PRARANCANGAN PABRIK ASAM BORAT DARI BORAKS DAN ASAM SULFAT DENGAN PROSES ASIDIFIKASI Prarancangan Pabrik Asam Borat Dari Boraks Dan Asam Sulfat Dengan Proses Asidifikasi Kapasitas Produksi 10.000 Ton/Tahun.

PRARANCANGAN PABRIK ASAM BORAT
DARI BORAKS DAN ASAM SULFAT DENGAN PROSES ASIDIFIKASI
KAPASITAS PRODUKSI 10.000 TON/TAHUN

TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Meraih Gelar Sarjana Teknik
Strata 1 pada Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh :
DJATMIKO PAMBUDI
D500 140 165

Dosen Pembimbing :
1.

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

2.

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

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SURAKARTA
2016

ii

iii

INTISARI

Asam borat (H3BO3) mempunyai peran yang penting di berbagai industri,
seperti industri farmasi, keramik, kaca, elektronik dan lain-lain. Selama ini
kebutuhan domestik asam borat ini dipenuhi dengan impor dari luar negeri.
Pendirian pabrik asam borat di Indonesia dapat didirikan karena didukung
beberapa alasan yaitu kebutuhan asam borat yang semakin meningkat dan dapat
menyerap tenaga kerja lokal. Pabrik asam borat dirancang mempunyai kapasitas
10.000 ton/tahun. Pembuatan asam borat ini menggunakan proses asidifikasi
dengan perbandingan mol boraks : asam sulfat = 1:1.01 dan dengan kondisi
operasi temperatur 100 °C dan tekanan 1 atm. Reaksi bersifat eksotermis,

irreversible dan dijalankan dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB)
Bahan baku yang dibutuhkan pada pabrik asam borat ini yaitu boraks
(Na2B4O7.10H2O) sebesar 1111,88 kg/jam, asam sulfat (H2SO4) sebesar 524,85
kg/jam, dan NaOH cair sebesar 96,75 kg/jam. Unit pendukung proses meliputi
unit pengadaan air (proses, pendingin, konsumsi umum dan sanitasi) yang
bersumber dari sungai brantas dengan kebutuhan sebesar 4591,57 kg/jam,unit
pengadaan steam sebesar 25.186,37 kg/jam, unit pengadaan udara tekan sebesar
60,48 m3/jam, unit pengadaan cadangan listrik sebesar 300 kW dari generator dan
unit pengadaan bahan bakar sebesar 384,76 L/jam. Jumlah karyawan yang
dibutuhkan untuk menjalankan pabrik ini sebanyak 128 orang. Pabrik asam borat
dengan kapasitas 10.000 ton/tahun ini akan didirikan di tanah seluas 24.700 m2 di
daerah Gresik, Jawa Timur
Hasil analisa ekonomi terhadap prarancangan pabrik asam borat diperoleh
bahwa Total Capital Investment (TCI) sebesar Rp. 387.717.108.140,64 dan total
biaya produksi sebesar Rp. 394.717.712.806,25. Dari analisa kelayakan diperoleh
hasil Return On Investment (ROI) sebelum pajak 31% dan setelah pajak 28,20%.
Pay Out Time (POT) sebelum pajak 2,42 tahun dan setelah pajak 2,62 tahun.
Break Even Point (BEP) 46,85%, Shut Down Point (SDP) 25,11%, Discounted
Cash Flow (DCF) 34,1%. Dari hasil analisa di atas, maka dapat disimpulkan
bahwa Prarancangan pabrik asam borat dari boraks dan asam sulfat layak untuk

didirikan.

Kata kunci : Asam borat, asidifikasi, reaktor tangki alir berpengaduk,
natrium sulfat

iv

ABSTRACT

Boric acid (H3BO3) have an important role in various industries, as an adjuvant in
the pharmaceutical industry, glass industry, ceramic coatings industry, electronic
industry and etc. Domestic demand remains to be imported from abroad. Boric
acid factory in Indonesia can be establish because some reasons supported , that
is domestic demand rising and local labor absorbsing. Boric acid plant capacity
designed 10,000 tons/year. Making this boric acid by acidification process with
mol ratio borax : sulphuric acid = 1:1.01 and by 100 °C temperature and 1 atm
pressure operating condition. The reaction is Exothermic and irreversible type and
running in continues stirred tank reactor (RATB).
The Raw materials are 1,111.88 kg/hr borax (Na2B4O7.10H2O), 524.85
kg/hr sulphuric acid (H2SO4), and 96.75 kg/hr NaOH. Process support unit

including water supply unit (process,cooling, boiler ,consumtion, and sanitation)
from brantas river with 4,591.57 kg/hr water flow, steam supply unit as many as
25,186.37 kg/hr, air compressed supply unit as many as 60.48 m3/hr, electricity
reserved unit as many as 300kW from generator and fuel supply unit as many as
384.76 L/hr. The number of employees for running this factory is 128 people.
Boric acid factory with 10,000 capacity ton/year will be establish at 24,700 m2
area in Gresik , East Java
The economic analysis result obtained that Total Capital Investment (TCI)
of Rp. 387,717,108,140.64 and production total cost of Rp. 394,717,712,806.25
From appropriateness analysis result obtained that Return On Investment (ROI)
before tax 31% and after tax 28,20%. Pay Out Time (POT) before tax 2,42 years
and after tax 2,62 years. Break Even Point (BEP) of 46,85%, Shut Down Point
(SDP) of 25,11%, Discounted Cash Flow (DCF) of 34,1%. This result can be
concluded that the boric acid plant feasible to set up.

Keywords : Boric acid, acidification, continues stirred tank reactor,
sodium sulphate

v

KATA PENGANTAR
Segala puji syukur kepada Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridhoNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir
dengan judul “Prarancangan Pabrik Asam Borat dari Boraks dan Asam Sulfat
dengan Proses Asidifikasi Kapasitas 10.000 Ton / Tahun” ini.
Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan
baik berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena
itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa, materi dan semangat
yang senantiasa diberikan.
2. Emi Erawati, S.T., M.Eng., selaku Dosen Pembimbing I dan Hamid
Abdillah , S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing II atas bantuannya dalam
penulisan tugas akhir.
3. Rois Fathoni, S.T., M.Sc, Ph.D., selaku Pembimbing Akademik dan Ketua
Program Studi Teknik Kimia FT UMS.
4. Segenap Civitas Akademika atas semua bantuannya.
5. Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia FT UMS.
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum sempurna. Maka
dari itu, penulis sangat menerima segala kritik dan saran yang membangun.
Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca
sekalian.

Surakarta,

Penulis

vi

Juni 2016

DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL......................................................................................

i

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

ii

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

iii

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

iv

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

vi

DAFTAR ISI .................................................................................................. vii
DAFTAR TABEL ..........................................................................................

x

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 1
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik .................................................

1

1.2. Kapasitas Perancangan ..................................................................

2

1.2.1 Kebutuhan Asam Borat Dalam Negeri ...............................

2

1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku ...................................................

2

1.2.3 Kapasitas Minimal (Skala Komersial) .................................

2

1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik ...............................................................

4

1.4. Tinjauan Pustaka ...........................................................................

5

1.4.1 Macam-Macam Proses ........................................................

5

1.4.2 Alasan Pemilihan Proses .....................................................

7

1.4.3 Kegunaan Produk ................................................................

8

1.4.4 Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk ..................

9

1.4.5 Tinjauan Proses Secara Umum ........................................... 13
BAB II DESKRIPSI PROSES ..................................................................... 14
2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ............................................ 14
2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku ...................................................... 14
2.1.1 Spesifikasi Produk............................................................... 14
2.2. Konsep Proses ............................................................................... 15
2.2.1 Dasar Reaksi........................................................................ 15
2.2.2 Kondisi Operasi ................................................................... 15
2.2.3 Tinjauan Kinetika Reaksi .................................................... 15
2.2.4 Tinjauan Termodinamika .................................................... 16
2.3. Diagram Alir Proses dan Langkah Proses ..................................... 18
vii

2.3.1 Diagram Alir Kualitatif ....................................................... 18
2.3.2 Diagram Alir Kuantitatif ..................................................... 18
2.3.3 Diagram Alir Proses ............................................................ 18
2.3.4 Langkah Proses ................................................................... 22
2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas .................................................... 24
2.4.1 Neraca Massa ....................................................................... 24

2.4.2 Neraca Panas ........................................................................ 32
2.5. Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses ............................................. 39
2.5.1 Lay Out Pabrik ..................................................................... 39
2.5.2 Lay Out Peralatan Proses ..................................................... 42
BAB III SPESIFIKASI ALAT ..................................................................... 45
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM .......... 65
4.1. Unit Pendukung Proses .................................................................. 65
4.1.1 Unit Pengadaan Air dan Pengolahan Air ............................. 66
4.1.1.1 Unit Pengadaan Air ................................................. 66
4.1.1.2 Unit Pengolahan Air................................................ 67
4.1.1.3 Kebutuhan Air ......................................................... 69
4.1.2 Unit Pengadaan Udara Tekan............................................... 71
4.1.3 Unit Pengadaan Listrik ......................................................... 71
4.1.3.1 Listrik Untuk Keperluan Proses dan Utilitas .......... 72
4.1.3.2 Listrik Untuk Penerangan ....................................... 73
4.1.3.3 Listrik Untuk Keperluan Lain ................................. 74
4.1.4 Unit Pengadaan Bahan Bakar............................................... 75
4.2. Laboratorium .................................................................................. 75
4.2.1 Laboratorium Fisik ............................................................... 77
4.2.2 Laboratorium Analitik.......................................................... 77
4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan....................... 77
4.3. Unit Pengolahan Limbah................................................................ 78
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN..................................................... 80
5.1. Bentuk Perusahaan ......................................................................... 80
5.2. Struktur Organisasi ........................................................................ 81
5.3. Tugas dan Wewenang .................................................................... 84
viii

5.3.1 Pemegang Saham ................................................................. 84
5.3.2 Dewan Komisaris ................................................................. 84
5.3.3 Direktur Utama .................................................................... 84
5.3.4 Staff Ahli .............................................................................. 85
5.3.5 Kepala Bagian ...................................................................... 85
5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan ................................................... 88
5.4.1 Karyawan non shift .............................................................. 88
5.4.2 Karyawan shift ..................................................................... 89
5.5. Status Karyawan dan Sistem Upah ................................................ 90
5.6. Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji ..................... 90
5.6.1 Penggolongan Jabatan .......................................................... 90
5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji .................................................. 91
5.7. Kesejahteraan Sosial Karyawan ..................................................... 92
5.8. Manajemen Perusahaan .................................................................. 93
5.8.1 Perencanaan Produksi .......................................................... 93
5.8.2 Pengendalian Produksi ......................................................... 94
BAB VI ANALISA EKONOMI .................................................................. 96
6.1. Dasar Perhitungan ........................................................................ 96
6.2. Penaksiran Harga Peralatan ........................................................... 97
6.3. Penentuan Total Capital Investment (TCI) .................................... 98
6.3.1 Fixed Capital Investment (FCI) ........................................... 99
6.3.2 Working Capital Investment (WCI) ..................................... 100
6.4. Penentuan Manufacturing Cost (MC) ............................................ 100
6.4.1 Direct Manufacturing Cost (DMC) ...................................... 100
6.4.2 Indirect Manufacturing Cost (IMC) ..................................... 101
6.4.3 Fixed Manufacturing Cost (FMC) ....................................... 101
6.5. General Expense (GE).................................................................... 101
6.6. Keuntungan Produksi ..................................................................... 102
6.7. Analisis Kelayakan ........................................................................ 102
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 106
LAMPIRAN

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1

Kebutuhan Asam Borat di Indonesia Berdasarkan Data Impor

2

Tabel 1.2

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

3

Tabel 1.3

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

8

Tabel 1.4

Kelarutan Asam Borat dalam Air (Kirk and Orthmer,2004) .... 12

Tabel 2.1

Harga ∆Hof 298 Masing-masing Komponen (NBS, 1982) ......... 17

Tabel 2.2

Harga ∆Gof 298 Masing-masing Komponen (NBS, 1982) ......... 17

Tabel 2.3

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

Tabel 2.4

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

Tabel 2.5

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

Tabel 2.6

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

Tabel 2.7

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

Tabel 2.8

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

Tabel 2.9

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

Tabel 2.10

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

Tabel 2.11

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

Tabel 2.12

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

Tabel 2.13

Neraca Massa pada Crystallizer (C-01) ................................... 29

Tabel 2.14

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

Tabel 2.15

Neraca Massa pada Centrifuge 2 (H-520) ................................ 30

Tabel 2.16

Neraca Massa pada Rotary Drier (B-610)................................ 30

Tabel 2.17

Neraca Massa Total .................................................................. 31

Tabel 2.18

Neraca Panas pada Mixer (M-120) ........................................... 32

Tabel 2.19

Neraca Panas pada Reaktor 1 (R-210)...................................... 32

Tabel 2.20

Neraca Panas pada Reaktor 2 (R-220)...................................... 33

Tabel 2.21

Neraca Panas pada Reaktor 3 (R-230)...................................... 33

Tabel 2.22

Neraca Panas pada Reaktor 4 (R-240)...................................... 34

Tabel 2.23

Neraca Panas pada Reaktor 5 (R-250)...................................... 34

Tabel 2.24

Neraca Panas pada Reaktor 6 (R-260)...................................... 35

x

Tabel 2.25

Neraca Panas pada Netraliser (D-310) ..................................... 35

Tabel 2.26

Neraca Panas pada Evaporator (V-410)................................... 36

Tabel 2.27

Neraca Panas pada Heat Exchanger (E-420) ........................... 36

Tabel 2.28

Neraca Panas pada Crystallizer (V-430) .................................. 37

Tabel 2.29

Neraca Panas pada Centrifuge 1 (H-510) ................................. 37

Tabel 2.30

Neraca Panas pada Centrifuge 2 (H-520) ................................. 38

Tabel 2.31

Neraca Panas pada Rotary Drier (B-610) ................................ 38

Tabel 2.32

Neraca Panas Total ................................................................... 39

Tabel 2.33

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

Tabel 4.1

Kebutuhan Air Pendingin ......................................................... 69

Tabel 4.2

Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi ........................ 70

Tabel 4.3

Kebutuhan Listrik Proses dan Utilitas ...................................... 72

Tabel 4.4

Total Kebutuhan Listrik ........................................................... 74

Tabel 5.1

Jadwal Pembagian Kelompok Shift .......................................... 89

Tabel 5.2

Jumlah Karyawan Menurut Jabatannya.................................... 91

Tabel 5.3

Perincian Golongan dan Gaji Karyawan .................................. 92

Tabel 6.1

Indeks Harga Alat ..................................................................... 97

Tabel 6.2

Modal Tetap (Fixed Capital Investment) ................................. 99

Tabel 6.3

Modal Kerja (Working Capital Investment) ............................. 100

Tabel 6.4

Direct Manufacturing Cost ....................................................... 100

Tabel 6.5

Indirect Manufacturing Cost .................................................... 101

Tabel 6.6

Fixed Manufacturing Cost ........................................................ 101

Tabel 6.7

General Expense ....................................................................... 101

Tabel 6.8

Analisis Kelayakan ................................................................... 104

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1

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

Gambar 2.1

Diagram Alir Kualitatif ............................................................ 19

Gambar 2.2

Diagram Alir Kuantitatif .......................................................... 20

Gambar 2.3

Diagram Alir Proses ................................................................. 21

Gambar 2.4

Bagan Neraca Massa dan Neraca Panas ................................... 24

Gambar 2.5

Lay Out Pabrik .......................................................................... 41

Gambar 2.6

Lay Out Peralatan Proses .......................................................... 44

Gambar 5.1

Struktur Organisasi Pabrik Asam Borat (Widjaja, 2003) ......... 83

Gambar 6.1

Chemical Engineering Cost Index............................................ 97

Gambar 6.2

Kurva Analisis Kelayakan Ekonomi ........................................ 105

xii

3