Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Pupuk Amonium Sulfat Dari Gypsum Sintetik Hasil Pengolahan Unit Flue Gas Desulfurization PLTU Dengan Kapasitas 30.000 Ton/Tahun

PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN
PUPUK AMONIUM SULFAT DARI GYPSUM SINTETIK
HASIL PENGOLAHAN UNIT FLUE GAS DESULFURIZATION
PLTU DENGAN KAPASITAS 30.000 TON/TAHUN

TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Ujian Sarjana Teknik Kimia

OLEH :
KRISMA YESSI SIANTURI
NIM : 070405004

DEP AR TEM EN TEKNIK KIM IA
F A K U L T A S

T E K N I K

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N

2012

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Saya beryukur kepada Tuhan Yesus Kristus
atas kasih-Nya yang luar biasa
Tugas akhir ini saya dedikasikan untuk
Orang tua tercinta

Judul :
Pra Rancangan Pabrik
Pembuatan Pembuatan Pupuk Amonium Sulfat Dari Gypsum Sintetik
Hasil Pengolahan Unit Flue Gas Desulfurization PLTU
Dengan Kapasitas 30.000 Ton/ Tahun

Judul dalam bahasa Inggris :
The Preliminary Design For
Ammonium Sulphate Fertilizer Production Plant From Synthetic Gypsum

Byproduct Of Flue Gas Desulfurization PLTU
At The Capacity Of 30.000 Tonnes/ Year

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat dan
karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini, yang berjudul:
“Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Pupuk Amonium Sulfat Dari Gypsum Sintetik
Hasil Pengolahan Unit Flue Gas Desulfurization PLTU dengan Kapasitas 40.000
Ton/Tahun”.
Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi salah satu syarat mengikuti ujian
sarjana pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera
Utara.
Penulis banyak menerima bimbingan, saran dan bantuan dari berbagai pihak
dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Untuk itu dengan segala ketulusan hati penulis
mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ibu Dr. Ir. Iriany, MSi dan Ibu Ir. Renita Manurung, MT selaku Dosen
Pembimbing I dan II dalam Tugas Akhir ini.

2. Ibu Ir. Renita Manurung, MT, Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik
Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara
3. Bapak Dr. Eng. Irvan, M.Si Selaku ketua Departemen Teknik Kimia dan Ibu Dr.
Ir. Fatimah, MT. Selaku sekretaris Departemen Teknik Kimia Universitas
Sumatera Utara
4. Melva Tiurmada Nainggolan atas kerjasamanya dalam penulisan tugas akhir ini.
5. Para pegawai administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan
bantuan selama Penulis mengenyam pendidikan di Teknik Kimia.
6. Sahabat terbaik di teknik kimia, abang kakak senior, khususnya stambuk 2007
yang memberikan banyak dukungan, saran dan semangat kepada penulis
Semoga tugas akhir ini dapat memberi manfaat kepada seluruh pembaca, khususnya
mahasiswa/i Teknik Kimia
Medan,

April 2012

Penulis

Krisma Yessi Sianturi

Universitas Sumatera Utara

INTISARI
Indonesia merupakan negara agraris sehingga tidak terlepas akan kebutuhan
terhadap pupuk. Pupuk amonium sulfat, ZA (Zwuafel Amonium), dimanfaatkan
sebagai pupuk nitrogen, terutama untuk tanaman industri dan perkebunan. Data
impor amonium sulfat dari Badan Pusat Statistik Indonesia menunjukkan
peningkatan 268.451.459 kg pada tahun 2010. Salah satu alternatif untuk kebutuhan
amonium sulfat tersebut adalah memproduksi amonium sulfat dengan menggunakan
gypsum hasil unit Flue Gas Desulfurization (FGD) pembangkit listrik tenaga uap
(PLTU).
Amonium sulfat diproduksi 30.000 ton/tahun dengan 330 hari kerja dalam 1
tahun. Lokasi pabrik direncanakan di daerah Segoromadu, Gresik, Jawa Timur
dengan luas areal berkisar 12.900 m2, tenaga kerja yang dibutuhkan berjumlah 221
orang dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) yang dipimpin oleh
seorang direktur dengan struktur organisasi sistem garis. Hasil analisa ekonomi
pabrik pembuatan pembuatan pupuk amonium sulfat dari gypsum sintetik hasil
pengolahan unit flue gas desulfurization pltu adalah sebagai berikut :
•
Total Modal Investasi

: Rp. 310.744.244.168,•
Total Biaya Produksi
: Rp. 287.061.598.399,•
Hasil Penjualan
: Rp. 365.073.954.694,•
Laba Bersih
: Rp. 55.888.052.050,•
Profit Margin (PM)
: 21,26 %
•
Break Even Point (BEP)
: 61,42 %
•
Return on Investment (ROI) : 17,99 %
•
Pay Out Time (POT)
: 5,56 tahun
•
Return on Network (RON) : 29,98 %
•

Internal Rate of Return (IRR) : 31,04 %
Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik pembuatan pupuk
amonium sulfat dengan kapasitas produksi 30.000 ton/tahun layak untuk didirikan.

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ................................................................................................. i
INTISARI .................................................................................................................... ii
DAFTAR ISI .............................................................................................................. iii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. x
DAFTAR TABEL ...................................................................................................... xi
BAB I

BAB II

PENDAHULUAN ...............................................................................I-1
1.1

Latar Belakang ...........................................................................I-1

1.2

Perumusan Masalah...................................................................I-3

1.3

Tujuan Pra-Rancangan .............................................................I-3

1.4

Manfaat Pra-Rancangan ............................................................I-4

TINJAUAN PUSTAKA .................................................................. II-1
2.1 Amonium Sulfat ...................................................................... II-1
2.2 Sifat-Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk ............ II-2
2.2.1 Bahan Baku ................................................................. II-2
2.2.1.1 Gypsum FGD/ Gypsum Sintetik
(CaSO4.2H2O) ................................................... II-2
2.2.1.2 Amonia (NH3) (Othmer, 1998) ........................ II-4

2.2.1.3 Karbon Dioksida (CO2 ) (Othmer, 1998) ......... II-5
2.2.1.4 Air (H2O) (Othmer, 1998) ................................ II-6
2.2.1.5 Asam Sulfat (H2 SO4) (Othmer, 1998 dan
Perry & Green, 1999) ........................................ II-7
2.2.2 Produk ........................................................................... II-7
2.2.2.1 Amonium Sulfat (NH3)2 SO4 ............................. II-7
2.2.2.2 Kalsium Karbonat (CaCO3) (Othmer, 1998 dan
Perry & Green, 1999) ........................................ II-8
2.3 Proses Pembuatan Amonium Sulfat ....................................... II-9
2.3.1 Proses Netralisasi Langsung........................................ II-9
2.3.2 Proses Karbonasi Batubara.......................................... II-9
2.3.3 Hasil Samping Industri Caprolactam ........................ II-11
2.3.4 Reaksi antara Amonium Karbonat dengan Gypsum II-11
2.4 Pemilihan Proses ................................................................... II-12

Universitas Sumatera Utara

2.5 Deskripsi Proses .................................................................... II-12
BAB III

NERACA MASSA ........................................................................... III-1
3.1

Absorber (AB-101) ................................................................ III-1

3.2

Mixer (M-101) ........................................................................ III-1

3.3

Reaktor (R-201) ...................................................................... III-1

3.4

Filter (FL-201) ........................................................................ III-2

3.5

Reaktor Netralisasi (R-202) ................................................... III-2

3.6

Absorber (AB-202) ................................................................ III-3

3.7

Evaporator (EV-201) .............................................................. III-3

3.8

Crystallizer (CR-301) ............................................................. III-3

3.9

Centrifuge (CF-301) ............................................................... III-4

3.10 Rotary Dryer (RD-301) .......................................................... III-4
BAB IV

NERACA PANAS ...........................................................................IV-1
4.1

Vaporizer Amonia (E-101) ....................................................IV-1

4.2

Vaporizer Karbon Dioksida (E-102) .....................................IV-1

4.3

Absorber (AB-101) ................................................................IV-1

4.4

Heater (E-103) ........................................................................IV-2

4.5

Mixer (M-101) ........................................................................IV-2

4.6

Absorber (AB-102) ................................................................IV-2

4.7

Cooler (E-202) ........................................................................IV-2

4.8

Reaktor (R-201) ......................................................................IV-3

4.9

Filter (FL-201) ........................................................................IV-3

4.10 Heater H2 SO4 (E-201) ............................................................IV-3
4.11 Reaktor Netralisasi (R-202) ...................................................IV-3
4.12 Cooler (E-203) ........................................................................IV-4
4.13 Evaporator (EV-201) ..............................................................IV-4
4.14 Crystallizer (CR-301) .............................................................IV-4
4.15 Centrifuge (CF-301) ...............................................................IV-4
4.16 Rotary Dryer (RD-301) ..........................................................IV-5
BAB V

SPESIFIKASI PERALATAN .......................................................... V-1
5.1

Tangki Penyimpanan Amonia Anhidrat Cair (TK-101) ....... V-1

5.2

Tangki Penyimpanan Karbon Dioksida Cair (TK-102) ........ V-1

5.3

Gudang Gypsum (G-101) ....................................................... V-2

Universitas Sumatera Utara

5.4

Vaporizer NH3 (E-101) ........................................................... V-2

5.5

Vaporizer CO2 (E-102) ........................................................... V-3

5.6

Separator Drum (D-101) ........................................................ V-3

5.7

Ekspander (C-101) .................................................................. V-4

5.8

Separator Drum (D-102) ........................................................ V-4

5.9

Ekspander (C-102) .................................................................. V-4

5.10 Absorber (AB-101) ................................................................. V-4
5.11 Blower (JB-101) ...................................................................... V-5
5.12 Pompa Amonium karbonat (P-103) ....................................... V-5
5.13 Heater amonium karbonat (E-103) ......................................... V-5
5.14 Screw Conveyor (SC-101) ...................................................... V-6
5.15 Bucket Elevator (BE-101) ...................................................... V-6
5.16 Feed Hopper (FB-101) ............................................................ V-6
5.17 Mixer (M-101) ......................................................................... V-7
5.18 Pompa FGD Gypsum (P-101) ................................................ V-7
5.19 Pompa Amonium karbonat (P-102) ....................................... V-7
5.20 Absorber (AB-102) ................................................................. V-8
5.21 Reaktor (R-201) ....................................................................... V-8
5.22 Blower (JB-201) ...................................................................... V-8
5.23 Cooler CO2 NH3 (E-202) ........................................................ V-9
5.24 Rotary Vacuum Filter (FL-201) ............................................. V-9
5.25 Pompa Amonium sulfat (P-203)............................................. V-9
5.26 Tangki Penyimpanan H2SO4 98 % (TK-201) ........................ V-9
5.27 Pompa Asam sulfat (P-201) .................................................. V-10
5.28 Heater asam sulfat (E-201) ................................................... V-10
5.29 Reaktor (R-202) ..................................................................... V-10
5.30 Blower (JB-202) .................................................................... V-11
5.31 Cooler CO2 (E-203) .............................................................. V-11
5.32 Pompa Amonium sulfat (P-204)........................................... V-11
5.33 Evaporator (EV-201) ............................................................. V-11
5.34 Pompa Amonium sulfat (P-205)........................................... V-12
5.35 Barometric Condensor (E-204) ............................................ V-12
5.36 Crystallizer (CR-301)............................................................ V-12

Universitas Sumatera Utara

5.37 Pompa amonium sulfat (P-301) ............................................ V-13
5.38 Centrifuge (CF-301) .............................................................. V-13
5.39 Pompa mother liquor............................................................. V-13
5.40 Barometric Condensor (E-301) ............................................ V-14
5.41 Screw Conveyor (SC-301) .................................................... V-14
5.42 Rotary Drier (RD-303) .......................................................... V-14
5.43 Bucket Elevator (BE-301) .................................................... V-15
5.44 Feed Hopper (FB-301) ......................................................... V-15
5.45 Belt Conveyor (BC-302) ...................................................... V-15
5.46 Gudang Amonium Sulfat (G-301)........................................ V-15
5.47 Tangki Penampung Kondensat ............................................. V-16
5.48 Gudang Penyimpanan CaCO3 .............................................. V-16
BAB VI

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA .................VI-1
6.1

Instrumentasi...........................................................................VI-1
6.1.1 Tujuan Pengendalian ..................................................VI-2
6.1.2 Jenis-Jenis Pengendalian dan Alat Pengendalian .....VI-3

6.2
BAB VII

Keselamatan Kerja Pabrik .....................................................VI-9

UTILITAS....................................................................................... VII-1
7.1

Kebutuhan Uap (Steam) ....................................................... VII-1

7.2

Kebutuhan Air ...................................................................... VII-2
7.2.1 Screening ................................................................... VII-6
7.2.2 Sedimentasi ............................................................... VII-6
7.2.3 Klarifikasi .................................................................. VII-7
7.2.4 Filtrasi ........................................................................ VII-8
7.2.5 Demineralisasi ........................................................... VII-9
7.2.6 Deaerator ................................................................. VII-13

7.3

Kebutuhan Listrik ............................................................... VII-14

7.4

Kebutuhan Bahan Bakar .................................................... VII-16

7.5

Unit Pengolahan Limbah ................................................... VII-17
7.5.1 Bak Penampungan .................................................. VII-18
7.5.2 Pompa Bak Penampungan ...................................... VII-19
7.5.3 Bak Pengendapan Awal .......................................... VII-21
7.5.4 Bak Netralisasi ........................................................ VII-21

Universitas Sumatera Utara

7.5.5 Tangki Sedimentasi................................................. VII-22
7.6

Kebutuhan Refrigerant....................................................... VII-22
7.6.1 Refrigerant untuk Tangki NH3 ............................... VII-22
7.6.2 Refrigerant untuk Tangki CO2 ............................... VII-24

7.7

Spesifikasi Peralatan Pengolahan Limbah ........................ VII-26
7.7.1 Bak Penampungan (BP) ......................................... VII-26
7.7.2 Bak Pengendapan Awal (BPA) .............................. VII-26
7.7.3 Bak Netralisasi (BN)............................................... VII-26
7.7.4 Tangki Sedimentasi................................................. VII-27
7.7.5 Pompa Bak Penampungan ...................................... VII-27

7.8

Spesifikasi Peralatan Utilitas ............................................. VII-28
7.8.1 Screening (SC) ........................................................ VII-28
7.8.2 Pompa Screening (PU-01) ...................................... VII-28
7.8.3 Bak Sedimentasi (BS) ............................................. VII-29
7.8.4 Tangki Pelarutan Alum [Al2(SO4)3] (TP-01) ........ VII-29
7.8.5 Tangki Pelarutan Soda Abu [Na2 CO3] (TP-02) .... VII-30
7.8.6 Clarifier (CL) .......................................................... VII-30
7.8.7 Sand Filter (SF) ....................................................... VII-31
7.8.8 Tangki Utulitas I (TU-I) ......................................... VII-31
7.8.9 Tangki Pelarutan Asam Sulfat (H2SO 4) (TP-03) .. VII-31
7.8.10 Tangki Pelarutan NaOH (TP-04) ........................... VII-32
7.8.11 Tangki Pelarutan Kaporit [Ca(ClO)2] (TP-05)...... VII-32
7.8.12 Tangki Utilitas II (TU-II) ...................................... VII-33
7.8.13 Menara Pendingin Air / Water Cooling Tower
(CT) ......................................................................... VII-33
7.8.14 Deaerator (DE) ........................................................ VII-33
7.8.15 Ketel Uap (KU) ....................................................... VII-34
7.8.16 Tangki Bahan Bakar (TB) ...................................... VII-34

BAB VIII

BAB IX

LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK .................................... VIII-1
8.1

Lokasi Pabrik ....................................................................... VIII-1

8.2

Tata Letak Pabrik ................................................................ VIII-3

8.3

Perincian Luas Tanah .......................................................... VIII-4

ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN ................IX-1

Universitas Sumatera Utara

9.1

Manajemen Perusahaan..........................................................IX-1

9.2

Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab .................IX-5
9.2.1 Rapat Umum Pemegang Saham (RUPS) ..................IX-5
9.2.2 Dewan Komisaris ........................................................IX-5
9.2.3 Direktur........................................................................IX-5
9.2.4 Staf Ahli.......................................................................IX-6
9.2.5 Sekretaris .....................................................................IX-6
9.2.6 Manajer Produksi ........................................................IX-6
9.2.7 Manajer Teknik ...........................................................IX-6
9.2.8 Manajer Umum dan Keuangan ..................................IX-7
9.2.9 Manajer Pembelian dan Pemasaran ...........................IX-7
9.2.10 Kepala Bagian Proses .................................................IX-7
9.2.11 Kepala Bagian Laboratorium R & D .........................IX-7
9.2.12 Kepala Bagian Utilitas ...............................................IX- 7
9.2.13 Kepala Bagian Mesin Listrik .....................................IX-7
9.2.14 Kepala Bagian Instrumen ...........................................IX-8
9.2.15 Kepala Bagian Pemeliharaan Pabrik .........................IX-8
9.2.16 Kepala Bagian Keuangan ...........................................IX-8
9.2.17 Kepala Bagian Administrasi......................................IX- 8
9.2.18 Kepala Bagian Personalia ...........................................IX-8
9.2.19 Kepala Bagian Humas ................................................IX-8
9.2.20 Kepala Bagian Keamanan ..........................................IX-9
9.2.21 Kepala Bagian Pembelian ..........................................IX-9
9.2.22 Kepala Bagian Penjualan............................................IX-9
9.2.23 Kepala Bgaian Gudang/ Logistik ...............................IX-9
9.2.24 Kepala Bagian Safety/ Keselamatan Kerja ...............IX-9

BAB X

9.3

Sistem Kerja............................................................................IX-9

9.4

Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan ....................... IX-11

9.5

Sistem Penggajian ............................................................... IX-12

9.6

Tata Tertib............................................................................ IX-14

9.7

JAMSOSTEK dan Fasilitas Tenaga Kerja..........................IX-14

ANALISA EKONOMI ..................................................................... X-1
10.1 Modal Investasi ....................................................................... X-1

Universitas Sumatera Utara

10.1.1 Modal Investasi Tetap (MIT) / Fixed Capital
Investment (FCI)......................................................... X-1
10.1.2 Modal Kerja / Working Capital (WC) ...................... X-3
10.1.3 Biaya Produksi Total (BPT) / Total Cost (TC) ........ X-4
10.2 Total Penjualan (Total Sales) ................................................. X-5
10.3 Bonus Perusahaan.................................................................... X-5
10.4 Perkiraan Rugi/Laba Usaha .................................................... X-5
10.5 Analisa Aspek Ekonomi ......................................................... X-6
10.5.1 Profit Margin (PM).................................................... X-6
10.5.2 Break Even Point (BEP) ............................................ X-6
10.5.3 Return on Investment (ROI) ...................................... X-7
10.5.4 Pay Out Time (POT) .................................................. X-7
10.5.5 Return on Network (RON) ........................................ X-8
10.5.6 Internal Rate of Return (IRR) ................................... X-8
BAB XI

KESIMPULAN ................................................................................XI-1

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA ................................ LA-1

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS .................................LB-1

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN ...............LC-1

LAMPIRAN D

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN
UTILITAS ........................................................................... LD-1

LAMPIRAN E

PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI................................ LE-1

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Gambar 6.1

Diagram Balok Sistem Pengendalian Feedback..........................VI-4

Gambar 6.2

Sebuah Loop Pengendalian...........................................................VI-4

Gambar 6.3

Suatu Proses Terkendali ................................................................VI-5

Gambar 8.1

Lokasi Pabrik Pupuk Amonium Sulfat ..................................... VIII-1

Gambar 8.2

Tata Letak Pabrik Pupuk Amonium Sulfat .............................. VIII-6

Gambar 9.1

Struktur Organisasi Pabrik Pembuatan Pupuk Amonium
Sulfat dari Gypsum Sintetik Hasil Pengolahan Unit Flue Gas
Desulfurization PLTU ...................................................................IX-4

Gambar D.1

Sketsa Sebagian Bar Screen, Satuan mm (dilihat dari atas) ..... LD-2

Gambar D.2

Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Cooling
Tower (TC) ................................................................................ LD-30

Gambar D.3

Kurva Hy terhadap 1/(Hy* - Hy) .............................................. LD-31

Gambar E.1

Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan
Tangki Pelarutan (Peters et.al., 2004) ......................................... LE-5

Gambar E.2

Grafik Break Event Point (BEP) ............................................... LE-27

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Tabel 1.1

Data PLTU di Indonesia .....................................................................I-2

Tabel 1.2

Data Impor Amonium Sulfat ..............................................................I-3

Tabel 2.1

Perbedaan Gypsum Sintetik dan Gypsum Alami ............................ II-3

Tabel 3.1

Neraca Massa pada Absorber (AB-101) ......................................... III-1

Tabel 3.2

Neraca Massa Pada Mixer (M-101) ................................................ III-1

Tabel 3.3

Neraca Massa Pada Reaktor (R-201) .............................................. III-1

Tabel 3.4

Neraca Massa Pada Filter (FL-201) ................................................ III-2

Tabel 3.5

Neraca Massa Pada Reaktor Netralisasi (R-202) ........................... III-2

Tabel 3.6

Neraca Massa Pada Absorber (AB-102) ......................................... III-3

Tabel 3.7

Neraca Massa Pada Evaporator (EV-201)...................................... III-3

Tabel 3.8

Neraca Massa Pada Crystallizer (CR-301) ..................................... III-3

Tabel 3.9

Neraca Massa Pada Centrifuge (CF-301) ....................................... III-4

Tabel 3.10

Neraca Massa Pada Rotary dryer (RD-301) ................................... III-4

Tabel 4.1

Neraca Energi Pada Vaporizer Amonia (E-101) ............................IV-1

Tabel 4.2

Neraca Energi Pada Veporizer KArbon Dioksida (E-102) ............IV-1

Tabel 4.3

Neraca Energi Pada Absorber (AB-101) ........................................IV-1

Tabel 4.4

Neraca Energi Pada Heater (E-103) ................................................IV-2

Tabel 4.5

Neraca Energi Pada Mixer (M-101) ................................................IV-2

Tabel 4.6

Neraca Energi Pada Absorber (AB-102) ........................................IV-2

Tabel 4.7

Neraca Energi Pada Cooler (E-202) ................................................IV-2

Tabel 4.8

Neraca Energi Pada Reaktor (R-201) .............................................IV-3

Tabel 4.9

Neraca Energi Pada Filter (FL-201) ................................................IV-3

Tabel 4.10

Neraca Energi Pada Heater H2 SO4 (E-201) ....................................IV-3

Tabel 4.11

Neraca Energi Pada Netralisasi (R-202) .........................................IV-3

Tabel 4.12

Neraca Energi Pada Cooler (E-203) ................................................IV-4

Tabel 4.13

Neraca Energi Pada Evaporator (EV-301)......................................IV-4

Tabel 4.14

Neraca Energi Pada Crystallizer (CR-301) .....................................IV-4

Tabel 4.15

Neraca Energi Pada Centrifuge (CF-301) .......................................IV-4

Tabel 4.16

Neraca Energi Pada Rotary Dryer (RD-301) ..................................IV-5

Tabel 6.1

Daftar Penggunaan Instrumentasi pada Pra RancanganPabrik

Universitas Sumatera Utara

Pembuatan Pupuk Amonium Sulfat dari Gypsum Sintetik Hasil
Pengolahan Unit Flue Gas Desulfurization PLTU .........................VI-8
Tabel 7.1

Kebutuhan Uap sebagai Media Pemanas ...................................... VII-1

Tabel 7.2

Kebutuhan Air Pendingin Pada Alat ............................................ VII-2

Tabel 7.3

Kebutuhan Air Proses Pada Alat ................................................... VII-4

Tabel 7.4

Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan.................................. VII-5

Tabel 7.5

Kualitas Air Sungai Lamongan Kecamatan Kebomas, Gresik,
Jawa Timur...................................................................................... VII-5

Tabel 7.6

Kebutuhan Daya pada Unit Proses .............................................. VII-14

Tabel 7.7

Kebutuhan Listrik untuk Peralatan Utilitas................................. VII-14

Tabel 7.8

Spesifikasi Pompa Pengolahan Limbah ...................................... VII-27

Tabel 7.9

Spesifikasi Pompa Utilitas ........................................................... VII-28

Tabel 8.1

Klasifikasi Penggunaan Areal Tanah ........................................... VIII-4

Tabel 9.1

Susunan Jadwal Shift Karyawan ................................................... IX-11

Tabel 9.2

Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya ......................................... IX-11

Tabel 9.3

Perincian Gaji Karyawan per Bulan ............................................. IX-13

Tabel A.1

Neraca Massa Pada Absorber ........................................................ LA-4

Tabel A.2

Neraca Massa Mixer....................................................................... LA-5

Tabel A.3

Neraca Massa Pada Reaktor .......................................................... LA-7

Tabel A.4

Neraca Massa Filter ........................................................................ LA-8

Tabel A.5

Neraca Massa Tangki Netralisasi ................................................ LA-10

Tabel A.6

Neraca Massa Scrubber ................................................................ LA-11

Tabel A.7

Neraca Massa Evaporator ............................................................ LA-12

Tabel A.8

Neraca Massa Crystallizer ........................................................... LA-14

Tabel A.9

Neraca Massa Centrifuge ............................................................. LA-15

Tabel A.10 Neraca Massa Rotary Dryer ......................................................... LA-15
Tabel B.1

Nilai Konstanta a, b, c dan d untuk perhitungan Cp Gas ..............LB-1

Tabel B.2

Nilai Konstanta a, b, c dan d untuk perhitungan Cp Cairan .........LB-2

Tabel B.3

Kapasitas Panas Cairan H2 SO4 ....................................................... LB-2

Tabel B.4

Kapasitas Panas Cairan CaCO 3 ...................................................... LB-2

Tabel B.5

Kontribusi Unsur dan Gugus untuk Estimasi Cp .......................... LB-3

Tabel B.6

Kapasitas Panas Padatan pada T = 298 K ...................................... LB-3

Tabel B.7

Panas Reaksi Pembentukan Senyawa ............................................ LB-3

Universitas Sumatera Utara

Tabel C.1

Data pada Tangki Penyimpanan Amonia Anhidrat Cair ..............LC-1

Tabel C.2

Data pada Tangki Penyimpanan Karbon Dioksida Cair ...............LC-3

Tabel C.3

Data Suhu ......................................................................................... LC-7

Tabel C.4

Data Suhu .......................................................................................LC-13

Tabel C.5

Komposisi Gas Keluar ..................................................................LC-31

Tabel C.6

Data Suhu .......................................................................................LC-35

Tabel C.7

Data Pada Mixer Tank ..................................................................LC-41

Tabel C.8

Data pada Reaktor (R-201) ...........................................................LC-55

Tabel C.9

Data Cerobong Reaktor 201 .........................................................LC-59

Tabel C.10 Komposisi gas ................................................................................LC-60
Tabel C.11 Data Suhu .......................................................................................LC-61
Tabel C.12 Data pada filtrat .............................................................................LC-65
Tabel C.13 Data pada Cake ..............................................................................LC-66
Tabel C.14 Data pada Tangki Penyimpanan H2 SO4 98 % .............................LC-70
Tabel C.15 Data Suhu .......................................................................................LC-75
Tabel C.16 Data pada Reaktor (R-202) ...........................................................LC-79
Tabel C.17 Data Suhu .......................................................................................LC-84
Tabel C.18 Data Suhu .......................................................................................LC-91
Tabel C.19 Data pada Crystallizer ................................................................ LC-101
Tabel C.20 Data Aliran Mother Liquid......................................................... LC-106
Tabel C.21 Data Aliran produk ..................................................................... LC-106
Tabel D.1

Spesifikasi PompaPengolahan Air ................................................ LD-4

Tabel D.2

Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara
Pendingin ...................................................................................... LD-30

Tabel E.1

Perincian Harga Bangunan Dan Sarana Lainnya .......................... LE-2

Tabel E.2

Harga Indeks Marshall dan Swift ................................................... LE-3

Tabel E.3

Estimasi Harga Peralatan Proses .................................................... LE-7

Tabel E.4

Estimasi Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah ......... LE-8

Tabel E.5

Biaya Sarana Transportasi ............................................................ LE-11

Tabel E.6

Perincian Gaji Pegawai ................................................................. LE-14

Tabel E.7

Perincian Biaya Kas ...................................................................... LE-16

Tabel E.8

Perincian Modal Kerja .................................................................. LE-17

Tabel E.9

Aturan Depresiasi Sesuai UU Republik Indonesia No.17

Universitas Sumatera Utara

Tahun 2000 .................................................................................... LE-18
Tabel E.10 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UURI No. 17 Tahun
2000 ................................................................................................ LE-19
Tabel E.11 Perhitungan Internal Rate of Return (IRR).................................. LE-27

Universitas Sumatera Utara

INTISARI
Indonesia merupakan negara agraris sehingga tidak terlepas akan kebutuhan
terhadap pupuk. Pupuk amonium sulfat, ZA (Zwuafel Amonium), dimanfaatkan
sebagai pupuk nitrogen, terutama untuk tanaman industri dan perkebunan. Data
impor amonium sulfat dari Badan Pusat Statistik Indonesia menunjukkan
peningkatan 268.451.459 kg pada tahun 2010. Salah satu alternatif untuk kebutuhan
amonium sulfat tersebut adalah memproduksi amonium sulfat dengan menggunakan
gypsum hasil unit Flue Gas Desulfurization (FGD) pembangkit listrik tenaga uap
(PLTU).
Amonium sulfat diproduksi 30.000 ton/tahun dengan 330 hari kerja dalam 1
tahun. Lokasi pabrik direncanakan di daerah Segoromadu, Gresik, Jawa Timur
dengan luas areal berkisar 12.900 m2, tenaga kerja yang dibutuhkan berjumlah 221
orang dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) yang dipimpin oleh
seorang direktur dengan struktur organisasi sistem garis. Hasil analisa ekonomi
pabrik pembuatan pembuatan pupuk amonium sulfat dari gypsum sintetik hasil
pengolahan unit flue gas desulfurization pltu adalah sebagai berikut :
•
Total Modal Investasi
: Rp. 310.744.244.168,•
Total Biaya Produksi
: Rp. 287.061.598.399,•
Hasil Penjualan
: Rp. 365.073.954.694,•
Laba Bersih
: Rp. 55.888.052.050,•
Profit Margin (PM)
: 21,26 %
•
Break Even Point (BEP)
: 61,42 %
•
Return on Investment (ROI) : 17,99 %
•
Pay Out Time (POT)
: 5,56 tahun
•
Return on Network (RON) : 29,98 %
•
Internal Rate of Return (IRR) : 31,04 %
Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik pembuatan pupuk
amonium sulfat dengan kapasitas produksi 30.000 ton/tahun layak untuk didirikan.

Universitas Sumatera Utara

BAB I
PENDAHULUAN
1.1

Latar Belakang

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) batubara saat ini merupakan unit
pembangkit energi terbesar di Indonesia. Hal ini dikarenakan jumlah batubara di
Indonesia cukup besar yaitu berkisar 65,4 milyar ton dengan cadangan 12 milyar ton
(ESDM, 2007). Selain itu harganya relatif lebih murah dibandingkan dengan
penggunaan sumber energi lainnya. Saat ini PLTU menyumbangkan 35,03%
(52.352,96 GWh) dari kebutuhan energi di Indonesia (BPS, 2008).
Dampak pengoperasian PLTU bagi lingkungan adalah emisi debu dan gas
hasil sisa pembakaran batubara terhadap kualitas udara sekitar. Salah satu polutan
dari cerobong PLTU adalah senyawa gas SO2, yang dihasilkan akibat kandungan
senyawa sulfur (S) dalam batubara. Adapun banyaknya senyawa gas SO2 yang
dihasilkan dari pembakaran batubara bergantung pada jenis batubara yang dibakar.
Untuk mengurangi emisi gas SO2, PLTU batubara memasang unit Flue Gas
Desulfurization (FGD) dan menghasilkan banyak gypsum sintetik (CaSO4.2H2O)
dengan proses wet limestone scrubbing atau dry limestone scrubbing. Selain dapat
mengurangi sumber polutan, gypsum sebagai hasil samping unit Flue Gas
Desulfurization (FGD) ternyata juga memiliki nilai ekonomi karena dapat
dimanfaatkan untuk pembuatan pupuk amonium sulfat.
Adapun PLTU di Indonesia yang sudah menggunakan teknologi FGD adalah
PLTU Tanjung Jati B dan PLTU Paiton II. Unit burner PLTU Tanjung Jati
menghasilkan sulfur dioksida (SO2) sebesar 516,24 Kg/hr (Vargo, 2006) sedangkan
untuk PLTU Paiton II kandungan sulfur sebesar 0,69%, laju alir flue gas 2.149.000
m3/hr dan maksimum consentrasi SO2 yang masuk FGD 1.981 mg/m3 (AEE, 2010).
Penggunaan teknologi FGD ini pastinya akan terus berkembang di masa yang
akan datang, karena kualitas batubara yang dibakar di PLTU atau bahkan di pabrikpabrik lainnya akan semakin menurun mutunya. Hal ini disebabkan pemanfaatan
batubara saat ini difokuskan pada pemanfaatan batubara berkualitas baik. Pada Tabel
1.1 berikut dipaparkan data PLTU yang beroperasi di Indonesia :

Universitas Sumatera Utara

Tabel 1.1 Data PLTU di Indonesia
Kapasitas (MWe)

Daerah

Suralaya Coal Power Plant Indonesia

3400

Banten

Indramayu Coal Power Plant

990

Jawa Barat

Tanjung Jati-B Coal Power Plant

1320

Jawa Tengah

Paiton PLN Coal Power Plant Indonesia

800

Jawa Tengah

Cilacap Coal Power Plant Indonesia

600

Jawa Tengah

Paiton I Coal Power Plant Indonesia

1340

Jawa Timur

Paiton II Coal Power Plant Indonesia

1320

Jawa Timur

Ombilin Coal Power Plant Indonesia

200

Sumatera Barat

Nama

Menurut hasil pemasangan teknologi FGD di Illinois Power Co., Orleans,
Amerika Serikat, dengan kapasitas 500 MWe dengan kandungan sulfur 3,5% pada
batubara, efisiensi desulfurisasi sebesar 95%, dapat menghasilkan 47 ton gypsum per
jam (Chou, 1995).
Amonium sulfat biasa disebut pupuk ZA (Zwuafel Amonium) banyak
dimanfaatkan sebagai pupuk nitrogen, terutama untuk tanaman industri dan
perkebunan. Pupuk amonium sulfat mengandung unsur nitrogen dan sulfur dimana
unsur sulfur ini tidak dimiliki pupuk nitrogen lainnya, misal urea (CO(NH2)2),
amonium nitrat (NH4NO3) dan lain-lain. Amonium sulfat biasanya dapat digunakan
secara langsung sebagai pupuk atau bahkan sebagai campuran dalam pembuatan
pupuk nitrogen lainnya seperti pupuk NPK. Selain itu, Amonium sulfat digunakan
juga sebagai bahan baku dalam pakan ternak, penyekat, zat additive dalam
fermentasi, fotografi, nylon dyes, amonium alum,

farmasi, hidrogen peroksida,

pembuatan tinta printer, dan lem perekat tulang (EPA, 1979).
Indonesia masih mengimpor amonium sulfat dari luar negeri untuk memenuhi
kebutuhan dalam negeri. Data impor menunjukkan jumlah penggunaan amonium
sulfat di Indonesia cukup tinggi. Pada Tabel 1.2 ditampilkan data impor amonium
sulfat sebagai berikut :

Universitas Sumatera Utara

Tabel 1.2 Data impor amonium sulfat

Tahun

Jumlah (Kg)

Nilai (US $)

1999
226.101.306
17.560.589
2000
136.628.452
11.255.319
2001
183.343.684
14.755.100
2002
247.623.371
22.299.485
2003
227.067.311
20.803.958
2004
106.824.435
14.542.211
2005
172.146.209
23.116.906
2006
279.413.492
33.032.584
2007
242.223.466
32.722.685
2008
438.633.304
155.064.082
2009
338.394.570
46.680.565
2010
268.451.459
40.540.262
Sumber: Badan Pusat Statistik Indonesia

Menurut prediksi Kementerian Perindustrian, kebutuhan pupuk amonium
sulfat tahun 2011 adalah sebanyak 1,6 juta ton, Sementara proyeksi produksi
nasional pada tahun yang sama untuk pupuk amonium sulfat 0,65 juta ton. Angka
prediksi tersebut menunjukkan masih besarnya kesenjangan antara demand dan
supply pupuk amonium sulfat di Indonesia sehingga perlu didirikan pabrik baru
untuk memproduksinya.

1.2

Perumusan Masalah
Rumusan masalah dari pra rancangan pabrik pupuk amonium sulfat adalah

pengkajian pra rancangan pabrik pupuk amonium sulfat dengan memanfaatkan
gypsum hasil FGD PLTU batubara di Indonesia.

1.3

Tujuan Pra-Rancangan
Adapun tujuan dari pra rancangan pabrik pupuk amonium sulfat adalah agar

dapat menerapkan ilmu teknik kimia yang telah didapatkan selama kuliah seperti
neraca massa, neraca energi, utilitas, proses perancangan pabrik kimia. Dengan
dibuatnya pra rancangan pabrik amonium sulfat, maka mahasiswa dapat memahami
kegunaan dari ilmu yang selama ini dipelajari dan didapatkan di kuliah.

Universitas Sumatera Utara

1.4

Manfaat Pra-Rancangan
Adapun manfaat dari pra-rancangan pabrik pupuk amonium sulfat adalah

untuk memberikan informasi awal tentang kelayakan pendirian pabrik pupuk
amonium sulfat dari gypsum hasil samping unit Flue Gas Desulfurization PLTU
batubara berupa perkiraan total biaya yang diperlukan maupun tata letak pabrik yang
akan didirikan.

Universitas Sumatera Utara

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Amonium Sulfat
Amonium sulfat biasa disebut pupuk ZA (Zwuafel Amonium) banyak

dimanfaatkan sebagai pupuk nitrogen, terutama untuk tanaman industri dan
perkebunan diantaranya tebu, tembakau, cengkeh, kopi, lada, kelapa sawit, dan teh.
Sebagai pupuk, amonium sulfat merupakan jenis pupuk anorganik tunggal yang
terdiri dari unsur sulfur (24% berat) dalam bentuk ion sulfat dan unsur nitrogen (21%
berat) dalam bentuk ion amonium (Speight, 2002).
Negara Indonesia merupakan negara agraris yang selalu membutuhkan
amonium sulfat sebagai pupuk nitrogen. Keuntungan penggunaan amonium sulfat
(pupuk ZA) dibandingkan pupuk nitrogen lainnya yaitu (Setyamidjaja, 1986):
1. Mengandung unsur nitrogen dan sulfur sedangkan unsur sulfur ini tidak dimiliki
pupuk nitrogen lainnya, misal urea (CO(NH2 )2), amonium nitrat (NH4NO 3 ) dan
senyawa chili (NaNO3). Kedua unsur ini merupakan jenis unsur hara yang
dibutuhkan tanaman dalam jumlah besar atau disebut makronutrient.
2. NH4+ dapat diserap secara langsung oleh tanaman sehingga tidak membutuhkan
mikroorganisme tanah untuk mengurai senyawa NH4 + menjadi unsur nitrogen,
seperti pada pupuk urea (CO(NH2 )2).
Selain sebagai pupuk, senyawa amonium sulfat juga digunakan dalam bidang
industri antara lain:
1. Dalam industri penyamakan digunakan untuk proses deliming ataupun
menghilangkan zat kapur dari kulit (ISTT, 2010).
2. Dalam industri makanan digunakan dalam bumbu, penyedap rasa, isolasi protein,
makanan ringan, selai, jeli, dan minuman non-alkohol (IFICF, 2009).
3. Dalam industri tekstil digunakan sebagai aditif pada proses pewarnaan (Martin
Resources, 2008).
4. Dalam bidang mikrobiologi digunakan sebagai nutrisi pada kultur bakteri dan
mikroorganisme penghasil enzim (Martin Resources, 2008).

Universitas Sumatera Utara

2.2

Sifat-Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk

2.2.1

Bahan baku

2.2.1.1 Gypsum FGD/ Gypsum Sintetik (CaSO4 .2H2O)
Gypsum sintetik diproduksi dari unit Flue Gas Desulfurization (FGD) pada
pembakaran batu bara (PLTU). Gypsum sintetik memiliki kemurnian yang lebih
tinggi diatas (96 %) dari gypsum alami (80 %) (Euro Gypsum, 2007).
Batubara yang dibakar di boiler akan menghasilkan tenaga listrik serta
menghasilkan emisi seperti partikel SO2 , NOx, dan CO2. Emisi tersebut dapat
dikurangi dengan menggunakan teknologi seperti denitrifikasi, desulfurisasi,
electrostratic precipitator (penyaring debu), dan separator CO2.
Teknologi FGD digunakan untuk mengurangi emisi SO2 yang dapat
mencemari air hujan menjadi hujan asam. Ada dua tipe FGD yaitu FGD basah (Wet
Limestone Scrubbing) dan FGD kering (Dry Limestone Scrubbing). Pada FGD basah,
campuran air dan gamping (batu kapur) disemprotkan dalam gas buang. Cara ini
dapat mengurangi emisi SO2 sampai 70-95 %. Kalsium karbonat (CaCO 3) dalam
batu kapur diubah terlebih dahulu menjadi kalsium sulfit (CaSO3). SO2 yang diserap
kemudian direaksikan dengan CaSO3 membentuk senyawa baru yaitu kalsium sulfat
(CaSO4) atau gypsum. FGD kering menggunakan campuran air dan batu kapur atau
gamping yang diinjeksikan ke dalam ruang bakar. Cara ini dapat mengurangi emisi
SO2 sampai 70-97 %. FGD kering menghasilkan produk sampingan gypsum yang
bercampur dengan limbah lainnya (Sugiono, 2000).
Gypsum alami merupakan mineral yang umumnya ditemukan di lapisan
sedimen yang mengendap dan bersatu dengan halite, anhydrite, sulfur, calcite dan
dolomite. Gypsum merupakan mineral yang tidak larut dalam air dalam waktu yang
lama, sehingga gypsum alami jarang ditemukan dalam bentuk butiran atau pasir.
Gypsum yang paling umum ditemukan adalah jenis hidrat kalsium sulfat dengan
rumus kimia CaSO4.2H2O. Gypsum terbentuk dalam kondisi berbagai kemurnian dan
ketebalan yang bervariasi. Gypsum merupakan garam yang pertama kali mengendap
akibat proses evaporasi air laut diikuti oleh anhidrit dan halit, ketika salinitas makin
bertambah (Suhada, 2011).
Gypsum sintetik dan gypsum alami memiliki rumus kimia yang sama yaitu
CaSO4.2H2O. Tetapi keduanya memiliki perbedaan komposisi penyusun. Berikut ini
merupakan tabel perbedaan antara gypsum sintetik dan gypsum alami:

Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.1 Perbedaan Gypsum Sintetik dan Gypsum Alami
Komponen

unit

Gypsum Alami

Gypsum Sintetik

Air

%

0,38

5,5

CaSO4.2H2O

%

87

99,6

Insoluble Residue

%

13

0,4

Kalsium

%

24,5

24,3

Sulfur

%

16,1

18,5

Nitrogen

ppm

-

970

Posfor

ppm

30