PRARANCANGAN PABRIK ASAM BORAT DARI BORAKS DAN ASAM SULFAT DENGAN PROSES ASIDIFIKASI Prarancangan Pabrik Asam Borat dari Boraks dan Asam Sulfat dengan Proses asidifikasi Kapasitas Produksi 11.000 Ton/tahun.

PRARANCANGAN PABRIK ASAM BORAT
DARI BORAKS DAN ASAM SULFAT DENGAN PROSES ASIDIFIKASI
KAPASITAS PRODUKSI 11.000 TON/TAHUN

TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Meraih Gelar Sarjana Teknik
Strata 1 pada Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh :
FIKRI FARID BAWAZIER
D500 140 162

Dosen Pembimbing :
1.

Emi Erawati, S.T., M.Eng.

2.

Hamid Abdillah, S.T., M.T.

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SURAKARTA
2016

i

ii

iii

INTISARI
Asam borat (H3BO3) memiliki peran penting di berbagai industri, seperti
industri kaca, industri keramik, industri kertas serta industri farmasi. Pabrik asam
borat dari boraks dan asam sulfat didirikan karena kebutuhan akan bahan tersebut
semakin meningkat dari tahun ke tahun. Pabrik asam borat ini dirancang untuk
memenuhi kebutuhan dalam negeri. Pabrik asam borat ini dirancang dengan
kapasitas 11.000 ton per tahun yang beroperasi selama 330 hari per tahun. Proses
pembuatan asam borat ini menggunakan proses asidifikasi dengan perbandingan
mol boraks : asam sulfat = 1:1,01. Reaksi bersifat eksotermis dan dijalankan

dalam reaktor alir tangki berpengaduk (RATB), fase cair-cair, irreversible serta
kondisi operasi dijaga isothermal (100 oC) dan tekanan 1 atm.
Pabrik asam borat berkapasitas 11.000 ton/tahun ini membutuhkan bahan
baku boraks sebanyak 1.223,07 kg/jam, asam sulfat sebanyak 384.56 kg/jam.
Utilitas pendukung proses meliputi penyediaan air sebesar 5.579,87 kg/jam yang
diperoleh dari air sungai Brantas, unit penyediaan steam sebesar 52,646 kg/jam,
kebutuhan udara tekan sebesar 60,48 m3 per jam, kebutuhan listrik diperoleh dari
PLN dan generator set sebesar 400 kW sebagai cadangan, bahan bakar berupa
IDO sebanyak 58,72 liter/jam. Pabrik ini direncanakan akan didirikan di kawasan
industri Gresik, Jawa Timur dengan luas tanah 25.550 m2 dan jumlah karyawan
139 orang.
Dari analisis ekonomi, pabrik asam borat ini membutuhkan modal tetap
sebesar Rp 346.313.089.667,77 dan modal kerja sebesar Rp 79.924.962.676,07.
Keuntungan sebelum pajak sebesar Rp 105.233.369.792,84/th. Keuntungan
sesudah pajak sebesar Rp 94.710.032.813,56/th. Analisis kelayakan ini
memberikan hasil bahwa Return On Investment (ROI) sebelum pajak sebesar
30,39% dan setelah pajak sebesar 27,35%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak
sebesar 2,48 tahun sedangkan setelah pajak sebesar 2,68 tahun. Break Even Point
(BEP) sebesar 46,59%, dan Shut Down Point (SDP) sebesar 24,05%.
Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 34,99%. Berdasarkan data–data di atas

maka pabrik asam borat dari boraks dan asam sulfat ini layak untuk didirikan.

iv

ABSTRACT
Boric acid has the molecular formula H3BO3 have an important role in
various industries, both as an adjuvant in the glass industry, ceramic coatings
industry, bleach in chemical industry, and materials in the manufacture of drugs
in the pharmaceutical industry. The boric acid plant designed to meet domestic
demand. The boric acid plant designed capacity of 11.000 ton/year. The process of
making this boric acid using the acidification process with mole ratio of
borax:sulfuric acid = 1:1,01. The reaction is exothermic and is run in a continue
strirred tank reactor (CSTR), liquid-liquid phase, irreversible and kept isothermal
operating conditions (100oC) and pressure of 1 atmosphere.
The boric acid plant with 11.000 ton/year capacity requires raw material of
borax as much as 1.223,07 kg/hour, sulfuric acid as much as 384,56 kg/hour.
Process support unit includes a water supply unit as many as 5.579,87 kg/hr is
obtained from Brantas river water, units procurement steam with the needs of
52,646 kg/hr, units procurement of compressed air at 60,48 m3 per hour, units
procurement of electricity from PLN and generator set as many as 400 kW for

backup, as well as fuel procurement unit of IDO at 58,72 liter/hour. The factory is
planned to be established in the industrial area of Gresik, East Java with land area
of 25.550 m2 and the number of employees as many as 139 people.
The results of the economic analysis, the boric acid plant requires a fixed
capital of Rp 346.313.089.667,77 and working capital of Rp 79.924.962.676,07.
Profit before tax of Rp 105.233.369.792,84/year. Profit after tax of Rp
94.710.032.813,56/year. Feasibility analysis results obtained from the Return On
Investment (ROI) before tax of 30,39%and after tax of 27,35%. Pay Out Time
(POT) before tax of 2,48 years and after tax of 2,68 years. Break Even Point
(BEP) of 46,59%, and Shut Down Point (SDP) of 24,05%. Discounted Cash Flow
(DCF) of 33,66%. The results of the economic analysis concluded that the plant
boric acid from borax and sulfuric acid using acidification process capacity of
11.000 ton/year feasible to set.

v

KATA PENGANTAR
Bissmillahirrahmaanirrohim
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Alhamdulillah, puji syukur ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan

segala rahmat hidayah dan petunjuknya-Nya sehingga penyusun dapat
menyelesaikan tugas akhir prarancangan pabrik kimia ini dengan baik. Tak lupa
sholawat serta salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Nabi Besar
Muhammad SAW, keluarga, sahabat dan seluruh pengikutnya.
Tugas Prarancangan Pabrik Kimia merupakan tugas akhir yang harus
diselesaikan oleh setiap mahasiswa Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik,
Universitas Muhammadiyah Surakarta sebagai prasyarat untuk menyelesaikan
jenjang studi sarjana. Dengan tugas ini diharapkan kemampuan penalaran dan
penerapan teori-teori yang telah diperoleh selama kuliah dapat berkembang dan
dapat dipahami dengan baik.
Judul Tugas Akhir ini adalah Prarancangan Pabrik Asam Borat dari
Boraks dan Asam Sulfat dengan Proses Asidifikasi Kapasitas 11.000
Ton/Tahun. Adanya prarancangan pabrik ini diharapkan dapat memperkaya
alternatif industri masa depan bagi Indonesia.
Penyelesaian penyusunan laporan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan
dan bimbingan serta dorongan dari berbagai pihak. Melalui laporan ini penyusun
ingin mengucapkan terima kasih yang tiada terhingga, terutama kepada :
1. Bapak Rois Fathoni, ST, M.Sc, Ph.D, selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Ibu Emi Erawati, S.T., M. Eng. selaku Dosen Pembimbing I.

3. Bapak Hamid Abdillah, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing II.
4. Bapak dan Ibu Dosen Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta
atas segala bimbingan dan arahannya.
5. Bapak, Ibu dan kakak-kakakku yang selalu mendoakan dan memberi
semangat serta dukungannya.

vi

6. Teman-teman mahasiswa transfer angkatan 2014 yang telah membantu
penulis dalam mengerjakan tugas akhir ini.
7. Teman-teman Teknik Kimia UMS yang selalu memberikan dorongan dan
motivasi.
“Tak ada gading yang tak retak” Penulis menyadari bahwa dalam
penyusunan laporan tugas akhir ini masih banyak terdapat kekurangan dan
kesalahan, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik membangun demi
kesempurnaan laporan ini. Dan semoga laporan ini bermanfaat bagi semua pihak.
Akhir kata penulis mohon maaf apabila ada salah kata, dan terima kasih.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Surakarta, Juli 2016

Penyusun

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL......................................................................................

i

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................

ii

HALAMAN KEASLIAN ..............................................................................

iii

INTISARI.......................................................................................................

iv

ABSTRACT ...................................................................................................

v

KATA PENGANTAR ...................................................................................

vi

DAFTAR ISI .................................................................................................. viii
DAFTAR TABEL ..........................................................................................

xi

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xiii
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 Fisik 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
2.1.1 Spesifikasi Produk............................................................... 15
2.2. Konsep Proses ............................................................................... 16
2.2.1 Dasar Reaksi........................................................................ 16
2.2.2 Tinjauan Termodinamika .................................................... 16
2.2.3 Tinjauan Kinetika ............................................................... 18
2.3. Diagram Alir Proses dan Langkah Proses ..................................... 19
2.3.1 Diagram Alir Kualitatif ....................................................... 19
2.3.2 Diagram Alir Kuantitatif ..................................................... 19

viii

2.3.3 Diagram Alir Proses ............................................................ 19
2.3.4 Langkah Proses ................................................................... 22
2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas .................................................... 24

2.4.1 Neraca Massa ....................................................................... 25
2.4.2 Neraca Panas ........................................................................ 33
2.5. Tata Letak Pabrik dan Peralatan Proses ......................................... 40
2.5.1 Tata Letak Pabrik ................................................................. 40
2.5.2 Tata Letak Peralatan Proses ................................................. 44
BAB III SPESIFIKASI ALAT ..................................................................... 47
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM .......... 69
4.1. Unit Pendukung Proses .................................................................. 69
4.1.1 Unit Penyediaan Air dan Pengolahan Air ............................ 70
4.1.2 Unit Penyediaan Steam ........................................................ 76
4.1.3 Unit Penyediaan Listrik ....................................................... 77
4.1.4 Unit Penyediaan Bahan Bakar ............................................. 80
4.1.5 Unit Penyediaan Udara Tekan ............................................. 81
4.1.6 Unit Pengolahan Limbah ..................................................... 81
4.1.7 Laboratorium ........................................................................ 82
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN..................................................... 85
5.1. Bentuk Perusahaan ......................................................................... 85
5.2. Struktur Organisasi ........................................................................ 86
5.3. Tugas dan Wewenang .................................................................... 88
5.3.1 Pemegang Saham ................................................................. 88
5.3.2 Dewan Komisaris ................................................................. 89
5.3.3 Direktur Utama .................................................................... 89
5.3.4 Staff Ahli .............................................................................. 90
5.3.5 Kepala Bagian ...................................................................... 90
5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan ................................................... 94
5.4.1 Karyawan non shift ............................................................. 94
5.4.2 Karyawan shift .................................................................... 95
5.5. Status Karyawan dan Sistem Upah ................................................ 96

ix

5.6. Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji ..................... 96
5.6.1 Penggolongan Jabatan .......................................................... 96
5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji .................................................. 97
5.7. Kesejahteraan Sosial Karyawan ..................................................... 98
5.8. Manajemen Perusahaan .................................................................. 99
5.8.1 Perencanaan Produksi .......................................................... 100
5.8.2 Pengendalian Produksi ......................................................... 101
BAB VI ANALISA EKONOMI .................................................................. 102
6.1. Dasar Perhitungan ........................................................................ 102
6.2. Penaksiran Harga Peralatan ........................................................... 103
6.3. Penentuan Total Capital Investment (TCI) .................................... 104
6.3.1 Fixed Capital Investment (FCI) ........................................... 105
6.3.2 Working Capital Investment (WCI) ..................................... 105
6.4. Total Manufacturing Cost (MC) .................................................... 106
6.5. General Expense (GE) ................................................................... 106
6.6. Keuntungan Produksi ..................................................................... 107
6.7. Analisis Kelayakan ........................................................................ 107
BAB VII KESIMPULAN ............................................................................ 112
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 113
LAMPIRAN

x

DAFTAR TABEL

Tabel 1

Kebutuhan Asam Borat di Indonesia Berdasarkan Data Impor

2

Tabel 2

Daftar Pabrik Asam Borat di Amerika (Erdogdu, 2004) .........

3

Tabel 3

Tinjauan Pemilihan Proses Pembuatan Asam Borat .................

8

Tabel 4

Kelarutan Asam Borat dalam Air (Kirk and Orthmer,2004) .... 13

Tabel 5

Harga ∆Hof 298 Masing-masing Komponen (NBS, 1982) ......... 16

Tabel 6

Neraca Massa pada Mixer (M-120) .......................................... 25

Tabel 7

Neraca Massa pada Reaktor 1 (R-210) ..................................... 25

Tabel 8

Neraca Massa pada Reaktor 2 (R-220) ..................................... 26

Tabel 9

Neraca Massa pada Reaktor 3 (R-230) ..................................... 26

Tabel 10

Neraca Massa pada Reaktor 4 (R-240) ..................................... 27

Tabel 11

Neraca Massa pada Reaktor 5 (R-250) ..................................... 27

Tabel 12

Neraca Massa pada Reaktor 6 (R-260) ..................................... 28

Tabel 13

Neraca Massa pada Netrallizer (D-310) ................................... 28

Tabel 14

Neraca Massa pada Evaporator (V-410) .................................. 29

Tabel 15

Neraca Massa pada Heat Exchanger (E-420) ........................... 29

Tabel 16

Neraca Massa pada Crystallizer (C-01) ................................... 30

Tabel 17

Neraca Massa pada Centrifuge 1 (H-510) ................................ 30

Tabel 18

Neraca Massa pada Centrifuge 2 (H-520) ................................ 31

Tabel 19

Neraca Massa pada Rotary Drier (B-610)................................ 31

Tabel 20

Neraca Massa Total .................................................................. 32

Tabel 21

Neraca Panas pada Mixer (M-120) ........................................... 33

Tabel 22

Neraca Panas pada Reaktor 1 (R-210)...................................... 33

Tabel 23

Neraca Panas pada Reaktor 2 (R-220)...................................... 34

Tabel 24

Neraca Panas pada Reaktor 3 (R-230)...................................... 34

Tabel 25

Neraca Panas pada Reaktor 4 (R-240)...................................... 35

Tabel 26

Neraca Panas pada Reaktor 5 (R-250)...................................... 35

Tabel 27

Neraca Panas pada Reaktor 6 (R-260)...................................... 36

Tabel 28

Neraca Panas pada Netrallizer (D-310) .................................... 36

Tabel 29

Neraca Panas pada Evaporator (V-410)................................... 37

xi

Tabel 30

Neraca Panas pada Heat Exchanger (E-420) ........................... 37

Tabel 31

Neraca Panas pada Crystallizer (V-430) .................................. 38

Tabel 32

Neraca Panas pada Centrifuge 1 (H-510) ................................. 38

Tabel 33

Neraca Panas pada Centrifuge 2 (H-520) ................................. 39

Tabel 34

Neraca Panas pada Rotary Drier (B-610) ................................ 39

Tabel 35

Neraca Panas Total ................................................................... 40

Tabel 36

Luas Area Ruang Bangunan ..................................................... 42

Tabel 37

Kebutuhan Air Pendingin ......................................................... 75

Tabel 38

Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi ........................ 75

Tabel 39

Konsumsi Listrik untuk Keperluan Proses ............................... 77

Tabel 40

Konsumsi Listrik untuk Keperluan Utilitas .............................. 78

Tabel 41

Jadwal Pembagian Kelompok Shift .......................................... 95

Tabel 42

Jumlah Karyawan dan Kualifikasi............................................ 97

Tabel 43

Cost Index Chemical Plant ....................................................... 103

Tabel 44

Total Fixed Capital Investment ................................................ 105

Tabel 45

Working Capital Investment ..................................................... 105

Tabel 46

Manufacturing Cost .................................................................. 106

Tabel 47

General Expense ....................................................................... 106

Tabel 48

Fixed Cost ................................................................................. 108

Tabel 49

Variable Cost ............................................................................ 109

Tabel 50

Regulated Cost......................................................................... 109

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1

Data Impor Asam Borat di Indonesia Tahun 2007-2014 ........

Gambar 2

Diagram Alir Kualitatif Pembuatan Asam Borat ..................... 20

Gambar 3

Diagram Alir Kuantitatif Pembuatan Asam Borat ................... 21

Gambar 4

Diagram Alir Proses Pembuatan Asam Borat .......................... 24

Gambar 5

Tata Letak Pabrik ..................................................................... 43

Gambar 6

Tata Letak Peralatan Proses...................................................... 46

Gambar 7

Struktur Organisasi Pabrik Asam Borat (Widjaja, 2003) ......... 88

Gambar 8

Hubungan Tahun dengan Cost Index ....................................... 103

Gambar 9

Grafik Analisis Ekonomi.......................................................... 111

xiii

3