PRARANCANGAN PABRIK ALUMINIUM FLUORIDA DARI ASAM FLUOSILIKAT DAN ALUMINIUM HIDROKSIDA Prarancangan Pabrik Aluminium Fluorida dari Asam Fluosilikat dan Aluminium Hidroksida Kapasitas 40.000 Ton/Tahun.
PRARANCANGAN PABRIK ALUMINIUM FLUORIDA DARI
ASAM FLUOSILIKAT DAN ALUMINIUM HIDROKSIDA
KAPASITAS 40.000 TON PER TAHUN
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Meraih Gelar Sarjana Teknik
Strata Satu Pada Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oleh:
Virman Handoyo
D 500 110 028
Dosen Pembimbing:
Eni Budiyati, S.T, M.Eng
Kun Harismah, Ph.D
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SURAKARTA
2016
i
MOTTO
“Sesungguhnya Allah SWT tidak akan merubah nasib suatu kaum sehingga
mereka merubah nasib mereka sendiri”
(Ar-Rad’d: 11)
“Berlelah-lelahlah, manisnya hidup terasa setelah lelah berjuang. Jika engkau tak
tahan lelahnya belajar, engkau akan menanggung perihnya kebodohan”
(Imam Syafi’I)
“Jenius adalah 1% inspirasi dan 99% keringat. Tidak ada yang dapat
menggantikan kerja keras”
(Thomas Alva Edison)
“Hidup akan selalu kembali dalam keadaan setimbang”
(Dr. Ir. H. Ahmad M. Fuadi, M. T)
“Keberuntungan hanya datang pada orang yang siap menerimanya. Peningkatan
kualitas diri adalah bentuk usaha untuk layak mendapatkan keberuntungan”
(Virman Handoyo)
iv
PERSEMBAHAN
Segala puji dan syukur selalu tercurah kepada Allah SWT. Atas segala nikmat
dan karunia yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir
ini. Karya ini saya persembahkan untuk:
1. Bapak dan Ibu tercinta yang telah memberikan cinta penuh kasih sayang dalam
bentuk doa kesuksesan, kesabaran, dukungan semangat dan tuntunan untuk
menempuh pendidikan sarjana ini dengan harapan dan kepercayaan bahwa ilmu
ini akan membawa manfaat bagi banyak orang. Semoga Bapak dan Ibu selalu
dilapangkan rezeki dan senantiasa sehat serta panjang umur. Amien.
2. Kedua adikku Nur Ratih Handayani dan Era Wulan Sari yang senantiasa
memberikan kecerian dalam setiap kesempatan sehingga dapat menjadikan obat
pada setiap kesulitan. Semoga Allah SWT terus senantiasa memberikan
kemudahan dan kelancaran pada setiap jenjang pendidikan yang ditempuhnya.
Amien.
3. Partner paling hebat Risma Cholifah Astarini dalam kerja praktek, penelitian
dan skripsi. Terima kasih untuk setiap kerjasama, kesabaran dan pukulan
semangatnya sehingga setiap tugas perkuliahan dapat terselesaikan dengan
baik. Semoga kesuksesan selalu berpihak padamu dan Allah SWT selalu
menjaga serta melindungimu. Amien.
4. Teman-teman Teknik Kimia UMS 2011 yang telah memberikan arti
kebersamaan dari awal semester hingga semester akhir. Ketika momen semester
awal dimana seluruh teman-teman mengadakan touring wisata bersama dan doa
bersama sesuai harapan masing-masing di setiap awal tahun baru hingga
dimana setelah menjadi demisioner KMTK mulai disibukkan dengan mengikuti
apa yang menjadi passion-nya. Semoga kita selalu dapat menjaga silaturahmi
dalam keadaan sehat wal afiat.
v
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah yang telah menciptakan manusia dan mengajarkan
kepadanya. Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas karunia, nikmat,
rahmat dan kesempatan yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat
menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Aluminium
Fluorida dari Asam Fluosilikat dan Aluminium Hidroksida Kapasitas 50.000 Ton
per Tahun”. Tidak lupa Sholawat serta salam penulis haturkan kepada Nabi Besar
Muhammad SAW yang kita nantikan syafa’atnya di hari akhir nanti.
Tugas prarancangan pabrik merupakan salah satu syarat yang wajib ditempuh
untuk menyelesaikan program strata satu di Program Studi Teknik Kimia Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Pada kesempatan kali ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada
pihak-pihak yang telah memberikan dukungan, bimbingan, dan bantuan hingga
terselesaikannya laporan tugas akhir ini. Adapun pihak-pihak tersebut, antara lain:
1. Ibu Eni Budiyati, S.T, M.Eng, selaku dosen pembimbing I.
2. Ibu Dra. Kun Harismah, Ph.D, selaku dosen pembimbing II.
3. Seluruh dosen dan staf Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
4. Segenap civitas akademika dan teman-teman mahasiswa Program Studi Teknik
Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi semua
pihak. Saran dan kritik yang membangun sangat diharapkan oleh penulis demi
kesempurnaan tugas akhir ini.
Surakarta, 21 Januari 2016
Penulis
vi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ ii
PERNYATAAN KEASLIAN ...........................................................................iii
MOTTO ............................................................................................................ iv
PERSEMBAHAN .............................................................................................. v
KATA PENGANTAR ...................................................................................... vi
DAFTAR ISI ..................................................................................................... vii
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xi
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xv
ABSTRAKSI ................................................................................................... xvi
ABSTRACT ................................................................................................... xvii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1
1.1
Latar Belakang Pendirian Pabrik ......................................................... 1
1.2
Kapasitas Peracangan ........................................................................... 2
1.3
Pemilihan Lokasi Pabrik ...................................................................... 4
1.4
Tinjauan Umum ................................................................................... 5
1.5
Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku ..................................................... 7
1.6
Sifat Fisika dan Kimia Produk ............................................................. 8
BAB II DESKRIPSI PROSES ............................................................................ 9
2.1
Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ..................................................... 9
2.1.1
Spesifikasi bahan baku .................................................................. 9
2.1.2
Spesifikasi produk ....................................................................... 10
2.2
Konsep Proses .................................................................................... 11
2.2.1
Tinjauan termodinamika ............................................................. 11
2.2.2
Tinjauan kinetika ........................................................................ 11
2.3
Diagram Alir Proses ........................................................................... 13
2.4
Neraca Massa dan Panas .................................................................... 14
2.4.1
Neraca massa .............................................................................. 14
2.4.2
Neraca panas ............................................................................... 22
2.5
Tata Letak Pabrik dan Peralatan ........................................................ 26
vii
BAB III SPESIFIKASI ALAT.......................................................................... 32
3.1
Belt Conveyor ..................................................................................... 33
3.2
Blower ................................................................................................ 36
3.3
Bucket Elevator .................................................................................. 36
3.4
Centrifuge ........................................................................................... 37
3.5
Cyclone ............................................................................................... 37
3.6
Filter .................................................................................................. 38
3.7
Heater ................................................................................................ 38
3.8
Hopper ................................................................................................ 39
3.9
Kristalizer ........................................................................................... 39
3.10 Pompa ................................................................................................ 41
3.11 Reaktor ............................................................................................... 43
3.12 Rotary Dryer ...................................................................................... 44
3.13 Tangki ................................................................................................ 45
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM .............. 48
4.1
Unit Pendukung Proses (Utilitas)........................................................ 48
4.1.1
Unit pengadaan listrik .................................................................. 48
4.1.2
Unit pengadaan dan pengolahan air ............................................. 51
4.1.3
Unit penyedia steam .................................................................... 55
4.1.4
Unit penyedia udara tekan .......................................................... 57
4.1.5
Unit penyedia bahan bakar ......................................................... 57
4.1.6
Unit pengolahan limbah .............................................................. 57
4.1.7
Spesifikasi alat unit pendukung ................................................... 59
4.2
Laboratorium....................................................................................... 70
4.2.1
Laboratorium fisik ....................................................................... 71
4.2.2
Laboratorium analitik .................................................................. 71
4.2.3
Laboratorium penelitian dan pengembangan .............................. 71
4.2.4
Analisa air .................................................................................... 71
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN......................................................... 72
5.1
Bentuk Perushaan................................................................................ 72
5.2
Struktur Organisasi Perusahaan .......................................................... 72
5.3
Tugas dan Wewenang ......................................................................... 75
viii
5.3.1
Pemegang saham.......................................................................... 75
5.3.2
Dewan komisaris.......................................................................... 75
5.3.3
Dewan direksi .............................................................................. 75
5.3.4
Staf ahli ........................................................................................ 76
5.3.5
Kepala bagian .............................................................................. 76
5.3.6
Kepala seksi ................................................................................. 79
5.4
Pembagian Jam Kerja karyawan ......................................................... 79
5.4.1
Karyawan non-shift ...................................................................... 80
5.4.2
Karyawan shift ............................................................................. 80
5.5
Sistem Kepegawaian dan Upah .......................................................... 81
5.6
Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Upah ......................... 82
5.7
Kesejahteraan Sosial Karyawan .......................................................... 83
5.8
Kesehatan dan Keselamatan Kerja...................................................... 85
5.9
Manajemen Produksi .......................................................................... 86
5.10 Perencanaan Produksi ......................................................................... 86
5.11 Pengendalian Produksi ........................................................................ 87
BAB VI ANALISIS EKONOMI ...................................................................... 89
6.1
Dasar Perhitungan .............................................................................. 89
6.2
Perhitungan Biaya ............................................................................... 91
6.2.1
Investasi modal (capital investment) ........................................... 91
6.2.2
Biaya produksi (manufacturing cost) .......................................... 92
6.2.3
Pengeluaran umum (general expenses) ....................................... 92
6.3
Analisa Kelayakan ............................................................................. 92
6.3.1
Percent return on investment (ROI) ............................................ 93
6.3.2
Pay out time (POT) ...................................................................... 93
6.3.3
Break even point (BEP) ............................................................... 93
6.3.4
Shut down point (SDP) ............................................................... 94
6.3.5
Discounted cash flow (DCF)........................................................ 94
6.4
Hasil Perhitungan ............................................................................... 95
6.4.1
Total capital investment .............................................................. 95
6.4.2
Total product cost ....................................................................... 96
6.4.3
Analisis kelayakan ....................................................................... 96
ix
BAB VII KESIMPULAN ............................................................................... 100
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 101
LAMPIRAN .................................................................................................... 104
Lampiran 1. Reaktor (R-100) .......................................................................... 104
x
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Data Konsumsi AlF3 di Indonesia dan Luar Negeri ............................. 2
Tabel 2. Data Ekspor AlF3 Tahun 2014-2018..................................................... 4
Tabel 3. Data Pabrik Penghasil Aluminium Fluorida ......................................... 4
Tabel 4. Pemilihan Proses Berdasarkan Aspek Teknik dan Ekonomi ................ 7
Tabel 5. Data Nilai ΔHof298 Setiap Komponen Keadaan Standar ..................... 11
Tabel 6. Neraca Massa Reaktor (R-100) ........................................................... 16
Tabel 7. Neraca Massa Sentrifuge (H-110)....................................................... 16
Tabel 8. Neraca Massa Kristalizer (S-120) ....................................................... 17
Tabel 9. Neraca Massa Sentrifuge (H-130)....................................................... 17
Tabel 10. Neraca Massa Sentrifuge (H-140) .................................................... 18
Tabel 11. Neraca Massa Sentrifuge (H-150) .................................................... 18
Tabel 12. Neraca Massa Sand Filter (H-160) ................................................... 19
Tabel 13. Neraca Massa Rotary Dryer (B-180) ................................................ 19
Tabel 14. Neraca Massa Rotary Dryer (B-170) ................................................ 20
Tabel 15. Neraca Massa Cyvlone (H-187) ....................................................... 20
Tabel 16. Neraca Massa Total Setelah Recycle ................................................ 20
Tabel 17. Neraca Panas Heater (E-101) ............................................................ 22
Tabel 18. Neraca Panas Reaktor (R-100).......................................................... 22
Tabel 19. Neraca Panas Sentrifuge (H-110) ..................................................... 22
Tabel 20. Neraca Panas Kristalizer (S-120) ...................................................... 23
Tabel 21. Neraca Panas Sentrifuge (H-130) ..................................................... 23
Tabel 22. Neraca Panas Sentrifuge (H-140) ..................................................... 24
Tabel 23. Neraca Panas Sentrifuge (H-150) ..................................................... 24
Tabel 24. Neraca Panas Sand Filter (H-160) .................................................... 25
Tabel 25. Neraca Panas Rotary Dryer (H-180) ................................................. 25
Tabel 26. Neraca Panas Rotary Dryer (H-170) ................................................. 25
Tabel 27. Spesifikasi Belt Conveyor (J-107,108, 111, 112, 131, 132).............. 33
Tabel 28. Spesifikasi Belt Conveyor (J-133, 142, 143, 151, 152, 153)............. 34
Tabel 29. Spesifikasi Belt Conveyor (J-171, 172, 181, 182, 183, 184)............. 35
Tabel 30. Spesifikasi Blower (G-174, 186)....................................................... 36
Tabel 31. Spesifikasi Bucket Elevator (J-106) .................................................. 36
xi
Tabel 32. Spesifikasi Centrifuge (H-110,130, 140, 150) .................................. 37
Tabel 33. Spesifikasi Cyclone (H-188) ............................................................. 37
Tabel 34. Spesifikasi Sand Filter (H-130) ........................................................ 38
Tabel 35. Spesifikasi Heater (E-101, 175) ....................................................... 38
Tabel 36. Spesifikasi Hopper (F-105)............................................................... 39
Tabel 37. Spesifikasi Kristalizer (S-120) .......................................................... 39
Tabel 38. Spesifikasi Pompa (L-104, 102, 111, 113, 122) ............................... 41
Tabel 39. Spesifikasi Pompa (L-104, 141, 151, 161, 162) ............................... 42
Tabel 40. Spesifikasi Reaktor (R-100) .............................................................. 43
Tabel 41. Spesifikasi Rotary Dryer (B-170,180) .............................................. 44
Tabel 42. Spesifikasi Tangki (F-130)................................................................ 45
Tabel 43. Spesifikasi Tangki (F-112, 121)........................................................ 46
Tabel 44. Kebutuhan Listrik Proses .................................................................. 48
Tabel 45. Kebutuhan Listrik Utilitas................................................................. 49
Tabel 46. Kebutuhan Listrik Penerangan .......................................................... 50
Tabel 47. Kebutuhan Air Proses ....................................................................... 53
Tabel 48. Kebutuhan Air Pendingin ................................................................. 54
Tabel 49. Kebutuhan Air Sanitasi ..................................................................... 54
Tabel 50. Spesifikasi Bak (X-210, 250, 280) .................................................... 59
Tabel 51. Spesifikasi Blower (G-293) ............................................................... 59
Tabel 52. Spesifikasi Boiler (Q-380) ................................................................ 60
Tabel 53. Spesifikasi Clarifier (H-230, 370) .................................................... 60
Tabel 54. Spesifikasi Cooling Tower (P-290) ................................................... 60
Tabel 55. Spesifikasi Deaerator (H-320) ......................................................... 61
Tabel 56. Spesifikasi Exchanger (D-300, 310) ................................................. 61
Tabel 57. Spesifikasi Filter Udara (H-420) ...................................................... 62
Tabel 58. Spesifikasi Furnace (Q-187) ............................................................. 62
Tabel 59. Spesifikasi Generator (N-400) ......................................................... 63
Tabel 60. Spesifikasi Kompresor (G-390) ........................................................ 63
Tabel 61. Spesifikasi Screen (H-200) ............................................................... 63
Tabel 62. Spesifikasi Pompa (L-341, 351, 371) ............................................... 64
Tabel 63. Spesifikasi Pompa (L-211, 221, 231, 241, 261) ............................... 65
xii
Tabel 64. Spesifikasi Pompa (L-271, 272, 281, 282, 291) ............................... 66
Tabel 65. Spesifikasi Pompa (L-292, 301, 311, 321, 331) ............................... 67
Tabel 66. Spesifikasi Tangki (F-270, 330)........................................................ 68
Tabel 67. Spesifikasi Tangki (F-220, 240, 260, 360, 410)................................ 69
Tabel 68. Sistem Penjadwalan Karyawan Shift................................................. 80
Tabel 69. Pembagian Shift Karyawan ............................................................... 80
Tabel 70. Pengelolaan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Upah ........................... 82
Tabel 71. Chemical Engineering Plant Cost Index........................................... 90
Tabel 72. Rincian Fixed Capital Investment ..................................................... 95
Tabel 73. Rincian Working Capital .................................................................. 95
Tabel 74. Rincian Manufacturing Cost ............................................................. 96
Tabel 75. Rincian General Expense .................................................................. 96
Tabel 76. Rincian Fixed Cost ............................................................................ 97
Tabel 77. Rincian Variable Cost ...................................................................... 97
Tabel 78. Rincian Regulated Cost .................................................................... 97
Tabel 79. Hasil Analisis Kelayakan ................................................................. 98
Tabel 80. Penjadwalan Kristalizer ................................................................... 95
Tabel 81. Penjadwalan Kristalizer per Shift ...................................................... 97
Tabel 82. Data Neraca Massa Kristalizer .......................................................... 98
Tabel 83. Hasil Perhitungan Densitas Campuran Arus 5................................ 105
Tabel 84. Hasil Perhitungan Densitas Campuran Arus 6................................ 106
Tabel 85. Hasil Perhitungan Densitas Campuran Arus 21.............................. 106
Tabel 86. Hasil Perhitungan Suhu LMTD ...................................................... 115
Tabel 86. Hasil Perhitungan Flange ................................................................ 121
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Kurva Kebutuhan AlF3 dalam Negeri Tahun 2009-2013.................. 3
Gambar 2. Kurva Ekspor Aluminium Fluorida Tahun 1999-2013 ..................... 3
Gambar 3. Process Engineering Flow Diagram ................................................. 8
Gambar 4. Diagram Alir Kuantitatif Pabrik AlF3 ............................................. 15
Gambar 5. Diagram Alir Kualitatif Pabrik AlF3 ............................................... 21
Gambar 6. Tata Letak Pabrik AlF3.................................................................... 28
Gambar 7. Tata Letak Peralatan Pabrik AlF3 .................................................... 31
Gambar 8. Diagram Alir Pengolahan Air Sungai ............................................. 52
Gambar 9. Bagan Struktur Jabatan Perusahaan ............................................... 74
Gambar 10. Grafik Hubungan Tahun dengan Cost Index (CEPCI) ................. 91
Gambar 11. Grafik Analisis Kelayakan ............................................................ 99
Gambar 12. Head Jenis Torispherical Dished Head ...................................... 111
Gambar 13. Ukuran Flange ............................................................................ 121
Gambar 14. Penyangga Kristalizer ................................................................. 127
Gambar 15. Anchor Kristalizer ....................................................................... 133
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Kristalizer (S-120) ...................................................................... 104
xv
ABSTRAKSI
Produk AlF3 dibutuhkan oleh industri peleburan Al untuk menurunkan titik
lebur Al, sehingga besar kebutuhan bahan bakar untuk panas peleburan dapat
dikurangi. Kebutuhan AlF3 semakin meningkat dari tahun ke tahun, khususnya
negara-negara maju yang memiliki banyak industri Al di dalamnya seperti Cina dan
India. Pabrik ini akan didirikan pada tahun 2020 di daerah Gresik dengan bahan
baku H2SiF6 dan Al(OH)3 berkapasitas produksi sebesar 40.000 ton/tahun.
Reaktor yang digunakan adalah reaktor CSTR (Continuous Stirred Tank
Reaktor) yang berlangsung eksotermis pada fase padat-cair dengan kondisi operasi
70oC dan tekanan 1 atm. Proses utama selanjutnya adalah kristalisasi dan
pengeringan. Untuk memproduksi AlF3 dengan kapasitas 5.050,505 kg/jam
dibutuhkan H2SiF6 sebanyak 8.477,641 kg/jam dan Al(OH)3 sebanyak 4.518,540
kg/jam. Sedangkan kebutuhan utilitas air sebanyak 2.653,772 kg/jam, steam
sebanyak 2.666,488 kg/jam, listrik sebanyak 1.212,123 kW, udara tekan sebanyak
115,582 kg/jam, bahan bakar solar sebanyak 69,986 liter/jam dan propana sebanyak
553,510 kg/jam. Pabrik beroperasi selama 330 hari dengan jumlah karyawan 202
orang. Analisis ekonomi menunjukkan besarnya Percent Return on Investment
(ROI) sebelum pajak sebesar 35,5% dan sesudah pajak sebesar 26,6%. Pay Out
Time (POT) sebelum pajak selama 2,20 tahun dan sesudah pajak selama 2,73 tahun.
Break Event Point (BEP) sebesar 49,38%, Shut Down Point (SDP) sebesar 27,97%
dan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 34,91%.
Berdasarkan hasil di atas serta mempertimbangkan beberapa aspek seperti
kondisi operasi alat dengan tekanan atmosferis dan suhu rendah, bahan baku tidak
bersifat volatil dan higroskopis, limbah tidak merusak lingkungan serta letak
pendirian pabrik di daerah non-konflik, maka pabrik AlF3 ini menguntungkan dan
layak untuk didirikan.
xvi
ABSTRACT
AlF3 products needed by industry consolidation Al to lower the melting
point of Al, so a great need for fuel for the heat of fusion can be reduced. AlF3 needs
is increasing from year to year, particularly the developed countries that have a lot
of industries Al in it such as China and India. This factory will be established in
2020 in Gresik with raw materials H2SiF6 and Al(OH)3 with production capacity of
40,000 tons/year.
The reactor used is a reactor CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor)
which took place in the exothermic solid-liquid phase with the operating conditions
of 70°C and a pressure of 1 atm. The next main process is crystallization and drying.
To produce AlF3 with a capacity of 5050.505 kg / h takes H2SiF6 much as 8477.641
kg / hr and Al(OH)3 as much as 4518.540 kg/hour. While the need for water utilities
as much as 2653.772 kg/hour of steam as much as 2666.488 kg/hour, as much as
1212.123 kW of electricity, compressed air as much as 115.582 kg/hour, the diesel
fuel as much as 69.986 liters/hour and propane as much as 553.510 kg/hour. The
factory operated for 330 days with the number of employees 202 people. The
economic analysis shows the Percent Return on Investment (ROI) before tax of
35.5% and 26.6% after tax. Pay Out Time (POT) before taxes for 2.20 years and
2.73 years after tax for. Break Event Point (BEP) amounted to 49.38%, Shut Down
Point (SDP) 27.97% and the Discounted Cash Flow (DCF) of 34.91%.
Based on the above results and to consider several aspects such as operating
conditions instrument with atmospheric pressure and low temperature, the raw
material is not volatile and hygroscopic, waste does not damage the environment
and location of the establishment of factories in the area of non-conflict, the plant
AlF3 is profitable and feasible to set.
Keyword: aluminium fluoride, aluminium hydroxide, fluosilicic acid
xvii
ASAM FLUOSILIKAT DAN ALUMINIUM HIDROKSIDA
KAPASITAS 40.000 TON PER TAHUN
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Meraih Gelar Sarjana Teknik
Strata Satu Pada Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oleh:
Virman Handoyo
D 500 110 028
Dosen Pembimbing:
Eni Budiyati, S.T, M.Eng
Kun Harismah, Ph.D
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SURAKARTA
2016
i
MOTTO
“Sesungguhnya Allah SWT tidak akan merubah nasib suatu kaum sehingga
mereka merubah nasib mereka sendiri”
(Ar-Rad’d: 11)
“Berlelah-lelahlah, manisnya hidup terasa setelah lelah berjuang. Jika engkau tak
tahan lelahnya belajar, engkau akan menanggung perihnya kebodohan”
(Imam Syafi’I)
“Jenius adalah 1% inspirasi dan 99% keringat. Tidak ada yang dapat
menggantikan kerja keras”
(Thomas Alva Edison)
“Hidup akan selalu kembali dalam keadaan setimbang”
(Dr. Ir. H. Ahmad M. Fuadi, M. T)
“Keberuntungan hanya datang pada orang yang siap menerimanya. Peningkatan
kualitas diri adalah bentuk usaha untuk layak mendapatkan keberuntungan”
(Virman Handoyo)
iv
PERSEMBAHAN
Segala puji dan syukur selalu tercurah kepada Allah SWT. Atas segala nikmat
dan karunia yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir
ini. Karya ini saya persembahkan untuk:
1. Bapak dan Ibu tercinta yang telah memberikan cinta penuh kasih sayang dalam
bentuk doa kesuksesan, kesabaran, dukungan semangat dan tuntunan untuk
menempuh pendidikan sarjana ini dengan harapan dan kepercayaan bahwa ilmu
ini akan membawa manfaat bagi banyak orang. Semoga Bapak dan Ibu selalu
dilapangkan rezeki dan senantiasa sehat serta panjang umur. Amien.
2. Kedua adikku Nur Ratih Handayani dan Era Wulan Sari yang senantiasa
memberikan kecerian dalam setiap kesempatan sehingga dapat menjadikan obat
pada setiap kesulitan. Semoga Allah SWT terus senantiasa memberikan
kemudahan dan kelancaran pada setiap jenjang pendidikan yang ditempuhnya.
Amien.
3. Partner paling hebat Risma Cholifah Astarini dalam kerja praktek, penelitian
dan skripsi. Terima kasih untuk setiap kerjasama, kesabaran dan pukulan
semangatnya sehingga setiap tugas perkuliahan dapat terselesaikan dengan
baik. Semoga kesuksesan selalu berpihak padamu dan Allah SWT selalu
menjaga serta melindungimu. Amien.
4. Teman-teman Teknik Kimia UMS 2011 yang telah memberikan arti
kebersamaan dari awal semester hingga semester akhir. Ketika momen semester
awal dimana seluruh teman-teman mengadakan touring wisata bersama dan doa
bersama sesuai harapan masing-masing di setiap awal tahun baru hingga
dimana setelah menjadi demisioner KMTK mulai disibukkan dengan mengikuti
apa yang menjadi passion-nya. Semoga kita selalu dapat menjaga silaturahmi
dalam keadaan sehat wal afiat.
v
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah yang telah menciptakan manusia dan mengajarkan
kepadanya. Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas karunia, nikmat,
rahmat dan kesempatan yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat
menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Aluminium
Fluorida dari Asam Fluosilikat dan Aluminium Hidroksida Kapasitas 50.000 Ton
per Tahun”. Tidak lupa Sholawat serta salam penulis haturkan kepada Nabi Besar
Muhammad SAW yang kita nantikan syafa’atnya di hari akhir nanti.
Tugas prarancangan pabrik merupakan salah satu syarat yang wajib ditempuh
untuk menyelesaikan program strata satu di Program Studi Teknik Kimia Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Pada kesempatan kali ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada
pihak-pihak yang telah memberikan dukungan, bimbingan, dan bantuan hingga
terselesaikannya laporan tugas akhir ini. Adapun pihak-pihak tersebut, antara lain:
1. Ibu Eni Budiyati, S.T, M.Eng, selaku dosen pembimbing I.
2. Ibu Dra. Kun Harismah, Ph.D, selaku dosen pembimbing II.
3. Seluruh dosen dan staf Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
4. Segenap civitas akademika dan teman-teman mahasiswa Program Studi Teknik
Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi semua
pihak. Saran dan kritik yang membangun sangat diharapkan oleh penulis demi
kesempurnaan tugas akhir ini.
Surakarta, 21 Januari 2016
Penulis
vi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ ii
PERNYATAAN KEASLIAN ...........................................................................iii
MOTTO ............................................................................................................ iv
PERSEMBAHAN .............................................................................................. v
KATA PENGANTAR ...................................................................................... vi
DAFTAR ISI ..................................................................................................... vii
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xi
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xv
ABSTRAKSI ................................................................................................... xvi
ABSTRACT ................................................................................................... xvii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1
1.1
Latar Belakang Pendirian Pabrik ......................................................... 1
1.2
Kapasitas Peracangan ........................................................................... 2
1.3
Pemilihan Lokasi Pabrik ...................................................................... 4
1.4
Tinjauan Umum ................................................................................... 5
1.5
Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku ..................................................... 7
1.6
Sifat Fisika dan Kimia Produk ............................................................. 8
BAB II DESKRIPSI PROSES ............................................................................ 9
2.1
Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ..................................................... 9
2.1.1
Spesifikasi bahan baku .................................................................. 9
2.1.2
Spesifikasi produk ....................................................................... 10
2.2
Konsep Proses .................................................................................... 11
2.2.1
Tinjauan termodinamika ............................................................. 11
2.2.2
Tinjauan kinetika ........................................................................ 11
2.3
Diagram Alir Proses ........................................................................... 13
2.4
Neraca Massa dan Panas .................................................................... 14
2.4.1
Neraca massa .............................................................................. 14
2.4.2
Neraca panas ............................................................................... 22
2.5
Tata Letak Pabrik dan Peralatan ........................................................ 26
vii
BAB III SPESIFIKASI ALAT.......................................................................... 32
3.1
Belt Conveyor ..................................................................................... 33
3.2
Blower ................................................................................................ 36
3.3
Bucket Elevator .................................................................................. 36
3.4
Centrifuge ........................................................................................... 37
3.5
Cyclone ............................................................................................... 37
3.6
Filter .................................................................................................. 38
3.7
Heater ................................................................................................ 38
3.8
Hopper ................................................................................................ 39
3.9
Kristalizer ........................................................................................... 39
3.10 Pompa ................................................................................................ 41
3.11 Reaktor ............................................................................................... 43
3.12 Rotary Dryer ...................................................................................... 44
3.13 Tangki ................................................................................................ 45
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM .............. 48
4.1
Unit Pendukung Proses (Utilitas)........................................................ 48
4.1.1
Unit pengadaan listrik .................................................................. 48
4.1.2
Unit pengadaan dan pengolahan air ............................................. 51
4.1.3
Unit penyedia steam .................................................................... 55
4.1.4
Unit penyedia udara tekan .......................................................... 57
4.1.5
Unit penyedia bahan bakar ......................................................... 57
4.1.6
Unit pengolahan limbah .............................................................. 57
4.1.7
Spesifikasi alat unit pendukung ................................................... 59
4.2
Laboratorium....................................................................................... 70
4.2.1
Laboratorium fisik ....................................................................... 71
4.2.2
Laboratorium analitik .................................................................. 71
4.2.3
Laboratorium penelitian dan pengembangan .............................. 71
4.2.4
Analisa air .................................................................................... 71
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN......................................................... 72
5.1
Bentuk Perushaan................................................................................ 72
5.2
Struktur Organisasi Perusahaan .......................................................... 72
5.3
Tugas dan Wewenang ......................................................................... 75
viii
5.3.1
Pemegang saham.......................................................................... 75
5.3.2
Dewan komisaris.......................................................................... 75
5.3.3
Dewan direksi .............................................................................. 75
5.3.4
Staf ahli ........................................................................................ 76
5.3.5
Kepala bagian .............................................................................. 76
5.3.6
Kepala seksi ................................................................................. 79
5.4
Pembagian Jam Kerja karyawan ......................................................... 79
5.4.1
Karyawan non-shift ...................................................................... 80
5.4.2
Karyawan shift ............................................................................. 80
5.5
Sistem Kepegawaian dan Upah .......................................................... 81
5.6
Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Upah ......................... 82
5.7
Kesejahteraan Sosial Karyawan .......................................................... 83
5.8
Kesehatan dan Keselamatan Kerja...................................................... 85
5.9
Manajemen Produksi .......................................................................... 86
5.10 Perencanaan Produksi ......................................................................... 86
5.11 Pengendalian Produksi ........................................................................ 87
BAB VI ANALISIS EKONOMI ...................................................................... 89
6.1
Dasar Perhitungan .............................................................................. 89
6.2
Perhitungan Biaya ............................................................................... 91
6.2.1
Investasi modal (capital investment) ........................................... 91
6.2.2
Biaya produksi (manufacturing cost) .......................................... 92
6.2.3
Pengeluaran umum (general expenses) ....................................... 92
6.3
Analisa Kelayakan ............................................................................. 92
6.3.1
Percent return on investment (ROI) ............................................ 93
6.3.2
Pay out time (POT) ...................................................................... 93
6.3.3
Break even point (BEP) ............................................................... 93
6.3.4
Shut down point (SDP) ............................................................... 94
6.3.5
Discounted cash flow (DCF)........................................................ 94
6.4
Hasil Perhitungan ............................................................................... 95
6.4.1
Total capital investment .............................................................. 95
6.4.2
Total product cost ....................................................................... 96
6.4.3
Analisis kelayakan ....................................................................... 96
ix
BAB VII KESIMPULAN ............................................................................... 100
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 101
LAMPIRAN .................................................................................................... 104
Lampiran 1. Reaktor (R-100) .......................................................................... 104
x
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Data Konsumsi AlF3 di Indonesia dan Luar Negeri ............................. 2
Tabel 2. Data Ekspor AlF3 Tahun 2014-2018..................................................... 4
Tabel 3. Data Pabrik Penghasil Aluminium Fluorida ......................................... 4
Tabel 4. Pemilihan Proses Berdasarkan Aspek Teknik dan Ekonomi ................ 7
Tabel 5. Data Nilai ΔHof298 Setiap Komponen Keadaan Standar ..................... 11
Tabel 6. Neraca Massa Reaktor (R-100) ........................................................... 16
Tabel 7. Neraca Massa Sentrifuge (H-110)....................................................... 16
Tabel 8. Neraca Massa Kristalizer (S-120) ....................................................... 17
Tabel 9. Neraca Massa Sentrifuge (H-130)....................................................... 17
Tabel 10. Neraca Massa Sentrifuge (H-140) .................................................... 18
Tabel 11. Neraca Massa Sentrifuge (H-150) .................................................... 18
Tabel 12. Neraca Massa Sand Filter (H-160) ................................................... 19
Tabel 13. Neraca Massa Rotary Dryer (B-180) ................................................ 19
Tabel 14. Neraca Massa Rotary Dryer (B-170) ................................................ 20
Tabel 15. Neraca Massa Cyvlone (H-187) ....................................................... 20
Tabel 16. Neraca Massa Total Setelah Recycle ................................................ 20
Tabel 17. Neraca Panas Heater (E-101) ............................................................ 22
Tabel 18. Neraca Panas Reaktor (R-100).......................................................... 22
Tabel 19. Neraca Panas Sentrifuge (H-110) ..................................................... 22
Tabel 20. Neraca Panas Kristalizer (S-120) ...................................................... 23
Tabel 21. Neraca Panas Sentrifuge (H-130) ..................................................... 23
Tabel 22. Neraca Panas Sentrifuge (H-140) ..................................................... 24
Tabel 23. Neraca Panas Sentrifuge (H-150) ..................................................... 24
Tabel 24. Neraca Panas Sand Filter (H-160) .................................................... 25
Tabel 25. Neraca Panas Rotary Dryer (H-180) ................................................. 25
Tabel 26. Neraca Panas Rotary Dryer (H-170) ................................................. 25
Tabel 27. Spesifikasi Belt Conveyor (J-107,108, 111, 112, 131, 132).............. 33
Tabel 28. Spesifikasi Belt Conveyor (J-133, 142, 143, 151, 152, 153)............. 34
Tabel 29. Spesifikasi Belt Conveyor (J-171, 172, 181, 182, 183, 184)............. 35
Tabel 30. Spesifikasi Blower (G-174, 186)....................................................... 36
Tabel 31. Spesifikasi Bucket Elevator (J-106) .................................................. 36
xi
Tabel 32. Spesifikasi Centrifuge (H-110,130, 140, 150) .................................. 37
Tabel 33. Spesifikasi Cyclone (H-188) ............................................................. 37
Tabel 34. Spesifikasi Sand Filter (H-130) ........................................................ 38
Tabel 35. Spesifikasi Heater (E-101, 175) ....................................................... 38
Tabel 36. Spesifikasi Hopper (F-105)............................................................... 39
Tabel 37. Spesifikasi Kristalizer (S-120) .......................................................... 39
Tabel 38. Spesifikasi Pompa (L-104, 102, 111, 113, 122) ............................... 41
Tabel 39. Spesifikasi Pompa (L-104, 141, 151, 161, 162) ............................... 42
Tabel 40. Spesifikasi Reaktor (R-100) .............................................................. 43
Tabel 41. Spesifikasi Rotary Dryer (B-170,180) .............................................. 44
Tabel 42. Spesifikasi Tangki (F-130)................................................................ 45
Tabel 43. Spesifikasi Tangki (F-112, 121)........................................................ 46
Tabel 44. Kebutuhan Listrik Proses .................................................................. 48
Tabel 45. Kebutuhan Listrik Utilitas................................................................. 49
Tabel 46. Kebutuhan Listrik Penerangan .......................................................... 50
Tabel 47. Kebutuhan Air Proses ....................................................................... 53
Tabel 48. Kebutuhan Air Pendingin ................................................................. 54
Tabel 49. Kebutuhan Air Sanitasi ..................................................................... 54
Tabel 50. Spesifikasi Bak (X-210, 250, 280) .................................................... 59
Tabel 51. Spesifikasi Blower (G-293) ............................................................... 59
Tabel 52. Spesifikasi Boiler (Q-380) ................................................................ 60
Tabel 53. Spesifikasi Clarifier (H-230, 370) .................................................... 60
Tabel 54. Spesifikasi Cooling Tower (P-290) ................................................... 60
Tabel 55. Spesifikasi Deaerator (H-320) ......................................................... 61
Tabel 56. Spesifikasi Exchanger (D-300, 310) ................................................. 61
Tabel 57. Spesifikasi Filter Udara (H-420) ...................................................... 62
Tabel 58. Spesifikasi Furnace (Q-187) ............................................................. 62
Tabel 59. Spesifikasi Generator (N-400) ......................................................... 63
Tabel 60. Spesifikasi Kompresor (G-390) ........................................................ 63
Tabel 61. Spesifikasi Screen (H-200) ............................................................... 63
Tabel 62. Spesifikasi Pompa (L-341, 351, 371) ............................................... 64
Tabel 63. Spesifikasi Pompa (L-211, 221, 231, 241, 261) ............................... 65
xii
Tabel 64. Spesifikasi Pompa (L-271, 272, 281, 282, 291) ............................... 66
Tabel 65. Spesifikasi Pompa (L-292, 301, 311, 321, 331) ............................... 67
Tabel 66. Spesifikasi Tangki (F-270, 330)........................................................ 68
Tabel 67. Spesifikasi Tangki (F-220, 240, 260, 360, 410)................................ 69
Tabel 68. Sistem Penjadwalan Karyawan Shift................................................. 80
Tabel 69. Pembagian Shift Karyawan ............................................................... 80
Tabel 70. Pengelolaan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Upah ........................... 82
Tabel 71. Chemical Engineering Plant Cost Index........................................... 90
Tabel 72. Rincian Fixed Capital Investment ..................................................... 95
Tabel 73. Rincian Working Capital .................................................................. 95
Tabel 74. Rincian Manufacturing Cost ............................................................. 96
Tabel 75. Rincian General Expense .................................................................. 96
Tabel 76. Rincian Fixed Cost ............................................................................ 97
Tabel 77. Rincian Variable Cost ...................................................................... 97
Tabel 78. Rincian Regulated Cost .................................................................... 97
Tabel 79. Hasil Analisis Kelayakan ................................................................. 98
Tabel 80. Penjadwalan Kristalizer ................................................................... 95
Tabel 81. Penjadwalan Kristalizer per Shift ...................................................... 97
Tabel 82. Data Neraca Massa Kristalizer .......................................................... 98
Tabel 83. Hasil Perhitungan Densitas Campuran Arus 5................................ 105
Tabel 84. Hasil Perhitungan Densitas Campuran Arus 6................................ 106
Tabel 85. Hasil Perhitungan Densitas Campuran Arus 21.............................. 106
Tabel 86. Hasil Perhitungan Suhu LMTD ...................................................... 115
Tabel 86. Hasil Perhitungan Flange ................................................................ 121
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Kurva Kebutuhan AlF3 dalam Negeri Tahun 2009-2013.................. 3
Gambar 2. Kurva Ekspor Aluminium Fluorida Tahun 1999-2013 ..................... 3
Gambar 3. Process Engineering Flow Diagram ................................................. 8
Gambar 4. Diagram Alir Kuantitatif Pabrik AlF3 ............................................. 15
Gambar 5. Diagram Alir Kualitatif Pabrik AlF3 ............................................... 21
Gambar 6. Tata Letak Pabrik AlF3.................................................................... 28
Gambar 7. Tata Letak Peralatan Pabrik AlF3 .................................................... 31
Gambar 8. Diagram Alir Pengolahan Air Sungai ............................................. 52
Gambar 9. Bagan Struktur Jabatan Perusahaan ............................................... 74
Gambar 10. Grafik Hubungan Tahun dengan Cost Index (CEPCI) ................. 91
Gambar 11. Grafik Analisis Kelayakan ............................................................ 99
Gambar 12. Head Jenis Torispherical Dished Head ...................................... 111
Gambar 13. Ukuran Flange ............................................................................ 121
Gambar 14. Penyangga Kristalizer ................................................................. 127
Gambar 15. Anchor Kristalizer ....................................................................... 133
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Kristalizer (S-120) ...................................................................... 104
xv
ABSTRAKSI
Produk AlF3 dibutuhkan oleh industri peleburan Al untuk menurunkan titik
lebur Al, sehingga besar kebutuhan bahan bakar untuk panas peleburan dapat
dikurangi. Kebutuhan AlF3 semakin meningkat dari tahun ke tahun, khususnya
negara-negara maju yang memiliki banyak industri Al di dalamnya seperti Cina dan
India. Pabrik ini akan didirikan pada tahun 2020 di daerah Gresik dengan bahan
baku H2SiF6 dan Al(OH)3 berkapasitas produksi sebesar 40.000 ton/tahun.
Reaktor yang digunakan adalah reaktor CSTR (Continuous Stirred Tank
Reaktor) yang berlangsung eksotermis pada fase padat-cair dengan kondisi operasi
70oC dan tekanan 1 atm. Proses utama selanjutnya adalah kristalisasi dan
pengeringan. Untuk memproduksi AlF3 dengan kapasitas 5.050,505 kg/jam
dibutuhkan H2SiF6 sebanyak 8.477,641 kg/jam dan Al(OH)3 sebanyak 4.518,540
kg/jam. Sedangkan kebutuhan utilitas air sebanyak 2.653,772 kg/jam, steam
sebanyak 2.666,488 kg/jam, listrik sebanyak 1.212,123 kW, udara tekan sebanyak
115,582 kg/jam, bahan bakar solar sebanyak 69,986 liter/jam dan propana sebanyak
553,510 kg/jam. Pabrik beroperasi selama 330 hari dengan jumlah karyawan 202
orang. Analisis ekonomi menunjukkan besarnya Percent Return on Investment
(ROI) sebelum pajak sebesar 35,5% dan sesudah pajak sebesar 26,6%. Pay Out
Time (POT) sebelum pajak selama 2,20 tahun dan sesudah pajak selama 2,73 tahun.
Break Event Point (BEP) sebesar 49,38%, Shut Down Point (SDP) sebesar 27,97%
dan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 34,91%.
Berdasarkan hasil di atas serta mempertimbangkan beberapa aspek seperti
kondisi operasi alat dengan tekanan atmosferis dan suhu rendah, bahan baku tidak
bersifat volatil dan higroskopis, limbah tidak merusak lingkungan serta letak
pendirian pabrik di daerah non-konflik, maka pabrik AlF3 ini menguntungkan dan
layak untuk didirikan.
xvi
ABSTRACT
AlF3 products needed by industry consolidation Al to lower the melting
point of Al, so a great need for fuel for the heat of fusion can be reduced. AlF3 needs
is increasing from year to year, particularly the developed countries that have a lot
of industries Al in it such as China and India. This factory will be established in
2020 in Gresik with raw materials H2SiF6 and Al(OH)3 with production capacity of
40,000 tons/year.
The reactor used is a reactor CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor)
which took place in the exothermic solid-liquid phase with the operating conditions
of 70°C and a pressure of 1 atm. The next main process is crystallization and drying.
To produce AlF3 with a capacity of 5050.505 kg / h takes H2SiF6 much as 8477.641
kg / hr and Al(OH)3 as much as 4518.540 kg/hour. While the need for water utilities
as much as 2653.772 kg/hour of steam as much as 2666.488 kg/hour, as much as
1212.123 kW of electricity, compressed air as much as 115.582 kg/hour, the diesel
fuel as much as 69.986 liters/hour and propane as much as 553.510 kg/hour. The
factory operated for 330 days with the number of employees 202 people. The
economic analysis shows the Percent Return on Investment (ROI) before tax of
35.5% and 26.6% after tax. Pay Out Time (POT) before taxes for 2.20 years and
2.73 years after tax for. Break Event Point (BEP) amounted to 49.38%, Shut Down
Point (SDP) 27.97% and the Discounted Cash Flow (DCF) of 34.91%.
Based on the above results and to consider several aspects such as operating
conditions instrument with atmospheric pressure and low temperature, the raw
material is not volatile and hygroscopic, waste does not damage the environment
and location of the establishment of factories in the area of non-conflict, the plant
AlF3 is profitable and feasible to set.
Keyword: aluminium fluoride, aluminium hydroxide, fluosilicic acid
xvii