

Temperatur glass transition : 60-65 °C Tensile modulus : 2.7-16 GPa Spesifik gravity : 1,23-1,30 gr/cm3 Tidak mudah larut

(38)

BAB III

NERACA MASSA

Prarancangan pabrik pembuatan Poli Asam Laktat (PLA) dilaksanakan untuk kapasitas produksi sebesar 15.000 ton/tahun, dengan ketentuan sebagai berikut: 1 tahun operasi = 350 hari kerja

1 hari kerja = 24 jam Basis = 1 jam operasi

Maka kapasitas produksi PLA tiap jam adalah: = jam 24 hari 1 x hari 350 tahun 1 x ton 1 kg 1.000 x tahun 1 ton 15.000

= 1785,7143 kg/jam

Untuk menghasilkan PLAsebanyak 1785,7143 kg/jam maka diperlukan dekstrosa sebanyak 2901.0974kg/jam sebagai basis perhitungan.

Berat Molekul (Perry, 1999; Software Chemcad & HYSYS 3.2; dan US PATENT) :

PLA = 320018,46 g/mol

Laktida {(C6H10O4)} = 5044,2 g/mol

Asam Laktat{C3H6O3} = 90,08 g/mol

Kalsium Laktat = 218,212 g/mol Asam Sulfat = 98,08 g/mol Kalsium Hidroksida = 74,093 g/mol

Air (H2O) = 18,02 g/mol

Dekstrosa = 180,16 g/mol

Gypsum = 136,132 g/mol

Diamonium posfat = 132,056 g/mol Stannous Octoate = 405,1 gr/mol Zinc β Diimate = 482,8204 gr/mol Malt sprout

Lactobacillus.sp

3.2 Tangki Pencampur Bahan Baku (M-101)

Komponen Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

Alur 1 Alur 2 Alur 3 Alur 4 Alur 5 Alur 6

Dekstrosa 2901,0974 - - - - 2901,0974

(39)

Diamonium

posfat - - 20,3077 - - 20,3077

Malt sprout - - - 116,0439 - 116,0439

Air - - - - 16.841,0638 16.841,0638

Jumlah 19.965,5457 19.965,5457

3.3 Fermentor (R-101)

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 6 Alur 7 Alur 8

Asam laktat - - 2756,04256

CaCO3 87,0329 - 87,0329

Dekstrosa 2901,0974 - 145,0468

Malt sprout 116,0439 - 116,0439

Diamonium posfat 20,3077 - 20,3077

Air 16.841,0638 4210,2661 21.051,3299

Jumlah 19.965,5457 4210,2661 24.175,8118

24.175,8118

3.4 Tangki Koagulasi (R-102)

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 8 Alur 11 Alur 12

CaLaktat - - 3338,1635

Asam Laktat 2756,04256 - -

Air 21.051,3299 4533,7636 26.136,4874

Ca(OH)2 - 1133,4409 -

Biomassa 368,4394 - 368,4394

Jumlah 24.175,8118 5667,2045 29.843,0161

29.843,0161

3.5 Tangki Pencampur (M-102)

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 9 Alur 10 Alur 11

Ca(OH)2 - 1133,4409 1133,4409

Air 4533,7636 - 4533,7636

Jumlah 4533,7636 1133,4409 5667,2045

5667,2045

3.6 Disk Centrifuge (CF-101)

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

(40)

CaLaktat 3338,1635 66,7633 3271,4002

Air 26.136,4874 522,7297 25.613,7577

Biomassa 368,4394 368,4394 -

Jumlah 29.843,0903 957,9324 28.885,1579

29.843,0903

3.7 Evaporator I (EV-101)

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 15 Alur 16 Alur 17

CaLaktat 3271,4002 - 3271,4002

Air 25.613,7577 18662,0551 6951,7026

Jumlah 28885,1579 18662,0551 21933,4553

28885,1579

3.8 Tangki Acidifikasi (R-103)

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 17 Alur 20 Alur 21

CaLaktat 3271,4002 - -

Asam Laktat - - 2700,9226

Air 6951,7026 697,0254 7648,728

Gypsum - - 2040,8637

H2SO4 - 1470,4000 -

Jumlah 10223,1028 2167,4254 12.390,5143

12.390, 5143

3.9 Tangki Pencampur Asam Sulfat (M-103)

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 19 Alur 18 Alur 20

H2SO4 1470,4000 - 1470,4000

Air 10,318 686,7074 697,0254

Jumlah 686,7074 2167,4254

2167,4254

3.10 Filter Press (FP-101)

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 21 Alur 22 Alur 23

Air 7648,728 152,9746 7495,7534

Asam Laktat 2700,9226 54,0185 2646,9041

Gypsum 2040,8637 2040,8637 -

Jumlah 12.390,5143 2247,8568 10142,6575

(41)

3.11 Tangki Penampung (TA-107)

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 23 Alur 34 Alur 24

Asam Laktat 2646,9041 136,15 2783,0541

Air 7495,7534 559,749 8055,5024

Jumlah 10142,6575 695,899 10.838,5565

10.838,5565

3.12 Evaporator II (EV-102)

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 24 Alur 25 Alur 26a

Asam Laktat 2783,0541 - 2783,0541

Air 8055,5024 6942,4483 1113,0541

Jumlah 10.838,5565 6942,4483 3896,1082

10.838,5565

3.13 Evaporator III (EV-103)

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 26a Alur 26b Alur 26

Asam Laktat 2783,0541 - 2783,0541

Air 1113,0541 1085,2236 27,8305

Jumlah 3896,1082 1085,2236 2810,8846

3896,1082

3.14 Reaktor Prepolimreisasi (R – 204)

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 26 Alur 27 Alur 28 Alur 29

Asam Laktat 2783,0537 - 139,1527

Sn(II)Oct - 140,5583 140,5583

Air 30,9802 559,8778

Laktida - _{- 4,2300} 2110,7734

Jumlah 2954.5921 144,7883 2809,8039

2954,5921

3.15 Destilasi (DI-201)

(42)

(kgmol/jam)

Alur 30 Alur 33 Alur 37 Alur 33 Alur 37

Laktida 2110,7734 0,4185 0 2110,7734 0 0,41846

Asam Laktat 136,5312 1,5157 136,1504 0,3808 1,5157 0,00423

Air 559,7494 _31,0627 559,7494 0 31,0627 0

Jumlah 2.807,0539 32,9968 695,8998 2111,1541 32,5741 0,4227

2.807,0539 32,9968

Komponen

Alur Masuk Alur Keluar

Alur 31 Alur 32 Alur 33

N (kmol/jam) F (kg/jam) N (kmol/jam) F (kg/jam) N (kmol/jam) F (kg/jam)

Laktida 0 0 0 0 0 0

Asam Laktat 2,5925 233,5349 1,0811 97,3845 1,5157 136,1504 Air 55,5007 1000,1224 22,2183 400,37295 31,0627 559,7494 Total 58,0932 1233,6618 23,2994 497,7575 32,5741 695,8998

Komponen

Alur Masuk Alur Keluar

Alur 35 Alur 36 Alur 37

N (kmol/jam) F (kg/jam) N (kmol/jam) F (kg/jam) N (kmol/jam) F (kg/jam) Laktida 0,5498 2773,1856 0,1313 662,4121 0,41846 2110,7734 Asam Laktat 0,0056 0,5002 0,0013 0,1195 0,00423 0,3808

Air 0 0 0 0 0 0

Total 0,5553 2773,6857 0,1326 662,5316 0,4227 2111,1541

3.16 Reaktor Polimerisasi (R-205)

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 38 Alur 39

Asam Laktat _0,3808 0,3808

Laktida 2110,7734 126,6464

PLA Non Kristal - 1984,1270

(43)

3.17 Centrifuge (CF-201)

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 39 Alur 40 Alur 41

PLA Non Kristal 1984,1270 - 1984,1270

Laktida 126,6464 124,1135 2,5329

Asam Laktat 0,3808 0,3808

Jumlah 2111,1541 124,4942 1986,6599

2111,1541

3.18 Crystalizer (CR-201)

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 41 Alur 42

PLA Non Kristal 1984,1270 198,4127

PLA Kristal - 1785,7143

Laktida 2,5329 2,5329

(44)

BAB IV

NERACA PANAS

Pada proses pembuatan Poli Asam Laktat perubahan panas untuk setiap komponen terjadi pada alat-alat :

- Fermento (R- 101)

- Tangki Koagulasi (R-102) - Tangki Asidifikasi (R-204) - Reaktor Prepolimerisasi (R-205) - Evaporator 1 (EV-101)

- Evaporator II dan Evaporator III(EV- 102 dan EV-103) - Kolom Destilasi (DI-201)

- Cooler dan (E-202, E-204) - Heater (E-101 dan E-203)

Perhitungan pada neraca panas menggunakan basis perhitungan 1 jam dan temperature acuan 298,15 K di sajikan dalam lampiran B.

Neraca panas setiap alur ditampilkan dalam tabel 4.1 sampai dengan 4.11 Tabel 4.1 Neraca Panas Fermentor (R-101)

Senyawa Panas masuk (kJ/jam) Panas keluar (kJ/jam)

Alur 6 Alur 7 Alur 8

Asam laktat - - 98.512,4379

Dekstrosa 24.589,1194 - 3688,3679

Malt sprout 971,0542 - 2913,1625

Diamoniumposfat 86,8425 - 526,3720

air 175,4573 87547,7105 1.315.171,4472

CaCO3 364,1453 - 1092,4359

Panas reaksi - 308.120,5336

Steam 1.266.186,4282 -

Total 1.730.024,757 1.730.024,757

Tabel 4.2 Neraca Panas pada tangki koagulasi(R-102)

Senyawa Panas masuk ( kJ/jam ) Panas keluar ( kJ/jam)

Alur 8 Alur 11 Alur 12

Kalsium Laktat - - 403.501,6995

Asam laktat 98.512,4379 - -

Dekstrosa 3688,3679 - 14.015,7981

Malt sprout 2913,1625 - 11.070,0175

Diamoniumposfat 526,3720 - 2000,2138

(45)

CaCO3 1092,4359 - 4.971,6501

Ca(OH)2 - 7780,00687 -

Panas reaksi - 956.147,7329

Steam 6.106.113,7213 -

Total 7.630.072,4249 7.630.072,4249

Tabel 4.3 Neraca Panas Evaporator I (EV-101)

Senyawa Panas masuk ( kJ/jam ) Panas keluar( kJ/jam )

Alur 15 Alur 16 Alur 17

Kalsium Laktat 395.431,6656 - 528.264,39195

Air 6.113.598,0068 - 2.197.040,2461

Uap air - 42.103.078,6504 -

Steam 38.319.353,6161 -

Total 44.828.383,2884 44.828.383,2884

Tabel 4.4 Neraca pada Tangki Asidifikasi (R-103)

Senyawa Panas masuk ( kJ/jam ) Panas keluar (kJ/jam)

Alur 17 Alur 20 Alur 21

Kalsium Laktat 528.264,3919 - -

Air 2.197.040,2461 14.493,89497 1.439.189,569

Asam sulfat - 10.519,11054 -

Asam laktat - - 294.016,8492

gypsum - - 260.965,0049

Panas reaksi - - 1.067.241,4935

Air pendingin - 1.823.387,7144 -

Total -926.929,9291 -926.929,9291

Tabel 4.6 Neraca Panas Evaporator II dan Evaporator III (EV-102 dan EV-103)

Senyawa Panas masuk ( kJ/jam ) Panas keluar ( kJ/jam )

Alur 24 Alur 25 Alur 26

Asam Laktat 317.838,4906 - 527.194,6551

Air 1.617.772,301 - 9.085,836067

Uap air - 18.117.690,51 -

Steam 16.718.360,2194

Total 18.653.971,0108 18.653.971,0108

(46)

Keterangan Panas masuk ( kJ/jam ) Panas keluar( kJ/jam )

Alur 26 Alur 27

Asam Laktat 232.542,8477 560.863,9366

Air 4.007,3893 9.260,2859

Q steam 333.573,9855

Total 570.124,2225 570.124,2225

Tabel 4.8 Neraca Panas pada Reaktor Prepolimerisasi (R-204)

Senyawa Panas masuk ( kJ/jam ) Panas keluar ( kJ/jam )

Alur 26 Alur 27 Alur 28 Alur 29

Asam Laktat 527.194,6551 - 1.200,8637 54.369,29606 Air 9.085,836067 59.64796 96,1332 1.548.675,183

Sn(II)oct - 971.38842 33.998,5950 -

Laktida - - 43,2553 29.106,02937

Panas reaksi - 9.906.719,6008

Steam 1.103.697,4290 -

Total 11.574.208,9566 11.574.208,9566

Tabel 4.9 Neraca panas pada Kondenser (E-202)

Senyawa Panas masuk ( kJ/jam ) Panas keluar ( kJ/jam )

Alur 31 Alur 32 Alur 33

Asam Laktat

83734,863 21.244,98703 29.701,97838 Air

2.379.045,7952 987.186,3364 1.380.155,572

Laktida _- _- _-

air pendingin _{- 44.491,7847} _-

Total _{2.418.288,8735} _{2.418.288,8735}

Tabel 4.10 Neraca panas pada Reboiler (E-203)

Senyawa Panas masuk ( kJ/jam ) Panas keluar ( kJ/jam )

Alur 35 Alur 36 Alur 37

Asam Laktat 179,36355 46,9847 149,7167

Laktida 13.806,5137 6518,1421 20.770,0332

Steam 13.498,9994

(47)

Tabel 4.11 Neraca panas pada Cooler (E-101)

Senyawa Panas masuk ( kJ/jam ) Panas keluar ( kJ/jam )

Alur 29 Alur 30

Asam Laktat 54.369,29606 32.073,7267

Air 1.548.675,183 1239,793522

Laktida 29.106,02937 10.508,6451

Air Pendingin -127.233,2628 -

Total 1.504.917,2457 1.504.917,2457

Tabel 4.12 Neraca panas pada Cooler (E-204)

Senyawa Panas masuk ( kJ/jam ) Panas keluar ( kJ/jam )

Alur 37 Alur 38

Asam Laktat 149,7167 141,50942

laktida 20.770,0332 17.224,78096

Air pendingin -3553,45949 -

Total 17.366,2904 17.366,29038

Tabel 4.12 Neraca panas pada ReaktorPolimerisasi (R-205)

Senyawa Panas masuk ( kJ/jam ) Panas keluar ( kJ/jam )

Alur 38 Alur 39

Asam Laktat 141,5094195 141,5094

Laktida 17.224,78096 1.033,445882

Zink β diiminate - 3815,244767

PLA non kristal - 617.475,9644

Panas reaksi - 995.389,4443

Steam 1.600.489,318 -

(48)

BAB V

SPESIFIKASI PERALATAN

5.1 Gudang Penyimpanan Bahan Baku Padatan

Fungsi : Menyimpan bahan baku yang berbentuk padatan guna kebutuhan proses

Bentuk : Gedung berbentuk persegi-panjang ditutup atap Bahan Konstruksi : Dinding dari beton dan atap dari seng

Kondisi operasi : Temperatur = 300 C Tekanan = 1 atm

Jumlah : 1 bangunan.

Lebar sak isi = 40 cm Lebar sak total = 9,6 m Lebar gudang = 12 m Panjang sak isi = 70 cm Panjang sak total = 16,8 m Panjang gudang = 21

Keterangan : Semua bahan baku ditempatkan dalam sak-sak dengan berat @50 kg = 70 x 40 cm, disusun dalam suatu rak dengan jumlah sak tertentu dan disusun ke atas (max 10 tumpukan).

5 .2 Gudang Penyimpanan Ca(OH)2 (TA-101)

Fungsi : menyimpan Ca(OH)2 untuk kebutuhan selama 15 hari

Bentuk bangunan : Gedung berbentuk persegi-panjang ditutup atap Bahan konstruksi : Dinding dari beton dan atap dari seng

Jumlah : 1 unit

Kondisi penyimpanan : Temperatur = 30°C

Tekanan = 1 atm = 14,696 psia

Volume gudang (Vt) 3

1601 ,

182 m

Lebar gudang = 4,4992 m

(49)

Panjang gudang = 2 (3,4225) = 8,9985 m

5.3 Tangki Penyimpanan Asam Sulfat (H2SO4 98%) (TA-104)

Fungsi : Menyimpan asam sulfat guna kebutuhan proses Bentuk : Silinder tegak dengan alas datar dan tutup elipsoidal Bahan Konstruksi : glass lined steel

Jenis Sambungan : double welded butt joints

Jumlah : 2 unit

Kondisi Penyimpanan : Temperatur = 30°C

Tekanan = 1 atm = 14,696 psia Kebutuhan perancangan = 30 hari

Volume bahan = 298,5358 m3

Volume tangki = 358,2430 m3 Tinggi larutan dalam tangki = 7,02 meter

Diameter = 6,73 m

Tinggi tangki = 10,65

Tebal shell standar yang digunakan = 5/8 in

5.4 Tangki Penyimpanan Katalis (Sn(II) oct) (TA-207)

Fungsi : Menyimpan carian katalis guna kebutuhan proses Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar

Bahan Konstruksi : glass lined steel

Jenis Sambungan : double welded butt joints

Jumlah : 1 unit

Kondisi Penyimpanan : Temperatur = 30°C

Tekanan = 1 atm = 14,696 psia Kebutuhan perancangan = 30 hari

Volume tiap tangki, = 82,9712 m3 Tinggi larutan dalam tangki = 4,01 meter Diameter tangki = 4,56 m Tinggi tangki = 6,09 m

(50)

Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/2 in

Tebal shell standar yang digunakan = 1/2 in

5.5 Mixer (M-101)

Fungsi : mencampurkan bahan baku sebelum difermentasikan dalam fermentor.

Jenis : tangki berpengaduk

Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup datar

Jumlah : 1 unit

Bahan : Carbon Steel SA –285 Grade C Jenis sambungan : Double welded butt joints

V tangki (Vt) = 22,6375 m3

Volume bahan = 18,8646 m3 Volume tangki = 11,2044 m3 Diameter tangki = 2,79 m Tinggi tangki = 3,71 m

Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in

Pdesain = 152,07 kPa

Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in

Jenis pengaduk : Flat Six Blade Turbin

Jumlah Baffle : 4 buah

Kecepatan pengadukan = 60 rpm = 1 rps

Maka, Daya motor penggerak = 1415,39 W (1,89 HP)

5 .6 Mixer (M-102)

Fungsi : mencampurkan Ca(OH)2 dengan air sehingga menghasilkan

larutan Ca(OH)2 20% guna kebutuhan per hari.

Jenis : tangki berpengaduk

Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup datar

Jumlah : 1 unit

Bahan : Carbon Steel SA –285 Grade C Jenis sambungan : Double welded butt joints

(51)

V larutan (V1) = 2,2269 m3

V tangki (Vt) = 2,6722 m3

Diameter tangki = 1,37 m Tinggi tangki = 1,82 m Maka, Pdesain = 141,59 kPa

Maka tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in

Jenis pengaduk : Flat Six Blade Turbin

umlah Baffle : 4 buah Kecepatan pengadukan = 60 rpm = 1 rps

Daya motor penggerak =

8 , 0

92 , 109

= 137,40 W (0,18 HP)

5 .7 Mixer (M-103)

Fungsi : mencampurkan Asam sulfat dengan air Jenis : tangki berpengaduk

Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal

Jumlah : 1 unit

Bahan : glass lined steel

Diameter tangki = diameter tutup = 1,15 m Tinggi tangki = 1,5 m ;

Tinggi tutup = 0,29 m Tinggi tangki dengan tutup = 1,84 m Volume bahan = 1,4992 m3 Volume tangki = 1,7990 m3 Pdesain = 147,43 kPa

Maka tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in

Jenis pengaduk : Flat Six Blade Turbin

Jumlah Baffle : 4 buah Kecepatan pengadukan = 60 rpm = 1 rps Daya motor penggerak = 203,78 W (2,72 HP)

5.8 Fermentor(R-101)

(1)

Nilai Perolehan Objek Pajak

-

Tanah

Rp 5.000.000.000,-

Bangunan

Rp 17.795.000.000 ,-

Total NJOP

Rp 22.795.000.000 ,-

Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak

(Rp 30.000.000 ,- )

Nilai Perolehan Objek Pajak Kena Pajak

Rp 22.825.000.000 ,-

Pajak yang Terutang (5% x NPOPKP)

Rp 1.141.250.000

,-Pajak Bumi dan Bangunan (Z) adalah Rp 1.141.250.000,-

Total Biaya Tetap =

P + Q + R + S + T + U +V + W + X + Y + Z

=

Rp 125.150.988.654

,-

3.2 Biaya Variabel

3.2.1 Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per tahun

Biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 90 hari adalah

Rp

90.600.494.828 ,-

Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 tahun

= Rp 299.710.230.143,-

Biaya Variabel Tambahan

1. Perawatan dan Penanganan Lingkungan

Diperkirakan 1 dari biaya variabel bahan baku

Biaya variabel pemasaran

= 0,01 Rp 299.710.230.143,-

= Rp 2.997.102.301,-

2. Biaya Variabel Pemasaran dan Distribusi

Diperkirakan 8 dari biaya variabel bahan baku

Biaya perawatan lingkungan

= 0,08 Rp 299.710.230.143,-

= Rp 23.976.818.411,-

Total biaya variabel tambahan = Rp 26.973.920,-

(2)

3.2.2 Biaya Variabel Lainnya

Diperkirakan 5 dari biaya variabel tambahan

= 0,05 Rp 26.973.920.713,-

= Rp 1.348.696.036,-

Total biaya variabel =

Rp 328.032.846.891

,-Total biaya produksi

= Biaya Tetap + Biaya Variabel

=

Rp 125.150.988.654,- + Rp 328.032.846.891,-

= Rp

453.183.835.546 ,-

4 Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan

4.1 Laba Sebelum Pajak (Bruto)

Laba atas penjualan = total penjualan

–

total biaya produksi

= Rp 570.857.873.534,-

–

Rp 453.183.835.546,-

= Rp 117.674.037.988,-

Bonus perusahaan untuk karyawan 0.5 % dari keuntungan perusahaan

= 0,005 x Rp 117.674.037.988,-

= Rp 588.370.190,-

Pengurangan bonus atas penghasilan bruto sesuai dengan UURI No. 17/00

Pasal 6 ayat 1 sehingga :

Laba sebelum pajak (bruto) = Rp 117.674.037.988,-

−

Rp 588.370.190,-

= Rp

117.085.667.798,-4.2

Pajak Penghasilan

Berdasarkan UURI Nomor 17 ayat 1 Tahun 2000. Tentang Perubahan

Ketiga atas Undang-undang Nomor 7 Tahun 1983 Tentang Pajak Penghasilan

adalah (Rusjdi. 2004):



Penghasilan sampai dengan Rp 50.000.000,- dikenakan pajak sebesar 10 .



Penghasilan Rp 50.000.000,- sampai dengan Rp 100.000.000,- dikenakan

pajak sebesar 15 .

(3)

Maka pajak penghasilan yang harus dibayar adalah:

-

10 Rp 50.000.000

= Rp 5.000.000,-

-

15 (Rp 100.000.000,- - Rp 50.000.000) = Rp 7.500.000,-

- 30 ( Rp 117.085.667.798,-

–

Rp 100.000.000) = Rp 35.095.700.339,-

Total PPh

= Rp

Laba setelah pajak

Laba setelah pajak = laba sebelum pajak

–

PPh

= Rp 117.085.667.798,-

–

Rp 35.108.200.339,-

= Rp

81.977.467.459,-5

Analisa Aspek Ekonomi

5.1 Profit Margin

(PM)

PM

=

penjualan total pajak sebelum Laba

100 PM

=

x 100%

,-3.534 570.857.87 Rp 7.798,-117.085.66 Rp

= 20,51%

5.2 Break Even Point

(BEP)

BEP =

Variabel Biaya Penjualan Total Tetap Biaya

100 BEP =

6.891 328.032.84 3.534 570.857.87 8.654 125.150.98

BEP = 51,54%

Kapasitas produksi pada titik BEP

= 51.54 % 15.000 ton/tahun

= 2.705,8277 ton/tahun

Nilai penjualan pada titik BEP

= 51.54 % x Rp 570.857.873.534 ,-

= Rp 294.217.726.409,-

5.3 Return on Investment

(ROI)

ROI

=

investasi modal Total pajak setelah Laba

100 ROI =

7.073 367.792.72

.459 81.977.467

(4)

5.4 Pay Out Time

(POT)

POT

=

x 1 tahun

0,2229 1

POT = 4,49 tahun

5.5 Return on Network

(RON)

RON =

sendiri Modal

pajak setelah Laba

100 RON

=

6.244 220.675.63

.459 81.977.467

x 100 %

RON = 37,15 %

5.6 Internal Rate of Return

(IRR)

Untuk menentukan nilai IRR harus digambarkan jumlah pendapatan dan

pen→eluaran dari ta↓un ke ta↓un yan→ disebut β

Cash Flow

”. Untuk

memperoleh

cash flow

diambil ketentuan sebagai berikut:

-

Laba kotor diasumsikan mengalami kenaikan 10 tiap tahun

-

Masa pembangunan disebut tahun ke nol

-

Jangka waktu

cash flow

dipilih 10 tahun

-

Perhitungan dilakukan dengan menggunakan nilai pada tahun ke

–

10 -

Cash flow

adalah laba sesudah pajak ditambah penyusutan.

(5)

Tabel LE.11 Data Perhitungan BEP

%

Kapasitas

Biaya tetap

Biaya variabel

Total biaya

produksi

Penjualan

0

125.150.988.654

0

125.150.988.654

0

10 125.150.988.654 32.803.284.689 157.954.273.344 57.085.787.353

20 125.150.988.654 65.606.569.378 190.757.558.033 114.171.574.707

30 125.150.988.654 98.409.854.067 223.560.842.722 171.257.362.060

40 125.150.988.654 131.213.138.757 256.364.127.411 228.343.149.414

50 125.150.988.654 164.016.423.446 289.167.412.100 285.428.936.767

60 125.150.988.654 196.819.708.135 321.970.696.789 342.514.724.120

70 125.150.988.654 229.622.992.824 354.773.981.479 399.600.511.474

80 125.150.988.654 262.426.277.513 387.577.266.168 456.686.298.827

90 125.150.988.654 295.229.562.202 420.380.550.857 513.772.086.181

(6)

Gambar LE.2 Kurva

Break Even Point

Pabrik pembuatan PLA dari Dekstrosa

Tabel LE.12 Data Perhitungan

Internal Rate of Return

(IRR)

Thn Laba sebelum

pajak Pajak

Laba Sesudah

pajak Depresiasi Net Cash Flow

P/F pada

i = 40 % PV pada i = 40 %

P/F pada i

= 45% PV pada i = 45%

0 - - - - -367.792.727.073 1 -367.792.727.073 1 -367.792.727.073

1 117.085.667.798

35.108.200.339

81.977.467.459 30.992.277.747 112.969.745.205 0.7143 80.692.675.147 0.6897 77.910.169.107 2 128.794.234.578

38.620.770.373

90.173.464.204 30.992.277.747 121.165.741.951 0.5102 61.819.256.098 0.4756 57.629.365.970 3 141.673.658.036

42.484.597.411

99.189.060.625 30.992.277.747 130.181.338.372 0.3644 47.442.178.707 0.3280 42.701.656.770 4 155.841.023.839

46.734.807.152

109.106.216.687 30.992.277.747 140.098.494.434 0.2603 36.468.787.597 0.2262 31.692.861.973 5 171.425.126.223

51.410.037.867

120.015.088.356 30.992.277.747 151.007.366.103 0.1859 28.077.468.857 0.1560 23.559.068.852 6 188.567.638.845

56.552.791.654

132.014.847.192 30.992.277.747 163.007.124.938 0.1328 21.649.026.572 0.1076 17.538.747.436 7 207.424.402.730

62.209.820.819

145.214.581.911 30.992.277.747 176.206.859.658 0.0949 16.715.776.724 0.0742 13.075.153.486 8 228.166.843.003

68.432.552.901

159.734.290.102 30.992.277.747 190.726.567.849 0.0678 12.923.701.194 0.0512 9.760.390.101 9 250.983.527.303

75.277.558.191

175.705.969.112 30.992.277.747 206.698.246.859 0.0484 10.004.248.527 0.0353 7.294.991.211 10 276.081.880.034

82.807.064.010

193.274.816.023 30.992.277.747 224.267.093.770 0.0346 7.753.275.182 0.0243 5.458.653.568 44.246.332.469 -81.171.668.597

IRR = 40% +

.469 44.246.332 Rp .597 81.171.668 -Rp .469 44.246.332

_{× (45% - 40%) = 34,01 %}

0.00E+00

5.00E+10

1.00E+11

1.50E+11

2.00E+11

2.50E+11

3.00E+11

3.50E+11

4.00E+11

4.50E+11

5.00E+11

5.50E+11

6.00E+11

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 Harga

( R

p

)

Kapasitas Produksi (%)

biaya tetap

biaya variabel biaya produksi