Pembuatan Sorbitol Dari Sirup Glukosa Dengan Proses Hidrogenasi Katalitik Kapasitas 60 Ton/Hari

PRA RANCANGAN PABRIK

PEMBUATAN SORBITOL DARI SIRUP GLUKOSA

DENGAN PROSES HIDROGENASI KATALITIK

KAPASITAS 60 TON/ HARI

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Kimia

Oleh :

NIM : 060425002

IHSAN RIZKI MUNAWIR P.

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan Rahmat dan HidayahNya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini sebagai mana mestinya. Tak lupa juga Shalawat kepada Baginda Rasulullah SAW penulis ucapkan yang diharapkan safa’at dari Beliau di yaumil akhir kelak.

Terima kasih yang sebesar-besarnya penulis ucapkan kepada pihak yang telah membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini baik itu secara langsung maupun tidak langsung. Adapun penulis mengucapkan terima kasih kepada :

- Ketua Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yaitu Ibu Ir. Renita Manurung, MT dan juga selaku Dosen Pembimbing I dari tugas akhir.

- Dosen Pembimbing II dari tugas akhir yaitu Ibu Farida Hanum, ST, MT. - Bapak Koordinator tugas akhir yaitu Bapak DR.Eng. Ir. Irvan, M.Si.

- Bapak-Ibu Dosen-dosen Staf Pengajar Departemen Teknik Kimia yang telah banyak dan ikhlas memberikan ilmunya

- Bapak-ibu pegawai tata usaha Departemen Teknik Kimia atas kerjasamanya

Penulis sadar bahwa dalam penulisan tugas akhir ini banyak terdapat kekurangan, untuk itu saya mengharapkan masukan khususnya kepada penulis yang sifatnya demi kebaikan untuk kedepannya. Semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi kita semua. Wassalam dan Terima kasih.

Penulis,

Ihsan Rizki Munawir 060425002

INTISARI

Pembuatan Sorbitol ini menggunakan proses hidrogenasi katalitik. Sorbitol

dalam kegunaannya sangat beragam, dalam industri makanan dapat digunakan sebagai .pemanis pengganti gula, dalam industri farmasi dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan vitamin C, sedang dalam industri kimia dapat digunakan sebagai surfaktan.

Pabrik Sorbitol ini direncanakan akan berproduksi dengan kapasitas 60 ton/ hari (2500 kg/ jam) dan beroperasi selama 330 hari dalam setahun. Pabrik ini diharapkan dapat mengurangi ketergantungan Indonesia terhadap produk impor.

Lokasi pabrik yang direncanakan adalah daerah Belawan, Sumatera Utara dengan luas area 8990 m2 .

Jumlah tenaga kerja yang dibutuhkan untuk mengoperasikan pabrik ini adalah 185 orang. Bentuk badan usaha yang direncanakan adalah berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dan bentuk organisasinya adalah organisasi garis.

Hasil analisa ekonomi adalah sebagai berikut : - Total modal investasi : Rp 177.256.411.718,- - Biaya produksi : Rp 166.313.609.381,- - Hasil penjualan per tahun : Rp 257.400.000.000 ,- - Laba bersih : Rp 63.459.171.066,- - Profit margin : 35,2102 %

- Break even point : 47,879 % - Return of Investment : 22,22 % - Pay out time : 4,5012 tahun - Return of network : 37,0234 % - Internal rate of return : 36,662 %

Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa pabrik pembuatan sorbitol ini layak untuk didirikan.

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ... i

INTISARI... ii

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR TABEL ... vi

DAFTAR GAMBAR... vii BAB I PENDAHULUAN ... I 1.1 Latar Belakang ... I-1

1.2 Rumusan Masalah ... I-3

1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik ... I-3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... II 2.1 Sejarah Sorbitol ... II-1

2.2 Sifat-Sifat Reaktan Dan Produk ... II-1

2.3 Pemilihan Proses ... II-5

2.4 Deskripsi Proses ... II-6

BAB III NERACA MASSA ... III 3.1 Reaktor (R-201) ... III-1

3.2 Separator Gas-Liquid (D-302) ... III-1

3.3 PSA (Pressure Swing Adsorption-D-401 & 402) ... III-1

3.4 Evaporator (V-501) ... III-2

BAB IV NERACA ENERGI ... IV 4.1 Neraca Panas pada E-106 ... IV-1

4.2 Neraca Panas pada E-102 ... IV-1

4.3 Neraca Panas Reaktor (R-201) ... IV-1

4.4 Neraca Panas pada Cooler (E-301) ... IV-2

4.5 Neraca Panas pada Evaporator (V-501) ... IV-2

BAB V SPESIFIKASI PERALATAN PROSES... V 5.1 Tangki Penampung Sirup Glukosa (F-104) ... V-1

5.2 Pompa (L-105)... V-1

5.3 Pompa (L-107)... V-2

5.4 Tangki Penampung Gas Hidrogen (F-101) ... V-3

5.5 Kompressor (C-103) ... V-3

5.6 Heater (E-102) ... V-4

5.7 Heater (E-106) ... V-5

5.8 Reaktor (R-201) ... V-6

5.9 Reducer (X-202) ... V-8

5.10 Coolerr (E-301) ... V-8

5.11 Separator (S-302) ... V-10

5.12 Reducer (D-303) ... V-11

5.13 PSA (D-400) ... V-11

5.14 Blower (G-403) ... V-13

5.15 Pompa (L-304)... V-13

5.16 Evaporator (V-501) ... V-14

5.17 Pompa (L-502)... V-16

BAB VI INTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ... VI 6.1 Instrumentasi ... VI-1

6.2 Keselamatan Kerja ... VI-10

BAB VII UTILITAS ... VII 6.3 Instrumentasi ... VI-1

6.4 Keselamatan Kerja ... VI-10

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Nomor Tabel Judul Halaman 1.1 Perkembangan Impor Sorbitol Indonesia tahun 2004-2007... I-1 1.2 Perkembangan Ekspor Sorbitol Indonesia tahun 2004-2007... I-2 2.1 Tabel Sirup Glukosa ... II-3 2.2 Perbandingan Antara Reduksi Katalitik dan Hidrogenasi... II-6 3.1 Neraca Massa pada Reaktor (R-201)... III-1 3.2 Neraca Massa pada Separator Gas-Liquid (D-302) ... III-1 3.3 Neraca Massa pada PSA... III-1 3.4 Neraca Massa pada Evaporator (V-501)... ... III-2 4.1 Neraca Panas pada E-106... IV-1 4.2 Neraca Panas pada E-102... IV-1 4.3 Neraca Energi pada Reaktor (R-201)... IV-1 4.4 Neraca Panas pada Cooler (E-301)... IV-2 4.5 Neraca Panas pada Evaporator (V-501)... IV-2 6.1 Daftar Instrumentasi pada Pra rancangan Pabrik Pembuatan Sorbitol

dari Sirup Glukosa...

DAFTAR GAMBAR

Nomor Gambar Judul Halaman

2.1 Struktur Kima Sorbitol ... I-1 6.1 Instrumentasi Pada Pompa ... VI-6 6.2 Instrumentasi Pada Tangki Cairan... VI-6 6.3 Instrumentasi Pada Separator ... VI-6 6.4 Instrumentasi Pada Cooler... VI-7 6.5 Instrumentasi Pada Reaktor... VI-7 6.6 Instrumentasi Pada Evaporator... VI-8 6.7 Instrumentasi Pada Blower... VI-8 6.8 Instrumentasi Pada Heater... VI-9 6.9 Instrumentasi Pada Adsorber... VI-9 6.10 Instrumentasi Pada Compressor... VI-10 8.1 Tata Letak Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Sorbitol VIII-9

INTISARI

Pembuatan Sorbitol ini menggunakan proses hidrogenasi katalitik. Sorbitol

dalam kegunaannya sangat beragam, dalam industri makanan dapat digunakan sebagai .pemanis pengganti gula, dalam industri farmasi dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan vitamin C, sedang dalam industri kimia dapat digunakan sebagai surfaktan.

Pabrik Sorbitol ini direncanakan akan berproduksi dengan kapasitas 60 ton/ hari (2500 kg/ jam) dan beroperasi selama 330 hari dalam setahun. Pabrik ini diharapkan dapat mengurangi ketergantungan Indonesia terhadap produk impor.

Lokasi pabrik yang direncanakan adalah daerah Belawan, Sumatera Utara dengan luas area 8990 m2 .

Jumlah tenaga kerja yang dibutuhkan untuk mengoperasikan pabrik ini adalah 185 orang. Bentuk badan usaha yang direncanakan adalah berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dan bentuk organisasinya adalah organisasi garis.

Hasil analisa ekonomi adalah sebagai berikut : - Total modal investasi : Rp 177.256.411.718,- - Biaya produksi : Rp 166.313.609.381,- - Hasil penjualan per tahun : Rp 257.400.000.000 ,- - Laba bersih : Rp 63.459.171.066,- - Profit margin : 35,2102 %

- Break even point : 47,879 % - Return of Investment : 22,22 % - Pay out time : 4,5012 tahun - Return of network : 37,0234 % - Internal rate of return : 36,662 %

Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa pabrik pembuatan sorbitol ini layak untuk didirikan.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sebagai negara berkembang, Indonesia melaksanakan pembangunan dan pengembangan diberbagai sektor, salah satunya adalah sektor industri. Dengan kemajuan dalam sektor industri diharapkan akan meningkatkan kesejahteraan rakyat. Dalam pembangunannya, sektor industri ini dikembangkan dalam beberapa tahap dan secara terpadu melalui peningkatan hubungan antara sektor industri dengan sektor lainnya.

Industri Kimia salah satu contoh sektor industri yang sedang dikembangkan di Indonesia, dan diharapkan dapat memberikan kontribusi yang besar bagi pendapatan negara. Dalam mengembangkan dan meningkatkan industri ini diperlukan ilmu pengetahuan dan teknologi. Untuk itu Indonesia harus mampu memanfaatkan potensi yang ada, karena industri kimia membutuhkan sumber daya alam seefisien mungkin. Disamping itu perlu juga penguasaan teknologi, baik yang sederhana maupun yang canggih, sehingga bangsa Indonesia dapat meningkatkan eksistensinya dan kredibilitasnya sejajar dengan bangsa-bangsa lain yang telah maju.

Dengan kebutuhan industri-industri kimia saat ini, maka kebutuhan akan bahan baku kimia industri tersebut semakin meningkat. Bahan baku industri ada yang berasal dari dalam negeri dan juga ada yang masih import. Salah satu bahan kimia yang masih diimport adalah sorbitol.

Sorbitol umumnya dibuat dari glukosa dengan proses hidrogenasi katalitik bertekanan tinggi. Sorbitol umumnya digunakan sebagai bahan baku industri barang konsumsi dan- makanan seperti pasta gigi, permen, kosmetik farmasi, vitamin C, dan termasuk industri textil dan kulit.

Berdasarkan data impor statistik di Indonesia 2000-2006, kebutuhan sorbitol di Indonesia disajikan dalam Tabel 1.1

Tabel 1.1 Perkembangan Impor Sorbitol Indonesia Tahun 2006-2009

Tahun Ton

2006 3858,38

2007 5472,13

2008 9938,44

2009 17.661,288

(sumber : Biro Pusat Statistik, 2000-2006)

Pasar ekspor sebenarnya akan menjadi prioritas utama bagi produsen sorbitol di Indonesia, karena selain importer luar negeri selalu membayar tunai, mereka juga cenderung melakukan kontrak penjualan jangka panjang. Oleh sebab itu, kompetisi di pasar internasional dapat mendorong produsen sorbitol Indonesia selalu mengikuti perkembangan produk dan teknologi di luar negeri. Walaupun ekspor terus ditingkatkan, namun hingga sekarang Indonesia masih terus melakukan impor. Impor sorbitol itu masih terus berjalan dikarenakan beberapa hal, yaitu terjadinya peningkatan konsumsi dalam negeri akibat perkembangan industri pemakai dan masih dibutuhkannya sorbitol dengan spesifikasi tertentu yang belum diprodukasi di Indonesia (CIC-Indochemical, 2008).

Tabel 1.2 Perkembangan Ekspor Sorbitol Indonesia Tahun 2006-2009

Tahun Ton

2004 77.466,41

2005 99.449,982

2006 101.639,092

2007 118.078,677

1.2 Rumusan Masalah

Kebutuhan Sorbitol di Indonesia sangatlah besar dan pemenuhan terhadap kebutuhannya tersebut dilakukan dengan cara mengimpor. Untuk memenuhi kebutuhan Sorbitol dalam negeri dilakukan para rancangan pabrik kimia Sorbitol

dengan menggunakan proses hidrogenasi katalitik.

1.3. Tujuan Pra Rancangan Pabrik

Pra rancangan pabrik pembuatan Sorbitol ini bertujuan untuk menerapkan disiplin ilmu Teknik Kimia, khususnya pada mata kuliah Perancangan Pabrik Kimia,Neraca massa, Neraca Energi, Operasi Teknik Kimia dan disiplin ilmu lainnya sehingga akan memberikan gambaran kelayakan pra rancangan pabrik pembuatan Sorbitol.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sorbitol

Sorbitol pertama kali ditemukan oleh ahli kimia dari Perancis yaitu Joseph Boosingault pada tahun 1872 dari biji tanaman bunga ros. Proses hidrogenasi gula menjadi sorbitol mulai berkembang pada tahun 1930. Pada tahun 1975 produsen utama sorbitol adalah Roguette Freres dari Perancis. Secara alami sorbitol juga dapat dihasilkan dari berbagai jenis buah.

Sorbitol dinyatakan GRAS (Generally Recognized As Safe) atau secara umum dikenal sebagai produk yang aman oleh U.S. Food and Drug Administration dan disetujui penggunaannya oleh Uni Eropa serta banyak negara di seluruh dunia. Mencakup Australia, Austria, Kanada dan Jepang (Suara merdeka, 2008).

Produksi sorbitol lokal selain untuk pemasaran dalam negeri juga sebagian besar untuk diekspor. Ekspor sorbitol sejak tahun 1989 hingga tahun 1992 cenderung mengalami penurunan, hal ini diakibatkan semakin meningkatnya permintaan dalam negeri.

Sorbitol atau dikenal juga hexitol dengan rumus kimia C6H14O6.

Gambar 2.1 Struktur Kima Sorbitol

(perry, 1999) Walaupun ekspor terus ditingkatkan namun hingga saat ini Indonesia masih terus melakukan impor.

Sorbitol adalah senyawa monosakarida polyhidric alcohol. Nama kimia lain dari sorbitol adalah hexitol atau glusitol dengan rumus kimia C6H14O6. Struktur molekulnya mirip dengan struktur molekul glukosa hanya yang berbeda gugus aldehid pada glukosa diganti menjadi gugus alkohol. Sorbitol pertama kali

ditemukan dari juice Ash berry (Sorbus auncuparia L) di tahun 1872. Setelah itu,

sorbitol banyak ditemukan pada buah-buahan seperti apel, plums, pears, cherris, kurma, peaches, dan apricots.

Zat ini berupa bubuk kristal berwarna putih yang higroskopis, tidak berbau dan berasa manis, sorbitol larut dalam air, gliserol, propylene glycol, serta sedikit larut dalam metanol, etanol, asam asetat, phenol dan acetamida. Namun tidak larut hampir dalam semua pelarut organik.

Sorbitol dapat dibuat dari glukosa dengan proses hidrogenasi katalitik bertekanan tinggi. Sorbitol umumnya digunakan sebagai bahan baku industri barang konsumsi dan makanan seperti pasta gigi, permen, kosmetik, farmasi, vitamin C, dan termasuk industri textil dan kulit(Othmer, 1960).

Berikut adalah kegunaan Sorbitol dalam industri : - Bidang makanan

Ditambahkan pada makanan sebagai pemanis dan untuk memberikan ketahanan mutu dasar yang dimiliki makanan tersebut selama dalam proses penyimpanan. Bagi penderita diabetes, sorbitol dapat dipakai sebagai bahan pemanis pengganti glukosa, fruktosa, maltosa, dan sucrosa. Untuk produk makanan dan minuman diet, sorbitol memberikan rasa manis yang sejuk di mulut. - Bidang Farmasi

Sorbitol merupakan bahan baku vitamin C dimana dibuat dengan proses fermentasi dengan bakteri Bacillus suboxidant. Dalam hal lain, sorbitol dapat digunakan sebagai pengabsorpsi beberapa mineral seperti Cs, Sr, F dan vitamin B12. Pada konsentrasi tinggi sorbitol dapat sebagai stabilisator dari vitamin dan antibiotik.

- Bidang Kosmetik dan pasta gigi

Penggunaan sorbitol sangat luas di bidang kosmetika, diantaranya digunakan sebagai pelembab berbentuk cream untuk mencegah penguapan air dan dapat memperlicin kulit. Untuk pasta gigi, sorbitol dapat dipergunakan sebagai penyegar atau obat pencuci mulut yang dapat mencegah kerusakan gigi dan memperlambat terbentuknya karies gigi.

- Industri Kimia

Sorbitol banyak dibutuhkan sebagai bahan baku surfaktan seperti polyoxyethylene Sorbitan fatty acid Esters dan Sorbitan fatty Acid Esters. Pada industri Polyurethane, sorbitol bersama dengan senyawa polyhidric alcohol lain seperti glycerol merupakan salah satu komposisi utama alkyl resin dan rigid polyurethane foams. Pada industri textil, kulit, semir sepatu dan kertas, sorbitol digunakan sebagai softener dan stabilisator warna. Sedangkan pada industri rokok sorbitol digunakan sebagai stabilisator kelembaban, penambah aroma dan menambah rasa sejuk.

Aplikasi lain, sorbitol digunakan sebagai bahan baku pembuatan vitamin C. Negara-negara barat mengaplikasikan sorbitol sebagai bahan baku pembuatan vitamin C.

2.2 Sirup Glukosa

Sirup glukosa adalah produk yang dibuat dengan cara hidrolisis parsial dari pati. Sirup glukosa yang mempunyai rasa manis dan tidak berwarna ini terdiri dari glukosa, dekstrin, maltosa dan air. Rumus kimia dari glukosa adalah C6H12O6. Bahan baku sirup glukosa sendiri diperoleh dari PT. Sorini Corporation. Tabel 2.1 Komposisi sirup glukosa adalah sebagai berikut :

Komponen Spesifikasi

Glukosa 50%

Maltosa 2%

Air 47,9%

Dekstrin 0,03%

Sumber: SII 0418-81

2.3 Sifat-sifat Bahan Baku dan Reaktan 2.3.1Sorbitol

Sifat-sifat Fisika :

- Specific gravity : 1.472 (-5oC)

- Titik lebur : 93 oC (Metasable form) 97,5 oC (Stable form)

- Titik didih : 296oC

- Kelarutan dalam air : 235 gr/100 gr H2O - Panas Pelarutan dalam air : 20.2 KJ/mol - Panas pembakaran : -3025.5 KJ/mol Sifat-sifat Kimia :

- Berbentuk kristal pada suhu kamar

- Berwarna putih tidak berbau dan berasa manis - Larut dalam air,glycerol dan propylene glycol

- Sedikit larut dalam metanol, etanol, asam asetat dan phenol

- Tidak larut dalam sebagian besar pelarut organik (Perry, 1950)

2.3.2 Maltosa Sifat fisik :

- Rumus molekul : C12H22O11 - Densitas : 1,54 g/ cm3 - Titik lebur : 102-103 oC

- Titik didih : 2173K atau 899,85oC Sifat-sifat kimia :

- Larut dalam air

- Tidak larut dalam eter dan alkohol

(perry, 1999)

2.3.3 Dekstrin Sifat Fisik :

Rumus molekul : C12H20O10 Berat molekul : bervariasi

Penampakan : Bubuk berwarna putih atau kuning

pH : 5-7

Titik cair : 178oC

2.3.4 Glukosa Sifat Fisik :

- Rumus molekul : C6H12O6 - Berat molekul : 180 g/ mol

-Densitas : 1,54 g/ cm3 - Titik lebur : 140-150 oC - Titik didih : 146oC Sifat kimia :

- Larut dalam air

- Larut dalam etanol dan metanol - Berasa manis

- Berfungsi sebagai sumber energi

2.3.5 Katalis Raney Nickel Sifat-sifat Fisika :

- Komposisi Kimia

Ni,wt% : 50%

Al, wt% : 50%

- Densitas pada fase solid, g cm-3 : 8,1 - Densitas Partikel : 3,32

- Porosity : 0,59

- Purc Vol,cm3g-1 : 0,178 - Berbentuk bubuk halus berwarna kelabu.

- Suhu yang umum digunakan pada 70-100oC.

(perry, 1999)

Sifat-sifat Kimia :

- Cukup resistensi terhadap dekomposisi, dapat disimpan dan digunakan kembali dalam beberapa periode waktu.

2.3.6 Hidrogen Sifat-sifat Fisika :

- Densitas : 0,0899 gr/lt

- Specific gravity : 0,0694

- Specific Volume : 193 cuft/lb (21,1 oC)

- Titik didih : -252 oC

- Temperatur dapat terbakar sendiri : 580 oC

Sifat-sifat Kimia:

o Reaksi dengan oksigen akan menghasilkan air

o Hidrogen sangat reaktif terhadap senyawa halogen, reaksi dengan fluorin membentuk senyawa HF

o Dengan nitrogen, hidrogen bereaksi membentuk amoniak

o Hidrogen bereaksi pada temperatur tertentu dengan sejumlah logam, seperti lithium membentuk senyawa LiH

o Hidrogenasi asetaldehid menghasilkan etil alkohol

(perry,1950) 2.4 Pemilihan Proses

Proses pembuatan sorbitol bisa dilakukan dengan berbagai cara dan bahan baku yang digunakan juga bermacam-macam, dengan kondisi operasi dan konversi yang berbeda. Macam-macam proses pembuatan sorbitol dari sirup glukosa:

1. Proses reduksi elektrolitik. 2. Proses hidrogenasi katalitik. 2.4.1 Proses reduksi elektrolitik

Bagian utama dari proses ini adalah ”elektrolitik cell” yang merupakan tempat terjadinya reduksi D-glukosa menjadi sorbitol. Biasanya pada bagian ini dilengkapi dengan sumber arus yang tidak berfluktuasi. Elektroda yang dipakai adalah amalgam sebagai katoda dan timbal sebagai anoda, sedangkan larutan yang dipakai NaOH dan Na2SO4. Pada prinsipnya glukosa akan direduksi dengan H2 sebagai hasil proses elektrolisis diatas. Dari proses diatas akan dihasilkan sorbitol.

2.4.2. Proses Hidrogenasi katalitik

Proses pembuatan sorbitol dengan hidrogenasi katalitik dilakukan dengan cara mereaksikan dextrosa dan gas hirogen bertekanan tinggi dengan menggunakan katalis Raney nickel dalam reaktor, sehingga kontak yang terjadi semakin baik.

Dari proses yang telah disebutkan diatas, maka dipilih proses hidrogenasi katalitik untuk pembuatan sorbitol dengan pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut:

Tabel 2.2 Perbandingan antara Reduksi Elektronik dan Hidrogenasi Katalitik

Parameter Proses

Reduksi Elektrolitik Hidrogenasi Katalitik 1. Segi proses

• Bahan baku • Konversi reaksi

• Kualitas produk

2. Segi ekonomi

Glukosa Rendah Dalam proses reduksi dibutuhkan waktu yang lama untuk mencapai produk yang diinginkan.

Rendah Untuk bahan baku dari sirupglukosa produk

sorbitol yang dihasilkan kurang begitu bagus. Harga dari electrode sangat mahal.

Glukosa Tinggi

Dalam proses hidrogenasi waktu yang

dibutuhkan untuk mencapai proses yang diinginkan lebih cepat.

Tinggi

Bila dibandingkan dengan proses reduksi, produk sorbitol yang dihasilkan lebih bagus. Bahan tambahan seperti gas hydrogen dan katalis nikel mudah dijangkau dan murah serta efektif.

2.5 Deskripsi proses

Proses hidrogenasi katalitik terdiri dari beberapa tahap: 1. Tahap pencampuran bahan baku

2. Tahap reaksi hidrogenasi

3. Tahap pemurnian dan pemekatan

Proses reaksi dilakukan secara kontiniu, tekanan 68 atm dan temperatur 145oC, didalam reaktor dilengkapi dengan pengaduk, sparger gas H2, serta coil yang bisa dilalui steam pemanas sekaligus air pendingin.

1). Tahap Pencampuran Bahan Baku

Pada tahap ini, bahan baku berupa sirup glukosa disimpan dalam tangki penampung (tangki bahan baku F-101). Konsentrasi dari sirup glukosa telah memenuhi standar yaitu 46-50% dan pH 7. Sirup glukosa dialirkan dari tanki bahan baku menuju Heat Exchanger 106) dengan menggunakan pompa (L-106) yaitu bertujuan untuk memanaskan terlebih dahulu temperatur bahan baku tadi dari + 30oC menjadi 100oC dengan media pemanas berupa steam. Kemudian sirup glukosa panas tadi ditarik lagi dengan pompa (L-107) dan dialirkan dengan tekanan yang lebih tinggi yaitu 68 atm menuju reaktor hidrogenasi. Pada saat yang sama hidrogen dari tanki penyimpanan (F101) juga dialirkan dengan menggunakan kompressor (C-103) melewati heat exchanger (E-102) diharapkan temperaturnya 100oC, sehingga kedua reaktan tersebut bertemu pada titik pencampur pada temperatur yang sama 100oC dan tekanan yang sama 68 atm. Dan selanjutnya kombinasi kedua reaktan tadi mengalir menuju reaktor hidrogenasi.

2). Tahap Reaksi Hidrogenasi

Dimana pada tahap ini terjadi reaksi antara sirup glukosa dengan gas H2 menghasilkan sorbitol. Hidrogen dan sirup glukosa yang telah dipanaskan dan dinaikkan tekanannya masuk ke dalam reaktor dan akan melewati partikel-partikel halus dari katalis yang tersusun fix bed di dalam reaktor. Reaksi ini dinamakan hidrogenasi katalitik karena menggunakan katalis Raney nickel untuk mempercepat reaksi yang memiliki kadar 95,5% Alloy.

Mekanisme reaksi adalah:

C6H12O6 + H2 C6H14O6

Dari reaksi diatas akan diperoleh produk berupa sorbitol, dan terdapat kandungan air, maltosa, dekstrin dan sisa hidrogen. Setelah reaksi, produk tadi keluar melalui outlet reaktor dan akan diturunkan tekanannya dengan menggunakan reducer (X-202) hingga tekanan mencapai 10 atm. Setelah itu campuran produk tadi akan mengalami proses pendinginan melalui cooler (E-301) hingga temperatur outlet 90oC. Setelah itu larutan campuran produk tadi akan masuk ke tahap pemurnian.

3). Tahap Pemurnian dan Pemekatan

Pada tahap ini akan dilakukan pemurnian sorbitol dan pemurnian dari gas hidrogen sisa untuk di daur ulang kembali. Setelah melewati cooler campuran produk tadi akan masuk menuju Separator-Flash Drum (D-302) untuk memisahkan campuran gas hidrogen dari liquid campuran produk sorbitol. Hidrogen yang telah terpisah akan masuk ke unit pressure swing adsorption

(PSA) (D-401 dan D-402) untuk dimurnikan kembali, dimana impuritis gas hidrogen tadi akan tertahan di adsorber, sehingga diperoleh hidrogen yang lebih murni. Setelah dimurnikan, hidrogen tadi akan dialirkan dengan menggunakan blower (G-403) menuju kompressor (C-103) untuk dipergunakan kembali sebagai reaktan. Sedangkan campuran sorbitol yang keluar dari bottom separator diturunkan terlebih dahulu tekanannya hingga 1 atm lalu dialirkan dengan pompa (L-304) menuju Evaporator (V-501).

Proses evaporator ini bertujuan untuk memekatkan larutan sorbitol. Larutan sorbitol yang masuk ke evaporator akan diuapkan kadar airnya pada kondisi operasi tekanan 1 atm dan temperatur 110oC. Pada tahap ini air yang terkandung di dalam inlet evaporator akan diuapkan sebanyak 20%. Selanjutnya larutan sorbitol dialirkan oleh pompa (L-502) menuju tanki penyimpanan produk.

BAB III NERACA MASSA

Pra rancangan pabrik sorbitol ini direncanakan beroperasi dengan kapasitas 60 ton/ hari selama waktu operasi 330 hari/ tahun. Unit peralatan utama yang menghasilkan adanya perubahan massa pada proses produksi sorbitol

tersebut adalah sebagai berikut : 1. Reaktor (R-201)

2. Separator (D-302)

3. Adsorber (D-401 dan D-402) 4. Evaporator (V-501)

Setelah dilakukan perhitungan berdasarkan basis perhitungan 1 jam operasi pada lampiran A, maka diperoleh hasil perhitungan neraca massa pada tabel 3.1 sampai dengan Tabel 3.4 berikut ini :

3.1 Reaktor (R-201)

Tabel 3.1 Neraca Massa pada Reaktor (R-201)

Komponen

Masuk (kg/ jam) Keluar

(kg/ jam) F7

F6 F3 F8

Sorbitol - - 1750

Glukosa 1581,25 - 14

Maltosa 55 - 55

Air 850,3125 - 850,3125

Dekstrin 0,75 - 0,75

Hydrogen (recycle) - 3,6923 -

Hydrogen - 182,7877 -

Hydrogen sisa reaksi - - 3,7296

Sub total 2487,3125 186,48 2673,7921

3.2 Separator Gas-Liquid (D-302)

Tabel 3.2 Neraca Massa pada Separator Gas-Liquid (D-302)

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

F10 F11 F14

Sorbitol 1750 - 1750

Glukosa 14 - 14

Maltosa 55 - 55

Air 850,3125 - 850,3125

Dekstrin 0,75 - 0,75

Hydrogen 3,7296 3,7296 -

Sub total 2673,7921 3,7296 2670,0625

Total 2673,7921 2673,7921

3.3 PSA (Pressure Swing Adsorption-D-401 &402) Tabel 3.3 Neraca Massa pada PSA

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

F11 F18 F12

Hydrogen 3,692304 - 3,692304

Pengotor 0,037296 0,037296

Sub total 3,7296 - 3,692304

3.4 Evaporator (V-501)

Tabel 3.4 Neraca Massa pada Evaporator (V-501)

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

F15 F19 F16

Sorbitol 1750 - 1750

Glukosa 14 - 14

Maltosa 55 - 55

Air 850,3125 170,0625 680,25

Dekstrin 0,75 - 0,75

sub total 2670,0625 170,0625 2500

BAB IV NERACA ENERGI

Pra Rancangan Pabrik pembuatan Sorbitol direncanakan dengan kapasitas 60 ton/ hari selama 330 hari produksi. Unit peralatan dan instrumentasi proses yang membutuhkan energi panas dalam menjalankan proses untuk memproduksi

sorbitol tersebut adalah sebagaii berikut: - Heater 1 (E-106)

- Heater 2 (E-102) - Reaktor (R-201) - Cooler (E-301) - Evaporator (V-501)

Setelah dilakukan perhitungan berdasarkan basis 1 jam operasi dengan temperatur reference 25oC dengan satuan operasi kkal/ jam pada lampiran B, maka dapat dilihat hasil perhitungan neraca panas pada tabel 4.1 s/d 4.5 di bawah ini :

4.1 Neraca Panas pada E-106 Tabel 4.1 Neraca Panas pada E-106

Komponen Panas masuk (kkal/jam)

Panas Keluar (kkal/jam) Glukosa 2174,2188 32613,28125

Maltosa 88 1320

Air 4251562,5 63773437,5

Dextrin 1,0875 16,3125

Subtotal 4253825,808 63807387,09375 Steam 59553561,28575 -

4.2 Neraca Panas pada E-102 Tabel 4.2 Neraca Panas pada E-102

4.3 Neraca Panas Reaktor (R-201)

Tabel 4.3 Neraca Energi pada Reaktor (R-201)

Komponen

Panas masuk Panas Keluar Kkal/jam) (kkal/jam)

Glukosa 32613,2813 462

Sorbitol - 59220

Maltosa 1320 2112

Air 63773437,5 102037500

Dextrin 16,3125 26,1

H2 34755,21 1112,1667

Subtotal 63842142,3 102100432

Steam 38258290 -

Total 102100432 102100432

Komponen Panas masuk (kkal/jam)

Panas Keluar (kkal/jam) H2 2271,1372 34067,0576 H2 rec 45,8768 688,1524 Subtotal 2317,014 34755,21

Steam 32438,196 -

4.4 Neraca Panas pada Cooler (E-301) Tabel 4.4 Neraca panas pada Cooler (E-301)

Komponen Panas masuk Kkal/jam)

Panas Keluar (kkal/jam)

Glukosa 462 250,25

Sorbitol 59220 32077,5

Maltosa 2112 1144

Air 102037560 55270345

Dextrin 26,1 14,1375

Subtotal 102099131,6676 55304433,3111 Pendingin - 46794698,3565 Total 102099131,6676 102099131,6676

4.5 Neraca Panas pada Evaporator (V-501)

Tabel 4.5 Neraca panas pada Evaporator (V-501) Komponen Panas masuk

kkal/jam)

Panas Keluar (kkal/jam)

Glukosa 250,25 327,25

Sorbitol 32077,5 41947,5

Maltosa 1144 1496

Air 55270345 72276605

Dextrin 14,1375 18,4875 Subtotal 55303831 72320394,24

Steam 17016563 -

BAB V

SPESIFIKASI PERALATAN PROSES

5.1Tanki Penampung Sirup Glukosa (F-104)

Fungsi : Menampung glukosa sebelum dipompakan ke mixer. Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar.

Jumlah : 1 unit.

Bahan konstruksi : Carbon steel SA- 287 grade C Data :

Kondisi penampungan : Temperatur = 30oC Tekanan = 1 atm Densitas = 81,11952 lb/ ft3.

Kebutuhan perancangan = 7 hari Faktor keamanan = 20% Diameter tanki, Dt = 7,43 m Tinggi tanki, Ht = 8,92 m Tebal silinder, ts = ½ in

Bahan konstruksi = Carbon steel

Faktor korosi = 0,01 in/ tahun.

5.2Pompa (L-105)

Fungsi : Untuk mengalirkan sirup glukosa ke Heat Exchanger E-106 Tipe : Pompa rotary

Jumlah : 1 unit

Bahan konstruksi : Carbon steel

Kondisi Operasi : 30oC, 9 atm Kelengkapan pipa:

Panjang pipa lurus L1 = 10 ft 1 buah gate valve fully open L/D = 1,74421 ft 2 buah elbow standar 90o L/D = 8,0502 ft

Pembesaran mendadak,K = 1,0; L/D = 30,2597 ft

Faktor kerugian karena kehilangan energi, ∑F= 0,429 ft lbf/lbm Tinggi pemompaan ∆Z = 68,897 ft = tinggi M-01

Daya pompa, P = 0,1944 HP Efesiensi pompa = 80% Daya pompa, P = 0,243 HP

Digunakan daya pompa standart ¼ HP

5.3Pompa (L-107)

Fungsi : Untuk mengalirkan sirup glukosa ke Reaktor (R-201) Tipe : Pompa rotary

Jumlah : 1 buah

Bahan konstruksi : Carbon steel Kondisi operasi : 30oC; 58 atm

Laju alir bahan masuk = 2487,3125 kg/jam = 1,5232 lb/ detik Densitas = 1299,440 kg/ m3 = 80,95 lb/ ft3 Viskositas = 0,88 cp = 5,38 x 10-4 lbm/ft detik Laju alir volumetrik (Q) = 0,0188 ft3/ detik

Diameter optimum, IDop = 1,1548 in

Dipilih pipa 112 in schedule 40 data-data sebagai berikut : (Kern,

1950)

Diameter Luar; OD = 1,91 in

Diameter dalam, ID = 1,61 in = 0,13417 ft Luas penampang = 0,0141 ft2

Kecepatan laju alir, v =1,3333 ft/ detik Bilangan Reynold, NRe = 26916,46 (turbulen)

f = 0,025 (Sandler,1987)

Kelengkapan pipa:

1 buah gate valve fully open L/D =1,74421 ft 2 buah elbow standar 90o L/D = 8,0502 ft

Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 3,6226 ft Pembesaran mendadak,K = 1,0; L/D = 30,2597 ft

Faktor kerugian karena kehilangan energi, ∑F= 0,429 ft lbf/lbm Tinggi pemompaan ∆Z = 68,897 ft = tinggi M-01 Daya pompa, P = 0,20544 HP

Efesiensi pompa = 80% Daya pompa, P = 0,257 HP

Digunakan daya pompa standart ¼ HP

5.4Tanki Penampung Gas Hidrogen (F-101)

Fungsi : Menampung gas hydrogen sebelum dipompakan ke Heater.

Bentuk : bola Jumlah : 3 tanki

Bahan konstruksi : carbon steel SA – 287 grade C Kondisi penampungan : Temperatur = 30oC

Tekanan = 10 atm Laju alir bahan, F = 186,48 kg/ jam

Density, = 0,0898 kg/cm3 = 0,0056 lb/ft3 Kebutuhan perancangan = 1 hari

Faktor keamanan = 20%

5.5Kompressor (C-103)

Fungsi : Mengalirkan hidrogen ke Reaktor Jenis : Reciprocating Kompressor Jumlah : 1 Unit dengan single stage

Laju alir massa (m) = 186,48 kg/jam Laju alir volumetrik (mv) = 53,7407 m3/detik

ρcampuran = 0,00096 Kg/m3

Dipilih material pipa commercial steel 22 inci Sch 20 : • Diameter dalam (ID) = 21,25 in = 1,77 ft • Diameter luar (OD) = 22 in = 1,83 ft • Luas penampang (A) = 355 in2 = 2,47 ft2 Daya kompresor = 104465,27 kW

Jika efisiensi motor adalah 75%, maka : P = 186786.9801 HP

Maka dipilih kompresor dengan daya 190 x 103 hp

5.6Heater (E-102)

Fungsi : Memanaskan hydrogen dan hydrogen recycle sebelum dialirkan ke Reaktor

Jenis : Shell and tube exchanger

Digunakan : 2, unit 1-2 Shell and exchanger, 11 BWG, ¾ in tube segi tiga pith15/16, ID Shell 39 in jumlah tube 1330

Jumlah : 1 Unit Fluida panas:

Laju alir steam masuk = 32438,196 kg/jam = 128725.2 lb/jam Temperatur steam masuk T1 = 162oC

Temperatur steam keluar T2 = 100oC

Fluida dingin:

Laju alir bahan masuk = 186,48 kg/ jam = 740.0124 lb/ jam Temperatur fluida masuk, t1 = 30oC

Temperatur fluida keluar, t2 = 100oC

132 62 ln

132 62− =

LMTD = 92 oC = 1980F

UD fluida dingin hidrogen, fluida panas steam = 5 – 5 (tabel 8 Kern, 1965)

Diambil UD = 15 ,

Diambil panjang silinder 10 ft

Luas permukaan luar untuk tube OD ¾ in (a”) = 0,1963 ft2/ft (Tabel 10 Kern, 1965)

Jumlah tube = 23,66 buah

Untuk pipa ¾ OD harga yang paling mendekati = 20 tube 4 pas, ID Shell= 8 in pith in2 BWG = 11

Koreksi UD A =17,7423

Koefisien bersih keseluruhan; UC = 96,43 Koefisien kotor Rd = 0,4599

Untuk Rd ≥ 0,460 diterima (Kern,1965)

5.7Heater (E-106)

Fungsi : Tempat memanaskan sirup glukosa

Jenis : Tanki, yang dilengkapi koil pemanas dan pengaduk Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup elipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel SA – 287 grade C

Jumlah : 1 Unit Data:

Kondisi operasi : Temperatur = 100oC Tekanan = 9 atm

Laju alir bahan masuk , F = 2317,014 kg/jam = 9194.655 lb/jam Densitas;ρ = 1299,4404 kg/m3 = 80,95 lb/ft3 Faktor keamanan, Fk = 20%

Kebutuhan = 1 jam

Volume tangki, Vt = 2,1397 m3 Tinggi silinder, Hs / Dt = 1

Volume tangki, Vt = 0,785 Dt3 Diameter tangki, Dt = 1,3968 m

Jari – jari tangki, R = 0,6984 m = 27.49598 in Tinggi tangki, Hs = 1,3968 m = 4.58 ft

Tinggi elipsoidal, He = 0,6984 m Tinggi tangki total, HT= 2,6984 m

Tekanan hidrostatis bahan, Ph = 16,7125 Psi Faktor keamanan , Fk = 20%

Tekanan disain, Pd = 20,055 Psi Tebal silinder, ts = 0,1004 in

Digunakan silinder dengan ketebalan ¼ in

Tebal tutup dianggap sama karena terbuat dari bahan yang sama.

Tanki ini menggunakan pengaduk untuk mempercepat proses pencampuran, jenis pengaduk yang digunakan adalah turbin, dengan ketentuan;

Daya yang dibutuhkan untuk melakukan pengadukan; P = 0,1219 HP Efesiensi motor 80%; P = ¼ Hp

Bahan koil yang digunakan Copper OD = 1/2 in Temperatur steam masuk , T1 = 162oC Temperatur steam keluar , T2 = 162oC Temperatur bahan masuk, t1 = 30oC Temperatur bahan keluar, t2 = 100oC Diambil UD = 60 , maka

Luas perpindahan panas yang dibutuhkan A = 198928,9824 ft2 Untuk tube 1½ in luas permukaan perpindahan panas/ft = 0,3925 ft2 Luas perpindahan panas per lilitan = 5,4425 ft2/lilitan

Jumlah lilitan secara keseluruhan = 3046 lilitan

5.8Reaktor (R-201)

Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi hidrogenasi antara glukosa dengan H2

untuk menghasilkan sorbitol Jenis : Fixed Bed Reactor

Bentuk : Silinder tegak dengan alas datar dan tutup elipsoidal Jumlah : 1 Unit.

Bahan konstruksi : Carbon steel SA – 287 grade C Data:

Temperatur = 145oC Tekanan = 68 bar Densitas;ρ = 0,08 lb/ft3 volume Reaktor

V = 1 m3

Volume yang tidak bereaksi = 462,7407 m3 Volume = 1 + 462,7407 = 463,7407 m3

Ruang untuk katalis diperkirakan 30% volume tangki Vt = 1,3 x 463,7407 = 602,8629 m3

Diambil tinggi silinder; Hs / Dt = 1 Volume tangki; Vt = 0,785 Dt3 Diameter tangki; Dt = 9,1576 m

Jari – jari tangki, R = 4,5788 m = 180,2672 in Tinggi tangki; Hs = 9,1576 m = 30,0455 ft

Tinggi elipsoidal; He = 2

4 1

x 9,1576 = 4,5788 m

Tinggi tangki total; HT = 9,1576 m + 4,5788 m = 13,7364 m

Tekanan hidrostatis bahan, Ph = 14,7146 Psi Faktor keamanan ; Fk = 50%

Tekanan disain; Pd = 22,0742 Psi Tebal silinder, ts = 0,366 in Digunakan silinder dengan ketebalan

3 1 in

Bahan koil yang digunakan Copper OD = 1/2 in Temperatur masuk umpan , t1 = 100oC Temperatur umpan keluar , t2 = 145oC Temperatur steam masuk, T1 = 162oC Temperatur steam keluar, T2 = 162oC

62 17 ln

62 17− =

LMTD = 34,776 oC

Diambil UD = 50 , maka

Luas perpindahan panas yang dibutuhkan A = 31962,351 ft2

Untuk tube 1½ in luas permukaan perpindahan panas/ft = 0,3925 ft2 Luas perpindahan panas per lilitan = 53,89 ft2/lilitan

Jumlah lilitan secara keseluruhan = 31962,351 ft2 / 53,89 = 593 lilitan

• Diameter tangki; Dt = 9,1576 m • Tinggi Tangki; HT = 13,7364 m

• Tebal silinder; ts = 1/3 in

Bahan konstruksi = Carbon steel • Faktor korosi = 0,01 in/tahun • Jumlah koil = 593

5.9Reducer (X-202)

Fungsi : Untuk menurunkan tekanan outlet yang keluar dari Reaktor ke Cooler dari 68 atm menjadi 10 atm. Tipe : Reducer

Jumlah : 1 Unit

Bahan konstruksi : Carbon steel Kondisi operasi : 145oC. 58 atm

Diameter optimum,IDop = 2,9 in

5.10 Cooler (E-301)

Fungsi : Untuk menurunkan temperatur outlet reaktor (produk) Jenis : Tangki yang dilengkapi koil pendingin dan pengaduk Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup elipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel SA – 287 grade C

Jumlah : 1 Unit

Laju alir bahan masuk , F = 2673,7921 kg/jam

Faktor keamanan, Fk = 40% Volume tangki, Vt = 50,250 m3 Tinggi silinder, Hs / Dt = 1

Volume tangki, Vt = 0,785 Dt3 Jari – jari tangki, R = 80 in

Tinggi tangki, Hs = 4 m = 13,12 ft Tinggi elipsoidal, He = 2 m

Tinggi tangki total, HT = 6 m

Tekanan hidrostatis bahan, Ph = 15,0255 Psi Faktor keamanan , Fk = 50%

Tekanan disain, Pd = 22,5382 Psi Tebal silinder, ts = 0,1205 in

Digunakan silinder dengan ketebalan ¼ in

Tebal tutup dianggap sama karena terbuat dari bahan yang sama.

Tangki ini menggunakan pengaduk untuk mempercepat proses pencampuran, jenis

Efesiensi motor 80%; P = 1,6 HP

Bahan koil yang digunakan Copper OD = 1 1/2 in

UD fluida panas heavy organic, fluida dingin = 5 – 75 (tabel 8 Kern, 1965)

Diambil UD = 75 , maka

Luas perpindahan panas yang dibutuhkan A = 11336,8 ft2 Untuk tube 1½ in luas permukaan perpindahan panas/ft = 0,3925 ft2 Luas perpindahan panas per lilitan = 16,17 ft2/lilitan

Jumlah lilitan secara keseluruhan = 11336,8 ft2 / 16,17 = 701 lilitan

• Diameter tangki; Dt = 4 m • Tinggi Tangki; HT = 6 m

• Tebal silinder; ts = ¼ in • Daya pengaduk = 1,6 Hp • Lilitan pendingin = 701

• Faktor korosi = 0,01 in/tahun • Bahan konstruksi = Carbon steel 5.11 Separator (S-302)

Fungsi : Tempat pemisahan gas H2 dari produk Reaktor Jenis : Separator tangki, pemisahan berdasarkan gavitasi Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup elipsoidal Jumlah : 1 Unit

Bahan konstruksi : Carbon steel SA – 287 grade C Kondisi separasi : Temperatur = 30oC

Tekanan =10 atm

Laju alir bahan masuk , F = 2673,7921 kg/jam

Densitas;ρ = 62,078 kg/m3 = 3,867 lb/ft3 Faktor keamanan, Fk = 50,250 m3

Diambil tinggi silinder; Hs / Dt = 1 Volume tangki; Vt = 0,785 Dt3

Diameter tangki; Dt = 4 m

Jari – jari tangki, R = 2

m 4

= 2 m = 80 in

Tinggi tangki; Hs = 4 m = 13,12 ft

Tinggi elipsoidal; He = 2

4 1

x 4 = 2 m

Tinggi tangki total; HT = 4 m + 2 m = 6 m Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Po +

(

)

144 1 − Hs ρ

Dimana Po = Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi

Ph = 14,7 Psi +

(

)

144 1 ft 13,12 /

3,867lb ft3 −

= 15,0255 Psi

Faktor keamanan , Fk = 50%

Tekanan disain, Pd = 1,5 x 15,0255 Psi = 22,5382 Psi • Diameter tangki, Dt = 4 m

• Tebal silinder, ts = ¼ in

• Faktor korosi = 0,01 in/tahun 5.12 Reducer (X-303)

Fungsi : Untuk menurunkan tekanan produk yang keluar dari

separator ke evaporator dari 10 atm menjadi 1 atm.

Tipe : Reducer

Jumlah : 1 Unit

Bahan konstruksi : Carbon steel Kondisi operasi : 90oC.10 bar

Laju alir bahan masuk = 2673,7921 kg/jam = 0,00188 lb/detik Densitas ;ρ = 62,078 kg/m3 = 3,867 lb/ft3

Viskositas, µ = 0,5 cp = 3,3 x 10-4 lbm/ft detik Laju alir volumetrik; Q = 0,00048 ft3/detik

Diameter optimum,IDop = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Peters&Timmerhaus,2004)

IDop = 3,9 (0,00048)0,45 (3,867)0,13 = 0,14 in

12. PSA (D-401 dan D-402)

Fungsi : Tempat penghilangan zat pengotor dari gas H2 Jenis : Tangki Adsorpsi menggunakan adsorben Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup elipsoidal Jumlah : 1 Unit

Bahan konstruksi : Carbon steel SA – 287 grade C Data:

Kondisi separasi : Temperatur = 30oC Tekanan =1 atm Adsorben digunakan : Alumina silikat

% poros : 34% Diameter pori : 0,5 nm

Densitas , ρ : 0,65 kg/liter = 40,5 lb/ft3

Luas permukaan : 0,7 km2/kg (Perry,2004)

Laju alir gas masuk , F = 3,07989 kg/jam

Densitas,ρ = 0,0898 kg/m3 = 0,0056lb/ft3 Laju alir volume gas, Q = 34,297 m3/jam

Luas penampang adsorben,A = 1,963 x10-19m2 Kecepatan penyaringan, V = 1,747 x 1020 m/jam Bila waktu pemisahan ½ jam, maka volume tangki Volume tangki, Vt = 17,1485 m3

Faktor keamanan, Fk = 40% Vt = 24,0079 m3 Diambil tinggi silinder; Hs / Dt = 1

Tinggi tangki, Hs = 3,12 m = 10,2361 ft Tinggi elipsoidal, He = 1,564 m

Tinggi tangki total, HT = 3,12 m + 1,564 m = 4,684 m Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Po +

(

)

144 1 −

Hs

ρ

Dimana Po = Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi Ph = 17,2976 Psi

Faktor keamanan , Fk = 50%

Tekanan disain, Pd = 1,5 x 17,2976 Psi = 25,95 Psi • Diameter tangki; Dt = 3,12 m

• Tinggi Tangki; HT = 4,68 m

• Tebal silinder; ts = ½ in

• Adsorben digunakan = Alumina silika

• Type = 5A

• % poros = 34%

• Diameter pori = 0,5 nm • Densitas , ρ = 40,5 lb/ft3

• Luas permukaan = 0,7 km2/kg • Laju alir gas masu, F = 3,07989 kg/jam • Laju alir volume gas, Q = 34,297 m3/jam • Luas penampang ,A = 1,963 x10-19m2 • Kecepatan penyaringan,V = 1,747 x 1020 m/jam • Faktor korosi = 0,01 in/tahun • Bahan konstruksi = Carbon steel 5.13 Blower (G-403)

Fungsi : Mendorong hidrogen menuju ke kompressor Jenis : blower sentrifugal

Bahan Konstruksi : Carbon steel Kondisi Operasi : 90oC dan 10 bar

Laju alir hidrogen masuk = 3,6923 kg/jam = 8.1401 lb/jam

Densitas hidrogen, ρ = 0,0056 lb/ft3 (Perry,2004) Laju alir volum gas; Q = 1453,59 ft3/jam

Daya blower dapat dihitung dengan menggunakan rumus;

η efesiensi = 50% (Mc. Cabe, 1987)

Sehingga daya ; P = 0,3172 Hp

5.14 Pompa (L-304)

Fungsi : Untuk mengalirkan outlet liquid dari Separator ke Evaporator

Tipe : Pompa sentrifugal

Jumlah : 1

Bahan konstruksi : Carbon steel Kondisi operasi : 100oC.1atm

Laju alir bahan masuk = 2670,0625 kg/jam = 1,63 lb/detik Densitas ;ρ = 1374,775 kg/m3 = 85,648 lb/ft3 Viskositas, µ = 0,9 cp = 5,45 x 10-4 lbm/ft detik Laju alir volumetrik; Q = 0,019 ft3/detik

Dipilih pipa 1 ½ in schedule 40 data – data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar, OD = 1,91 in

Diameter dalam, ID = 1,61 in = 0,13417 ft Luas penampang, A = 0,0141 ft2

Kecepatan laju alir, v = 1,353 ft/detik

Bilangan Reynold, NRe = 26835> 2100 aliran turbulen

f = 0,025

(Sandler,1987) Kelengkapan pipa:

Panjang pipa lurus L1 = 10 ft 1 buah gate valve fully open L/D = 1,74421 ft 2 buah elbow standar 90o L/D = 8,0502 ft

Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 3,6226 ft Pembesaran mendadak, K = 1,0; L/D = 30,2597 ft Faktor kerugian karena kehilangan energi, ∑F

F

∑ = 0,45 ft lbf/lbm

Tinggi pemompaan ∆Z = 20 ft Kerja pompa, Wf = 20,45 ft lbf/lbm

Daya pompa, P = 0,051 HP Efesiensi pompa = 80% Daya pompa, P = 0,06 HP

Digunakan daya pompa standart 1/8 HP

5.15 Evaporator (V-501)

Fungsi : Tempat penguapan air 20%

Jenis : Evaporator tangki yang didalamnya terdapat tube Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup elipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel SA – 287 grade C

Jumlah : 1 Unit Data:

Kondisi separasi : Temperatur = 110oC Tekanan =1 atm

Laju alir bahan masuk , F = 2670,0625 kg/jam

Densitas,ρ = 1374,775 kg/m3 = 85,648 lb/ft3 Faktor keamanan, Fk = 20%

Volume tangki, Vt = 2,3306 m3

132 52 ln 132 52− =

LMTD = 8,58oC = 47,45oF

Dari neraca panas Q = 17016563 kkal/jam = 67527180 Btu/jam

UD fluida dingin heavy organic, fluida panas steam = 6 – 60 (tabel 8 Kern, 1965)

Diambil UD = 60 , maka

Luas perpindahan panas yang dibutuhkan A = 23718,7144 ft2

Digunakan tube 1½ in luas permukaan perpindahan panas/ft = 0,3925 ft2 Diambil panjang shell (tangki) = 10 m = 32,808 ft

Jumlah tube yang dibutuhkan, Nt = 1842 tube Volume shell ; Vs = 0,785 Dt210

Diameter shell; Ds = 0,5449 m

Jari – jari tangki, R =

2 m 0,5449

= 0,2724 m = 10.72438 in

Tinggi shell; Hs = 10 m = 32,808 ft

Tinggi tutup elipsoidal, He = 2 x

4 1

x 10 = 5 m

Tinggi evaporator total, HT = 10 m + 5 m = 15 m Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Po +

(

)

144 1 − Hs ρ

Dimana Po = Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi Ph = 33,619 Psi

Faktor keamanan, Fk = 50%

Tekanan disain, Pd = 1,5 x 33,619 Psi = 50,43 Psi Tebal silinder, ts = 0,1422 in

Digunakan silinder dengan ketebalan ½ in

• Diameter; Ds = 0,62 m • Luas perpindahan panas = 19765,3136 ft2 • Jumlah tube = 1842

• Tinggi shell; = 10 m • Tebal silinder; ts = ½ in

• Faktor korosi = 0,01 in/tahun • Bahan konstruksi = Carbon steel 5.16 Pompa (L-502)

Fungsi : Untuk mengalirkan produk sorbitol dari V-501 ke F-503 Tipe : Pompa Rotary

Jumlah : 1 Unit

Bahan konstruksi : Carbon steel Kondisi operasi : 30oC.1atm

Laju alir bahan masuk = 2500 kg/jam = 5511.55 lb/detik Densitas ,ρ = 1374,775 kg/m3 = 85,648 lb/ft3 Viskositas, µ = 0,9 cp = 5,45 x 10-4 lbm/ft detik Laju alir volumetrik; Q = 0,01486 ft3/detik

Diameter optimum,IDop = 1,046in

Dipilih pipa 1 ½ in schedule 40 data – data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar; OD = 1,91 in

Diameter dalam; ID = 1,61 in = 0,13417 ft Luas penampang; A = 0,0141 ft2

Kecepatan laju alir, v = 1,054 ft/detik

Bilangan Reynold, NRe = 22512> 2100 aliran turbulen f = 0,024 (Sandler,1987) Kelengkapan pipa:

Panjang pipa lurus L1 = 10 ft 1 buah gate valve fully open L/D = 1,74421 ft 2 buah elbow standar 90o L/D = 8,0502 ft

Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 3,6226 ft Pembesaran mendadak,K = 1,0; L/D = 30,2597 ft Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑F

F

∑ = 0,3738 ft lbf/lbm

Tinggi pemompaan ∆Z = 20 ft Kerja pompa, Wf = 20,3738 ft lbf/lbm Daya pompa, P = 0,046 HP

Efesiensi pompa = 80% Daya pompa, P = 1/8 HP

5.17 Tangki Penampung Sorbitol (F-503)

Fungsi : Menampung sorbitol sebelum dipasarkan Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar. Jumlah : 1 tangki

Bahan konstruksi : Carbon steel SA – 287 grade C Kondisi penampungan : Temperatur = 30oC

Tekanan = 1 atm Densitas;ρ = 5048.594 lb/ft3 Kebutuhan perancangan = 7 hari

Faktor keamanann = 20% Volume tangki; Vt = 220,0867 m3 Diambil tinggi silinder; Hs =1,2 Dt Diameter tangki; Dt = 7 m

Jari – jari tangki, R =

2 m 7

= 3,5 m = 139,7752 in

Tinggi tangki; Hs = 1.2 x 7 m = 8,4 m = 27,5587 ft Tekanan Hidrostatis (Ph) = 30,192 Psi

Faktor keamanan ; Fk = 20%

Tekanan disain; Pd = 1,2 x 30,192 Psi = 36,23 Psi Tebal silinder, ts = 0,4318 in = ½ in

• Diameter tangki; Dt = 7 m • Tinggi Tangki; HT = 8,4 m

• Tebal silinder; ts = ½ in • Bahan konstruksi = Carbon steel • Faktor korosi = 0,01 in/tahun

BAB VI

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

6.1 Instrumentasi

Pengoperasian suatu pabrik kimia harus memenuhi beberapa persyaratan yang ditetapkan dalam perancangannya. Persyaratan tersebut meliputi keselamatan, spesifikasi produk, peraturan mengenai lingkungan hidup, kendala operasional, dan faktor ekonomi. Pemenuhan persyaratan tersebut berhadapan dengan keadaan lingkungan yang berubah-ubah, yang dapat mempengaruhi jalannya proses atau yang disebut disturbance (gangguan) (Stephanopoulus, 1984). Adanya gangguan tersebut menuntut penting dilakukannya pemantauan secara terus-menerus maupun pengendalian terhadap jalannya operasi suatu pabrik kimia untuk menjamin tercapainya tujuan operasional pabrik. Pengendalian atau pemantauan tersebut dilaksanakan melalui penggunaan peralatan dan

engineer (sebagai operator terhadap peralatan tersebut) sehingga kedua unsur ini membentuk satu sistem kendali terhadap pabrik.

Instrumentasi adalah peralatan yang dipakai di dalam suatu proses kontrol untuk mengatur jalannya suatu proses agar diperoleh hasil sesuai dengan yang diharapkan. Fungsi instrumentasi adalah sebagai pengontrol, penunjuk, pencatat, dan pemberi tanda bahaya. Peralatan instrumentasi biasanya bekerja dengan tenaga mekanik atau tenaga listrik dan pengontrolannya dapat dilakukan secara manual atau otomatis. Penggunaan instrumen pada suatu peralatan proses tergantung pada pertimbangan ekonomi dan sistem peralatan itu sendiri. Pada pemakaian alat-alat instrumen juga harus ditentukan apakah alat-alat tersebut dipasang diatas papan instrumen dekat peralatan proses (kontrol manual) atau disatukan dalam suatu ruang kontrol yang dihubungkan dengan bangsal peralatan (kontrol otomatis) (Timmerhaus, 2004).

Variabel-variabel proses yang biasanya dikontrol/diukur oleh instrumen adalah:

1. Variabel utama, seperti temperatur, tekanan, laju alir, dan level cairan.

2. Variabel tambahan, seperti densitas, viskositas, panas spesifik, konduktivitas, pH, humiditas, titik embun, komposisi kimia, kandungan kelembaban, dan variabel lainnya.

Pada dasarnya sistem pengendalian terdiri dari : 1. Elemen Perasa / sensing (Primary Element)

Elemen yang merasakan (menunjukkan) adanya perubahan dari harga variabel yang diukur.

2. Elemen pengukur (measuring element)

Elemen pengukur adalah suatu elemen yang sensitif terhadap adanya perubahan temperatur, tekanan, laju aliran, maupun tinggi fluida. Perubahan ini merupakan sinyal dari proses dan disampaikan oleh elemen pengukur ke elemen pengontrol.

3. Elemen pengontrol (controlling element)

Elemen pengontrol yang menerima sinyal kemudian akan segera mengatur perubahan-perubahan proses tersebut sama dengan nilai set point (nilai yang diinginkan). Dengan demikian elemen ini dapat segera memperkecil ataupun meniadakan penyimpangan yang terjadi.

4. Elemen pengontrol akhir (final control element)

Elemen ini merupakan elemen yang akan mengubah masukan yang keluar dari elemen pengontrol ke dalam proses sehingga variabel yang diukur tetap berada dalam batas yang diinginkan dan merupakan hasil yang dikehendaki.

Pengendalian peralatan instrumentasi dapat dilakukan secara otomatis dan semi otomatis. Pengendalian secara otomatis adalah pengendalian yang dilakukan dengan mengatur instrumen pada kondisi tertentu, bila terjadi penyimpangan variabel yang dikontrol maka instrumen akan bekerja sendiri untuk mengembalikan variabel pada kondisi semula, instrumen ini bekerja sebagai

controller. Pengendalian secara semi otomatis adalah pengendalian yang mencatat perubahan-perubahan yang terjadi pada variabel yang dikontrol. Untuk mengubah variabel-variabel ke nilai yang diinginkan dilakukan usaha secara manual, instrumen ini bekerja sebagai pencatat (recorder).

Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam instrumen-instrumen adalah:

1. Range yang diperlukan untuk pengukuran 2. Level instrumentasi

3. Ketelitian yang dibutuhkan 4. Bahan konstruksinya

5. Pengaruh pemasangan instrumentasi pada kondisi proses

Alat-alat kontrol yang biasa dipakai pada peralatan proses antara lain : 1. Temperature Controller (TC)

Adalah alat/instrumen yang digunakan sebagai alat pengatur suhu atau pengukur sinyal mekanis atau listrik. Pengaturan temperatur dilakukan dengan mengatur jumlah material proses yang harus ditambahkan/dikeluarkan dari dalam suatu proses yang sedang bekerja.

Prinsip kerja:

Rate fluida masuk atau keluar alat dikontrol oleh diafragma valve. Rate fluida ini memberikan sinyal kepada TC untuk mendeteksi dan mengukur suhu sistem pada set point.

2. Pressure Controller (PC)

Adalah alat/instrumen yang dapat digunakan sebagai alat pengatur tekanan atau pengukur tekanan atau pengubah sinyal dalam bentuk gas menjadi sinyal mekanis. Pengatur tekanan dapat dilakukan dengan mengatur jumlah uap/gas yang keluar dari suatu alat dimana tekanannya ingin dideteksi.

Prinsip kerja:

Pressure Controller (PC) akibat tekanan uap keluar akan membuka/menutup diafragma valve. Kemudian valve memberikan sinyal kepada PC untuk mengukur dan mendeteksi tekanan pada set point.

3. Flow Controller (FC)

Adalah alat/instrumen yang bisa digunakan untuk mengatur kecepatan aliran fluida dalam pipa line atau unit proses lainnya. Pengukuran kecepatan aliran fluida dalam pipa biasanya diatur dengan mengatur output dari alat, yang mengakibatkan fluida mengalir dalam pipa line.

Kecepatan aliran diatur oleh regulating valve dengan mengubah tekanan

discharge dari pompa. Tekanan discharge pompa melakukan bukaan/tutupan valve dan FC menerima sinyal untuk mendeteksi dan mengukur kecepatan aliran pada set point.

4. Level Controller (LC)

Adalah alat/instrumen yang dipakai untuk mengatur ketinggian (level) cairan dalam suatu alat dimana cairan tersebut bekerja. Pengukuran tinggi permukaan cairan dilakukan dengan operasi dari sebuah control valve, yaitu dengan mengatur rate cairan masuk atau keluar proses.

Prinsip kerja :

Jumlah aliran fluida diatur oleh control valve. Kemudian rate fluida melalui

valve ini akan memberikan sinyal kepada LC untuk mendeteksi tinggi permukaan pada set point.

Hal-hal yang diharapkan dari pemakaian alat-alat instrumentasi adalah:  Kualitas produk dapat diperoleh sesuai dengan yang diinginkan  Pengoperasian sistem peralatan lebih mudah

 Sistem kerja lebih efisien

 Penyimpangan yang mungkin terjadi dapat diketahui dengan cepat

Beberapa syarat penting yang harus diperhatikan dalam perancangan pabrik antara lain :

1. Tidak boleh terjadi konflik antar unit, di mana terdapat dua pengendali pada satu aliran.

2. Penggunaan supervisory computer control untuk mengkoordinasikan tiap unit pengendali.

3. Control valve yang digunakan sebagai elemen pengendali akhir memiliki

opening position 70 %.

4. Dilakukan pemasangan check valve pada pompa dengan tujuan untuk menghindari fluida kembali ke aliran sebelumnya. Check valve yang dipasangkan pada pipa tidak boleh lebih dari satu dalam one dependent line. Pemasangan check valve diletakkan setelah pompa.

5. Seluruh pompa yang digunakan dalam proses diletakkan di permukaan tanah dengan pertimbangan syarat safety dari kebocoran.

6. Pada perpipaan yang dekat dengan alat utama dipasang flange dengan tujuan untuk mempermudah pada saat maintenance.

Tabel 6.1 Daftar Instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Sorbitol dari Sirup glukosa

No Nama alat Jenis

instrumen Kegunaan

1 Pompa FC Mengontrol laju alir cairan dalam pipa

2 Tangki cairan LI Menunjukkan tinggi cairan dalam tangki

3 Separator TC Mengontrol temperatur dalam Separator

PC Mengontrol tekanan dalam Separator

4 Cooler TC Mengontrol suhu dalam cooler

5 Reaktor

TC Mengontrol temperatur dalam reaktor PI Menunjukkan tekanan dalam reaktor LC Mengontrol tinggi cairan dalam reaktor

6 Evaporator TC Mengontrol temperatur dalam evaporator

PR Mencatat tekanan dalam eaporator

7 Blower FC Mengontrol laju alir gas dalam pipa

8 Heat Exchanger

(Heater)

FC Mengontrol laju alir pada HE.

TI Menunjukkan temperatur fluida pada HE 9 Adsorber PC Mengontrol tekanan pada Adsorber

10 Compressor

TI Menunjukkanl temperatur dalam compressor PI Menunjukkan tekanan dalam compressor FC Mengontrol laju alir pada compressor

1. Pompa

FC

Variabel yang dikontrol pada pompa adalah laju aliran (flow rate). Untuk mengetahui laju aliran pada pompa dipasang flow control (FC). Jika laju aliran pompa lebih besar dari yang diinginkan maka secara otomatis katup pengendali (control valve) akan menutup atau memperkecil pembukaan katup.

2. Tangki cairan

LI

Gambar 6.2 Instrumentasi pada Tangki Cairan

Instrumentasi pada tangki cairan mencakup level indicator (LI) yang berfungsi untuk menunjukkan tinggi cairan didalam tangki.

3. Separator

PC TI

Gambar 6.3 Instrumentasi pada Separator Gambar 6.1 Instrumentasi pada Pompa

Instrumentasi pada Separator mencakup Temperature Indicator (TI) yang berfungsi untuk menunjukkan temperatur dalam Separator, Pressure Controller

(PC) yang berfungsi untuk mengontrol tekanan dalam Separator, dan Level Controller (LC) yang berfungsi untuk mengatur ketinggian cairan dalam

Separator.

4. Cooler

TC

Gambar 6.4 Instrumentasi pada Cooler

Instrumentasi pada kondensor mencakup Temperature Controller (TC) yang berfungsi untuk mengatur temperatur bahan keluaran cooler dengan mengatur bukaan katup steam atau air pendingin masuk.

5. Reaktor

LC PI TC

Steam

Kondensat

Gambar 6.5 Instrumentasi pada Reaktor

Instrumentasi pada reaktor mencakup Temperature Controller (TC),

Pressure Indicator (PI), dan Level Controller (LC). Temperature Controller (TC) berfungsi untuk mengontrol temperatur dalam reaktor dengan mengatur bukaan katup steam. Pressure Indicator (PI) berfungsi untuk menunjukkan tekanan dalam

reaktor. Level Controller (LC) berfungsi untuk mengontrol tinggi cairan dalam reaktor dengan mengatur bukaan katup aliran produk keluar reaktor.

6. Evaporator

Steam

Kondensat Cairan Uap

Pi TC

Gambar 6.6 Instrumentasi pada Evaporator

Temperature Controller (TC) berfungsi untuk mengatur besarnya suhu di dalam evaporator dengan cara mengatur banyaknya steam yang dialirkan. Jika temperatur di bawah kondisi yang diharapkan (set point), maka valve akan terbuka lebih besar dan jika temperatur di atas kondisi yang diharapkan maka valve akan terbuka lebih kecil. Instrumentasi yang lain adalah Pressure Recorder (PR) yang berfungsi untuk mencatat tekanan yang terdapat di dalam evaporator.

7. Blower

FC

Instrumentasi pada blower mencakup Flow Controller (FC) yang berfungsi untuk mengatur laju alir bahan dalam pipa dengan mengatur bukaan katup aliran bahan.

PC

PC

8. Heat Exchanger (Heater)

PI

FC TC

Gambar 6.8 Instrumentasi pada Heater

Instrumentasi pada kondensor mencakup Temperature Controller (TC) yang berfungsi untuk mengatur temperatur bahan keluaran Heater dengan mengatur bukaan katup steam masuk.

9. Adsorber

Gambar 6.9 Instrumentasi pada Adsorber

Instrumentasi pada adsorber meliputi Temperatur indikator (PC) yang berfungsi untuk mengatur tekanan yang terdapat pada adsorber

10. Compressor

PC FC

Gambar 6.10 Instrumentasi pada Compressor

Instrumentasi pada compressor mencakup Temperature Controller (TC) untuk mengendalikan temperatur dalam compressor, dan Pressure Indicator (PI) untuk menunjukkan tekanan di dalam compressor.

6.2 Keselamatan Kerja

Keselamatan kerja merupakan bagian dari kelangsungan produksi pabrik, oleh karena itu aspek ini harus diperhatikan secara serius dan terpadu. Untuk maksud tersebut perlu diperhatikan cara pengendalian keselamatan kerja dan keamanan pabrik pada saat perancangan dan saat pabrik beroperasi.

Statistik menunjukkan bahwa angka kecelakan rata-rata dalam pabrik kimia relatif tidak begitu tinggi. Tetapi situasi beresiko memiliki bentuk khusus, misalnya reaksi kimia yang berlangsung tanpa terlihat dan hanya dapat diamati dan dikendalikan berdasarkan akibat yang akan ditimbulkannya. Kesalahan-kesalahan dalam hal ini dapat mengakibatkan kejadian yang fatal.

Sebagai pedoman pokok dalam usaha penanggulangan masalah kerja, Pemerintah Republik Indonesia telah mengeluarkan Undang-Undang Keselamatan Kerja pada tanggal No 1 tanggal 12 Januari 1970. Semakin tinggi tingkat keselamatan kerja dari suatu pabrik maka makin meningkat pula aktivitas kerja para karyawan. Hal ini disebabkan oleh keselamatan kerja yang sudah terjamin dan suasana kerja yang menyenangkan.

Untuk mencapai hal tersebut adalah menjadi tanggung jawab dan kewajiban para perancang untuk merencanakannya. Hal-hal yang perlu dipertimbangkan dalam perancangan pabrik untuk menjamin adanya keselamatan kerja adalah sebagai berikut:

- Penanganan dan pengangkutan bahan harus seminimal mungkin.

- Adanya penerangan yang cukup dan sistem pertukaran udara yang baik. - Jarak antar mesin dan peralatan lain cukup luas.

- Setiap ruang gerak harus aman dan tidak licin.

- Setiap mesin dan peralatan lainnya harus dilengkapi alat pencegah kebakaran. - Tanda-tanda pengaman harus dipasang pada setiap tempat yang berbahaya. - Penyediaan fasilitas pengungsian bila terjadi kebakaran.

Pada pra rancangan pabrik pembuatan stirena dengan proses dehidrogenasi etilbenzena ini, usaha-usaha pencegahan terhadap bahaya-bahaya yang mungkin terjadi dilakukan dengan cara :

1. Pencegahan terhadap kebakaran

• Memasang sistem alarm pada tempat yang strategis dan penting, seperti

power station, laboratorium dan ruang proses.

• Mobil pemadam kebakaran harus selalu dalam keadaan siap siaga di fire station.

• Fire hydrant ditempatkan di daerah storage, proses, dan perkantoran. • Fire extinguisher disediakan pada bangunan pabrik untuk memadamkan

api yang relatif kecil.

• Gas detector dipasang pada daerah proses, storage, dan daerah perpipaan dan dihubungkan dengan gas alarm di ruang kontrol untuk mendeteksi kebocoran gas.

• Smoke detector ditempatkan pada setiap sub-stasiun listrik untuk mendeteksi kebakaran melalui asapnya.

2. Memakai peralatan perlindungan diri

Di dalam pabrik disediakan peralatan perlindungan diri, seperti : • Pakaian kerja

Pakaian luar dibuat dari bahan-bahan seperti katun, wol, serat, sintetis, dan asbes. Pada musim panas sekalipun tidak diperkenankan bekerja dengan keadaan badan atas terbuka.

Sepatu harus kuat dan harus dapat melindungi kaki dari bahan kimia dan panas. Sepatu pengaman bertutup baja dapat melindungi kaki dari bahaya terjepit. Sepatu setengah tertutup atau bot dapat dipakai tergantung pada jenis pekerjaan yang dilakukan.

• Topi pengaman

Topi yang lembut baik dari plastik maupun dari kulit memberikan perlindungan terhadap percikan-percikan bahan kimia, terutama apabila bekerja dengan pipa-pipa yang letaknya lebih tinggi dari kepala, maupun tangki-tangki serta peralatan lain yang dapat bocor.

• Sarung tangan

Dalam menangani beberapa bahan kimia yang bersifat korosif, maka para operator diwajibkan menggunakan sarung tangan untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan.

• Masker

Berguna untuk memberikan perlindungan terhadap debu-debu yang berbahaya ataupun uap bahan kimia agar tidak terhirup.

3. Pencegahan terhadap bahaya mekanis

• Sistem ruang gerak karyawan dibuat cukup luas dan tidak menghambat kegiatan kerja karyawan.

• Alat-alat dipasang dengan penahan yang cukup kuat

• Peralatan yang berbahaya seperti ketel uap bertekanan tinggi, reaktor bertekanan tinggi dan tangki gas bertekanan tinggi, harus diberi pagar pengaman

4. Pencegahan terhadap bahaya listrik

• Setiap instalasi dan alat-alat listrik harus diamankan dengan pemakaian sekering atau pemutus hubungan arus listrik secara otomatis lainnya. • Sistem perkabelan listrik harus dipasang secara terpadu dengan tata letak

pabrik, sehingga jika ada perbaikan dapat dilakukan dengan mudah

• Memasang papan tanda bahaya yang jelas pada daerah sumber tegangan tinggi

• Kabel-kabel listrik yang letaknya berdekatan dengan alat-alat yang beroperasi pada suhu tinggi harus diisolasi secara khusus

• Setiap peralatan atau bangunan yang menjulang tinggi harus dilengkapi dengan penangkal petir yang dibumikan

5. Menerapkan nilai-nilai disiplin bagi karyawan

• Setiap karyawan bertugas sesuai dengan pedoman-pedoman yang diberikan dan mematuhi setiap peraturan dan ketentuan yang diberikan. • Setiap kecelakaan kerja atau kejadian yang merugikan segera dilaporkan

ke atasan.

• Setiap karyawan harus saling mengingatkan akan perbuatan yang dapat menimbulkan bahaya.

• Setiap ketentuan dan peraturan harus dipatuhi. 6. Penyediaan poliklinik di lokasi pabrik

Poliklinik disediakan untuk tempat pengobatan akibat terjadinya kecelakaan secara tiba-tiba, misalnya menghirup gas beracun, patah tulang, luka terbakar pingsan/syok dan lain sebagainya.

Apabila terjadi kecelakaan kerja, seperti terjadinya kebakaran pada pabrik, maka hal-hal yang harus dilakukan adalah :

• Mematikan seluruh kegiatan pabrik, baik mesin maupun listrik.

• Mengaktifkan alat pemadam kebakaran, dalam hal ini alat pemadam kebakaran yang digunakan disesuaikan dengan jenis kebakaran yang terjadi, yaitu :

- Instalasi pemadam dengan air

Untuk kebakaran yang terjadi pada bahan berpijar seperti kayu, arang, kertas, dan bahan berserat. Air ini dapat disemprotkan dalam bentuk kabut. Sebagai sumber air, biasanya digunakan air tanah yang dialirkan melalui pipa-pipa yang dipasang pada instalasi-instalasi tertentu di sekitar areal pabrik. Air dipompakan dengan menggunakan pompa yang

bekerja dengan instalasi listrik tersendiri, sehingga tidak terganggu apabila listrik pada pabrik dimatikan ketika kebakaran terjadi.

- Instalasi pemadam dengan CO2

CO2 yang digunakan berbentuk cair dan mengalir dari beberapa tabung gas yang bertekanan yang disambung secara seri menuju nozel-nozel. Instalasi ini digunakan untuk kebakaran dalam ruang tertutup, seperti pada tempat tangki penyimpanan dan juga pemadam pada instalasi listrik.

Keselamatan kerja yang tinggi dapat dicapai dengan penambahan nilai-nilai disiplin bagi para karyawan, yaitu :

1. Setiap karyawan bertugas sesuai dengan pedoman-pedoman yang diberikan. 2. Setiap peraturan dan ketentuan yang ada harus dipatuhi.

3. Perlu keterampilan untuk mengatasi kecelakaan dengan menggunakan peralatan yang ada.

4. Setiap kecelakaan atau kejadian yang merugikan harus segera dilaporkan pada atasan.

5. Setiap karyawan harus saling mengingatkan perbuatan yang dapat menimbulkan bahaya.

6. Setiap kontrol secara priodik terhadap alat instalasi pabrik oleh petugas

BAB VII

UTILITAS

Utilitas merupakan unit penunjang utama dalam memperlancar jalannya suatu proses produksi. Dalam suatu pabrik, utilitas memegang peranan yang penting. Karena suatu proses produksi dalam suatu pabrik tidak akan berjalan dengan baik jika utilitas tidak ada. Oleh sebab itu, segala sarana dan prasarananya harus dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menjamin kelangsungan operasi suatu pabrik.

Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada pabrik pembuatan sorbitol dari sirup glukosa adalah sebagai berikut:

1. Kebutuhan air

2. Kebutuhan steam (uap air bertekanan) 3. Kebutuhan listrik

4. Kebutuhan bahan bakar 5. Unit pengolahan limbah

7.1 Kebutuhan Air

Dalam proses produksi, air memegang peranan penting, baik untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik. Adapun kebutuhan air pada pabrik pembuatan sorbitol ini adalah sebagai berikut:

• Air Pendingin :

Tabel 7.1 Kebutuhan Air Pendingin pada Alat

Nama alat

Jumlah Air Pendingin

(kg/jam)

Cooler 3119,5766

Total 3119,5766

Air pendingin bekas digunakan kembali setelah didinginkan dalam menara pendingin air. Dengan menganggap terjadi kehilangan air selama proses sirkulasi, maka air tambahan yang diperlukan adalah jumlah air yang hilang karena penguapan, drift loss, dan blowdown. (Perry’s, 1999)

Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan:

We = 0,00085 Wc (T2 – T1) (Perry’s, 1997) Di mana: Wc = jumlah air masuk menara = 3119,5766 kg/jam

T1 = temperatur air masuk = 28 °C = 82,4 °F

T2 = temperatur air keluar = 65 °C = 149 °F Maka,

We = 0,00085 × 3119,5766 × (149-82,4)

= 1765,99224 kg/jam

Air yang hilang karena drift loss biasanya 0,1 – 0,2 % dari air pendingin yang masuk ke menara air (Perry, 1997). Ditetapkan drift loss 0,2 %, maka:

Wd = 0,002 × 3119,5766 = 6,2391532 kg/jam

Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3 – 5 siklus (Perry’s, 1997). Ditetapkan 5 siklus, maka:

Wb =

1 −

S W_e

=

1 5 1765,9922

− = 441,49805 kg/jam

Sehingga air tambahan yang diperlukan = We + Wd + Wb

= 1765,9922 + 6,2392 + 441,498

= 2213,72945 kg/jam

• Air untuk berbagai kebutuhan

jam hari

24 1 Kebutuhan air domestik

Kebutuhan air domestik untuk tiap orang/shift adalah 40 – 100 ltr/hari (Met Calf, 1991)

Diambil 100 ltr/hari x = 4.16 ≈ 4 liter/jam

ρair = 1000 kg/m3 = 1 kg/liter Jumlah karyawan = 114 orang

Tabel 7.3 Pemakaian air untuk berbagai kebutuhan

Kebutuhan Jumlah air (kg/jam) Domestik dan Kantor 456

Laboratorium 100

Kantin dan tempat ibadah 150

Poliklinik 50

Total 756

Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah = 756 + 10,2823 = 766,2832 kg/jam.

Sumber air untuk pabrik pembuatan Sorbitol ini berasal dari Sungai Deli, daerah Labuhan, Sumatera Utara. Debit air sungai 12 m3/detik (Bapedal Sumut, 2008). Kualitas air Sungai Deli dapat dilihat pada tabel di bawah ini:

Tabel 7.4 Kualitas Air Sungai Deli, Daerah Kawasan Industri Medan

Parameter Satuan Kadar

Suhu Kekeruhan PH

Nitrat (NO3-N) Nitrit (NO2-N) Clorida (Cl) Sulfat (SO4)

Iron (Fe) Timbal (Pb) Mangan ( Mn) Sianida (CN)

Total Dissolved Solid

Tembaga (Cu)

Hardness (as CaCO3)

Kalsium Magnesium °C NTU mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L ± 28 290 7,3 0,2 0,1 8,7 16 0,873 1,142 0,154 0,0018 31,6 0,113 87 43 28

(Sumber :data hasil rata-rata tahunan pemantauan kualitas air (Sumber : Bapedal Sumut, 2008)

Untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka di lokasi pengambilan air dibangun fasilitas penampungan air (water intake) yang juga merupakan tempat pengolahan awal air sungai. Pengolahan ini meliputi penyaringan sampah dan kotoran yang terbawa bersama air. Selanjutnya air dipompakan ke lokasi pabrik untuk diolah dan digunakan sesuai dengan keperluannya. Pengolahan air di pabrik terdiri dari beberapa tahap, yaitu :

1. Screening

2. Klarifikasi 3. Filtrasi

7.1.1 Screening

Tahap screening merupakan tahap awal dari pengolahan air. Adapun tujuan screening adalah (Degremont, 1991):

- Menjaga struktur alur dalam utilitas terhadap objek besar yang mungkin merusak fasilitas unit utilitas.

- Memudahkan pemisahan dan menyingkirkan partikel-partikel padat yang besar yang terbawa dalam air sungai.

Pada tahap ini, partikel yang besar akan tersaring tanpa bantuan bahan kimia. Sedangkan partikel-partikel yang lebih kecil akan terikut bersama air menuju unit pengolahan selanjutnya.

7.1.2 Sedimentasi

Setelah air disaring pada tahap screening, di dalam air tersebut masih terdapat partikel-partikel padatan kecil yang tidak tersaring pada screening. Untuk menghilangkan padatan-padatan tersebut, maka air yang sudah disaring tadi dimasukkan ke dalam bak sedimentasi untuk mengendapkan partikel-partikel padatan yang tidak terlarut.

7.1.3 Koagulasi dan Flokulasi

Koagulasi dan flokulasi merupakan proses penghilangan kekeruhan di dalam air dengan cara mencampurkannya dengan larutan Al2(SO4)3 dan Na2CO3 (soda abu). Larutan Al2(SO4)3 berfungsi sebagai koagulan utama dan larutan Na2CO3 sebagai bahan koagulan tambahan yaitu berfungsi sebagai bahan pambantu untuk mempercepat pengendapan dan penetralan pH. Pada bak

clarifier, akan terjadi proses koagulasi dan flokulasi. Tahap ini bertujuan menyingkirkan Suspended Solid (SS) dan koloid (Degremont, 1991) :

Koagulan yang biasa dipakai adalah alum. Reaksi hidrolisis akan terjadi menurut reaksi :

M3+ + 3H2O M(OH)3 + 3 H+

Dalam hal ini, pH menjadi faktor yang penting dalam penyingkiran koloid. Kondisi pH yang optimum adalah 5,4 penting untuk terjadinya koagulasi dan terbentuknya flok-flok (flokulasi). Koagulan yang biasa dipakai adalah larutan alum Al2(SO4)3. Sedangkan pengatur pH dipakai larutan soda abu Na2CO3 yang berfungsi sebagai bahan pembantu untuk mempercepat pengendapan dan penetralan pH. Dua jenis reaksi yang akan terjadi adalah (Degremont, 1991) :

Al2(SO4)3 + 6 Na2CO3 + 6H2O 2Al(OH)3↓ + 12Na+ + 6HCO3- + 3SO43-

2Al2(SO4)3 + 6 Na2CO3 + 6H2O 4Al(OH)3↓ + 12Na+ + 6CO2 + 6SO4

3-Reaksi koagulasi yang terjadi :

Al2(SO4)3 + 3H2O + 3Na2CO3 2Al(OH)3↓ + 3Na2SO4 + 3CO2

Selain penetralan pH, soda abu juga digunakan untuk menyingkirkan kesadahan permanen menurut proses soda dingin sebagai berikut (Degremont, 1991)

CaSO4 + Na2CO3 Na2SO4 + CaCO3 CaCl2 + Na2CO3 2NaCl + CaCO3

Selanjutnya flok-flok akan mengendap ke dasar clarifier karena gaya gravitasi, sedangkan air jernih akan keluar melimpah (overflow) yang selanjutnya akan masuk ke penyaring pasir (sand filter) untuk penyaringan.

Pemakaian larutan alum umumnya hingga 50 ppm terhadap jumlah air yang akan diolah, sedangkan perbandingan pemakaian alum dan abu soda = 1 : 0,54 (Crities, 2004).

Diperkirakan 8 % dari harga perpipaan

(Timmerhaus, 2004)

= 0,08 × Rp 4.599.239.503

= Rp 367.939.160

6.

Perawatan instalasi listrik

Diperkirakan 8

%

dari harga instalasi listrik

(Timmerhaus, 2004)

= 0.08 × Rp 1.483.625.646

= Rp 118.690.052

7.

Perawatan insulasi

Diperkirakan 8 % dari harga insulasi

(Timmerhaus, 2004)

= 0,08 × Rp 1.335.263.081

= Rp 106.821.047

8. Perawatan inventaris kantor

Diperkirakan 8 % dari harga inventaris kantor

(Timmerhaus, 2004)

= 0,08 × Rp 741.812.823

= Rp 59.345.026

9.

Perawatan perlengkapan kebakaran

Diperkirakan 8

%

dari harga perlengkapan kebakaran

(Timmerhaus, 2004)

= 0,08 × Rp 296.725.129

= Rp 23.738.010

Total biaya perawatan = Rp 3.563.938.101

Biaya tambahan industri ini diperkirakan 10 % dari MIT

(Timmerhaus, 2004)

Plant Overhead Cost

= 0,1 x Rp 61.125.020.155

= Rp 6.112.502.016

F. Biaya Administrasi Umum

Biaya administrasi selama 3 bulan adalah Rp 163.320.000

Biaya administrasi selama 1 tahun adalah = Rp 653.280.000

G. Biaya Pemasaran dan Distribusi

Biaya pemasaran selama 3 bulan adalah Rp 163.320.000

Biaya pemasaran selama 1 tahun adalah = Rp 653.280.000

Biaya distribusi diperkirakan 50% dari biaya pemasaran, sehingga :

Biaya distribusi = 0,5 x 653.280.000 = 326.640.000

H. Biaya Laboratorium, Penelitan dan Pengembangan

Diperkirakan 5% dari biaya tambahan industri

= 0,05 x Rp 6.112.502.016

= Rp 305.625.101

J. Hak Paten dan Royalti

Diperkirakan 1% dari MIT (Peters et.al., 2004).

= 0,01 x Rp 61.125.020.155

= Rp 611.250.202

K. Biaya Asuransi

1.

Biaya asuransi pabrik. adalah 0,31% dari MITL (Asosiasi Asuransi Jiwa

Indonesia-AAJI, 2006).

= 0,0031 × Rp 46.437.126.260

= Rp 143.955.091

Premi asuransi = Rp. 351.000 /tenaga kerja ( Prudential Life Assurance,

2009 )

Maka biaya asuransi karyawan = 114 orang x Rp. 300.000/orang

= Rp. 34.200.000

Total biaya asuransi = Rp 178.155.091

L. Pajak Bumi dan Bangunan

Pajak Bumi dan Bangunan adalah Rp 542.600.000

Total Biaya Tetap (Fixed Cost) = Rp 31.203.275.274

3.2 Biaya Variabel

A. Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per tahun

Biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 90 hari adalah

Rp 5.662.984.250

Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 tahun

= Rp 5.662.984.250 x

330

₉₀

= Rp 21.393.496.057

B. Biaya Variabel Tambahan

1. Perawatan dan Penanganan Lingkungan

Diperkirakan 5% dari biaya variabel bahan baku

= 0,05 × Rp 21.393.496.057

= Rp 24.308.861.829

2. Biaya Variabel Pemasaran dan Distribusi

Diperkirakan 1% dari biaya variabel bahan baku

= 0,01 × Rp 21.393.496.057

= Rp 213.934.961

C. Biaya Variabel Lainnya

Diperkirakan 5 % dari biaya variabel tambahan

= 0,05 × Rp 1.283.609.763

= Rp 64.180.488

Total biaya variabel = Rp 22.741.286.309

Total biaya produksi

= Biaya Tetap + Biaya Variabel

= Rp 31.203.275.274 + Rp 22.741.286.309

= Rp 53.944.561.583

4. Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan

A. Laba Sebelum Pajak (Bruto)

Laba atas penjualan = total penjualan – total biaya produksi

= Rp 93.340.486.800 – Rp 53.944.561.583

= Rp 39.395.925.217

B. 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 %.



Penghasilan di atas Rp 100.000.000 dikenakan pajak sebesar 30 %.

Maka pajak penghasilan yang harus dibayar adalah:

-

10 % × Rp 50.000.000

=

Rp

-

15 % × (Rp 100.000.000- Rp 50.000.000)

=

Rp

7.500.000

-

30

%

× (Rp 39.198.945.591 - Rp 100.000.000)

Total PPh

=

Rp

11.742.183.677

C. Laba setelah pajak (netto)

Laba setelah pajak = laba sebelum pajak – PPh

= Rp 39.198.945.591 – Rp 11.742.183.677

= Rp 27.456.761.914

= Rp

11.729.683.677

4

Analisa Aspek Ekonomi

A. Profit Margin (PM)

PM

=

penjualan

total

pajak

sebelum

Laba

_{× 100 %}

PM

=

100%

.800 93.340.486

.591 39.198.945

x

= 39,27 %

B. Break Even Point (BEP)

BEP =

Variabel

Biaya

Penjualan

Total

Tetap

Biaya

−

× 100 %

BEP =

100

%

309

.

286

.

741

.

22

-.800

93.340.486

.274

31.203.275

x

= 47,82 %

Kapasitas produksi pada titik BEP = 47,82 % x 500 ton/tahun

= 239,0986 ton/tahun

Nilai penjualan pada titik BEP = 47,82 % x Total Penjualan

= 47,82 % x Rp. 93.340.486.800

= Rp. 44.635.151.789

C. Return on Investment (ROI)

ROI

=

Investasi

Modal

Total

pajak

setelah

Laba

_{× 100 %}

ROI

=

100

%

.524

99.143.968

.914

27.456.761

x

= 25,48 %

D. Pay Out Time (POT)

POT

=

E. Internal Rate of Return (IRR)

Untuk menentukan nilai IRR harus digambarkan jumlah pendapatan dan

pengeluaran dari tahun ke tahun yang disebut “

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.

Dari Tabel LE.11, diperoleh nilai IRR = 39,4885 %

= 1 x 1 tahun

27,6938 %

= 3,9265 tahun