Prarancangan Pabrik Kalsium Sulfat Dihidrat dari Batu Kapur Dan Asam Sulfat Dengan Kapasitas 250.000 Ton/Tahun anita

commit to user

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK KALSIUM SULFAT DIHIDRAT

DARI BATU KAPUR DAN ASAM SULFAT

DENGAN KAPASITAS 250.000 TON/TAHUN

OLEH:

ANITA SAKTIKA DEWI I0507023

INDRIANA TRISNAWATI I0507044

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

commit to user

iii

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur kepada Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridho-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan

judul “Prarancangan Pabrik Kalsium Sulfat Dihidrat dari Batu Kapur dan Asam

Sulfat Kapasitas 250.000 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 tanpa kenal lelah.

2. Ir. Samun Triyoko, selaku Dosen Pembimbing I dan Dr.Eng. Agus

Purwanto, selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir.

3. Dr. Sunu Herwi Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia FT UNS.

4. Ir. Paryant, M.S. dan Ir. Samun Triyoko, selaku Pembimbing Akademik.

5. Segenap Civitas Akademika atas semua bantuannya.

6. Teman-teman mahasiswa teknik kimia FT UNS khususnya angkatan 2007.

Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum sempurna. Oleh karena itu, penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.

Surakarta, Februari 2012

commit to user

iv

DAFTAR ISI

Halaman Judul ... i

Lembar Pengesahan ... ii

Kata Pengantar ... iii

Daftar Isi ... iv

Daftar Tabel ... ix

Daftar Gambar ... xi

Intisari ... xii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik ... 1

1.2 Penentuan Kapasitas Perancangan ... 3

1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik ... 5

1.4 Tinjauan Pustaka ... 8

1.4.1 Macam-macam Proses ... 8

1.4.2 Kegunaan Produk... 12

1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia .. ... 12

1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum ... 14

BAB II DESKRIPSI PROSES ... 16

2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ... 16

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku ... 16

2.1.2 Spesifikasi Produk ... 17

commit to user

v

2.2.1 Dasar Reaksi ... 18

2.2.2 Kondisi Operasi ... 19

2.2.3 Mekanisme Reasksi ... 19

2.2.4 Tinjauan Termodinamika ... 20

2.2.5 Tinjauan Kinetika ... 25

2.3 Diagram Alir Proses dan Langkah Proses ... 27

2.3.1 Diagram Alir Kuantitatif... 27

2.3.2 Diagram Alir Kualitatif... 27

2.3.3 Diagram Alir Proses ... 27

2.3.4 Langkah Proses ... 31

2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas ... 34

2.4.1 Neraca Massa ... 34

2.4.2 Neraca Panas ... 39

2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan . ... 41

2.5.1 Lay Out Pabrik ... 41

2.5.2 Lay Out Peralatan ... 46

BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ... 49

3.1 Alat Utama ... 49

3.1.1 Reaktor………. 49

3.1.2 Mixer ………. 50

3.1.3 Filter……….. 52

3.1.4 Dryer………. 53

commit to user

vi

3.2.1 Tangki Penyimpanan Bahan Baku... 54

3.2.2 Heater ... 55

3.2.3 Belt Conveyor ... 56

3.2.4 Fan ... 57

3.2.5 Hopper ... 57

3.2.6 Screener ... 58

3.2.7 Silo Penyimpanan Gipsum ... 59

3.2.8 Screw Conveyor ... 60

3.2.9 Bucket Elevator ... 61

3.2.10 Pompa ... 62

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM... 64

4.1 Unit Pendukung Proses ... 64

4.1.1 Unit Pengadaan Air ... 65

4.1.1.1 Air Proses ... 69

4.1.1.2 Air Pendingin ... 70

4.1.1.3 Air Umpan Boiler ... 71

4.1.1.4 Air Konsumsi umum dan Sanitasi ... 75

4.1.2 Unit Pengadaan Steam ... 77

4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan ... 79

4.1.4 Unit Pengadaan Listrik ... 80

4.1.4.1Listrik untuk Proses dan Utilitas ... 81

4.1.4.2Listrik untuk Penerangan ... 83

commit to user

vii

4.1.4.4Listrik Laboratorium dan Instrumentasi ... 85

4.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar ... 87

4.2 Laboratorium ... 88

4.2.1 Laboratorium Fisik ... 90

4.2.2 Laboratorium Analitik ... 90

4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan ... 91

4.2.4 Analisa Air ... 92

4.3 Unit Pengolahan Limbah ... 93

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ... 95

5.1 Bentuk Perusahaan ... 95

5.2 Struktur Organisasi ... 96

5.3 Tugas dan Wewenang ... 99

5.3.1 Pemegang Saham ... 99

5.3.2 Dewan Komisaris ... 100

5.3.3 Dewan Direksi ... 100

5.3.4 Staf Ahli ... 102

5.3.5 Penelitian dan Pengembangan ... 102

5.3.6 Kepala Bagian ... 102

5.3.7 Kepala Seksi ... 106

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 107

5.4.1 Karyawan Non Shift ... 107

5.4.2 Karyawan Shift ... 108

commit to user

viii

5.4.1 Karyawan Tetap ... 110

5.4.2 Karyawan Harian ... 110

5.4.3 Karyawan Borongan... 110

5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ... 111

5.6.1 Penggolongan Jabatan ... 111

5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji ... 111

5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ... 115

BAB VI ANALISIS EKONOMI ... 117

6.1 Fixed Capital Investment (FCI) ... 125

6.2 Working Capital Investment (WCI) ... 126

6.3 Total Capital Investment (TCI) ... 126

6.4 Manufacturing Cost (DMC) ... 127

6.5 General Expense ... 128

6.6 Analisis Kelayakan ... 128

6.7 Kesimpulan ... 136

Daftar Pustaka ... xiii Lampiran

commit to user

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Data Impor Gipsum Indonesia ………... 3

Tabel 1.2 Pemilihan Proses..…………... 11

Tabel 2.1 Komposisi Batuan kapur ... 16

Tabel 2.2 Harga Berat Molekul dan ∆Hof Komponen .…... 21

Tabel 2.3 Data Energi Bebas Gibbs ………. 23

Tabel 2.4 Neraca Massa Total ... 35

Tabel 2.5 Neraca Massa Mixer ... 36

Tabel 2.6 Neraca Massa Reaktor ... 37

Tabel 2.7 Neraca Massa Filter ... 38

Tabel 2.8 Neraca Massa Dryer ... 39

Tabel 2.9 Neraca Panas Mixer ... 40

Tabel 2.10 Neraca Panas Reaktor ... 40

Tabel 2.11 Neraca Panas Filter ... 41

Tabel 2.12 Neraca Panas Dryer ... 41

Tabel 2.13 Perincian Luas Tanah pabrik ... 44

Tabel 3.1 Spesifikasi Tangki Penyimpanan Bahan Baku ... 54

Tabel 3.2 Spesifikasi Hopper ... 57

Tabel 3.3 Spesifikasi Screw Conveyor ... 60

Tabel 3.4 Spesifikasi Bucket Elevator ... 61

Tabel 3.5 Spesifikasi Pompa ... 62

commit to user

x

Tabel 4.2 Kebutuhan Air Pendingin ...... 71

Tabel 4.3 Kebutuhan Air untuk Steam ...... 75

Tabel 4.4 Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi ...... 76

Tabel 4.5 Total Kebutuhan Air ...... 77

Tabel 4.6 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas ...... 81

Tabel 4.7 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan …..……….... 84

Tabel 4.8 Total Kebutuhan Listrik Pabrik …..……….... 86

Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift ……….…..…………. 108

Tabel 5.2 Jumlah Karyawan Menurut Jabatannya ………...……….. 112

Tabel 5.3 Perincian Golongan dan Gaji Karyawan ………... 114

Tabel 6.1 Data Cost Index Chemical Plant…………...……. 120

Tabel 6.2 Fixed Capital Invesment ………... 125

Tabel 6.3 Working Capital Investment………..… 126

Tabel 6.4 Manufacturing Cost………..………...… 127

Tabel 6.5 General Expense ………...… 128

Tabel 6.6 Fixed Cost (Fa)………..………...… 131

Tabel 6.7 Variable Cost (Va)…………..…………...………...… 131

Tabel 6.8 Regulated Cost (Ra)………...………...… 132

Tabel 6.9 Analisis Kelayakan ... 136

commit to user

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Grafik Impor Gipsumdi Indonesia …... 4

Gambar 2.1 Diagram Alir Kuantitatif ………. 29

Gambar 2.2 Diagram Alir Kualitatif ... 30

Gambar 2.3 Diagram Alir Proses ………... . 31

Gambar 2.4 Layout Pabrik Gypsum... 46

Gambar 2.5 Tata Letak Peralatan Proses …………... 48

Gambar 4.1 Diagram Alir Pengolahan Air Sungai ………..…..… 66

Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Gipsum ………...… 99

Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index ... 121

commit to user

xii

INTISARI

Anita Saktika Dewi, Indriana Trisnawati, 2012, “Prarancangan Pabrik Gipsum (Kalsium Sulfat Dihidrat) Dari Batu Kapur dan Asam Sulfat, Kapasitas 250.000 Ton/Tahun”, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.

Pabrik gipsum dirancang untuk memenuhi kebutuhan gipsum di dalam

maupun di luar negeri. Kapasitas yang direncanakan sebesar 250.000 ton/tahun. Pabrik ini beroperasi secara kontinyu selama 330 hari dalam setahun. Pabrik ini

direncanakan berdiri di Tuban, Jawa Timur diatas tanah seluas 21.000 m2.

Gipsumatau Kalsium Sulfat Dihidrat dengan rumus molekul CaSO4.2H2O.

Gipsum berfungsi sebagai cement retarder, wallboard, kapur tulis, plester,

campuran cat, bahan pengisi dan lain-lain.

Proses pembuatan Gipsum dilakukan dalam Reaktor Alir Tangki

Berpengaduk (RATB) . Pada reaktor ini reaksi berlangsung pada fase cair-cair,

irreversible, eksotermis, isothermal non adiabatic pada suhu 93,33oC dan

tekanan 1 atm, sehingga untuk menjaga suhu reaksi digunakan air pendingin

dengan suhu 30oC. Pabrik ini digolongkan pabrik beresiko rendah karena kondisi

operasi relatif rendah.

Untuk memproduksi gipsum sebesar 250.000 ton/tahun (31.565,66 kg/jam)

diperlukan bahan baku asam sulfat sebesar 17.415,83 kg/jam dan batu kapur sebesar 19.336,87 kg/jam. Utilitas pendukung proses meliputi penyediaan air proses sebesar 9198,74 kg/jam, air pendingin sebesar 166.377,2823 kg/jam, air

konsumsi dan sanitasi sebesar 617,71 kg/jam, penyediaan saturatedsteam sebesar

11.005,8355 kg/jam, penyediaan udara tekan sebesar 100 m3/jam, penyediaan

listrik sebesar 846,20 kW diperoleh dari PLN dan 1 buah generator set sebesar

1000 kW dan bahan bakar sebanyak 142,35 liter/jam.

Pabrik Gipsum ini direncanakan beoperasi pada tahun 2016 dengan

menggunakan modal tetap sebesar Rp. 120.715.248.096,77 dan modal kerja sebesar Rp. 133.070.283.707,11. Dari analisis ekonomi terhadap pabrik ini menunjukkan keuntungan sebelum pajak Rp. 65.071.829.484,21/tahun setelah dipotong pajak 25% keuntungan mencapai Rp. 48.803.872.113,16/tahun.

Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak 53,91 % dan setelah

pajak 40,43 %. Pay Out Time (POT) sebelum pajak selama 1,56tahun dan

setelah pajak 1,98 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 41,80 %, dan Shut

Down Point (SDP) sebesar 27,76 %. Discounted Cash Flow (DCF) terhitung

sebesar 26,47 %. Dari data analisa kelayakan di atas disimpulkan, bahwa pabrik ini menguntungkan dan layak dipertimbangkan untuk pendirian di Indonesia.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab I Pendahuluan

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik

Perkembangan pembangunan di Indonesia pada era globalisasi ini semakin meningkat. Hal ini dapat dibuktikan dengan semakin banyaknya proyek pembangunan fisik di seluruh nusantara baik di desa maupun kota. Dengan semakin meningkatnya pembangunan fisik di Indonesia, maka kebutuhan semen

dan bahan bangunan lain seperti wallboard juga mengalami peningkatan.

Peningkatan kebutuhan akan semen dan wallboard berdampak meningkatnya

kebutuhan kalsium sulfat dihidrat (gipsum), baik pada industri semen maupun

industri pembuatan wallboard karena gipsum merupakan salah satu bahan baku

dalam pembuatan semen dan bahan utama dalam pembuatan wallboard.

Kebutuhan gipsum di Indonesia dicukupi dengan produksi dalam negeri dan impor dari luar negeri. Produksi gipsum dalam negeri masih belum mencukupi untuk memenuhi kebutuhan gipsum di Indonesia. Oleh karena itu masih diperlukan impor dari luar negeri.

Krisis ekonomi yang menimpa Indonesia sejak tahun 1997, menyebabkan mahalnya harga gipsum dari luar negeri. Kurs rupiah yang melemah terhadap dolar Amerika membawa dampak yang besar bagi industri dengan bahan baku yang diimpor dari luar negeri. Untuk mengatasi masalah tersebut maka perlu didirikan industri gipsum di Indonesia. Dengan pendirian industri gipsum di Indonesia, diharapkan mampu mencukupi kebutuhan gipsum di Indonesia.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab I Pendahuluan

2

Kalsium sulfat dihidrat (gipsum) dengan rumus molekul CaSO4.2H2O

adalah bahan yang paling banyak digunakan sebagai bahan baku ataupun bahan pembantu dalam berbagai jenis industri.

Oleh karena itu, pabrik gipsum perlu didirikan di Indonesia dengan

pertimbangan sebagai berikut :

1. Dapat menghemat devisa negara, dengan adanya pabrik gipsum di

dalam negeri maka dapat memenuhi kebutuhan gipsum di dalam negeri sehingga impor dapat dikurangi dan jika berlebih bisa untuk diekspor.

2. Proses alih teknologi, dengan adanya industri dengan teknologi tinggi

diharapkan tenaga kerja Indonesia dapat meningkatkan pengetahuan, kemampuan dan ketrampilannya sehingga dapat mengurangi ketergantungan pada tenaga kerja asing.

3. Membuka lapangan kerja di sekitar wilayah industri yang didirikan.

4. Sebagai pemasok bahan baku bagi industri dalam negeri yang

memakai gipsum sebagai bahan baku maupun bahan pembantu

sehingga dapat memacu perkembangan industri yang menggunakan

gipsum.

Berdasarkan pada pertimbangan di atas maka pabrik gipsum dengan bahan baku batuan kapur dan asam sulfat diharapkan mempunyai prospek yang baik.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab I Pendahuluan

3

1.2. Penentuan Kapasitas Perancangan Pabrik

Pabrik kalsium sulfat dihidrat dari batuan kapur dan asam sulfat ini akan dibangun dengan kapasitas 250.000 ton/tahun pada tahun 2016. Penentuan kapasitas ini dapat ditinjau dari beberapa petimbangan, antara lain :

1.2.1. Prediksi kebutuhan pasar

Berdasarkan data statistik, kebutuhan gipsum di Indonesia mengalami peningkatan. Produksi gipsum di Indonesia yang masih belum mencukupi kebutuhan dalam negeri mengakibatkan gipsum harus diimpor dari luar negeri.

Kebutuhan akan gipsum di Indonesia pada tahun 2005 sampai tahun 2008

dapat dilihat pada Tabel 1.1. dan peningkatan impor gipsumdi Indonesia dapat di

lihat pada Gambar 1.1.

Tabel 1.1. Data Impor Gipsum Indonesia

Tahun Konsumsi (ton)

2005 962187,256

2006 1008425,797

2007 1188048

2008 1326157,121

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab I Pendahuluan

4

Gambar 1.1 Grafik Impor Gipsum di Indonesia

Perkiraan konsumsi gipsum di Indonesia pada tahun yang akan datang

dapat dihitung dengan menggunakan persamaan y = 127153,15x – 254011587,4

dimana x sebagai tahun dan y sebagai jumlah konsumsi gipsum.

Dengan persamaan di atas diperkirakan untuk tahun 2016 kebutuhan gipsum di Indonesia sebesar 2.329.163 ton/tahun.

1.2.2. Ketersediaan Bahan Baku

Bahan baku disini adalah asam sulfat dan batuan kapur. Bahan baku asam sulfat diperoleh dari PT. Petrokimia Gresik yang berlokasi di Gresik. Kapasitas produksi asam sulfat dari PT. Petrokimia Gresik sampai dengan 560.000 ton/tahun. Sedangkan untuk batuan kapur diperoleh dari pertambangan di daerah Tuban, Jawa Timur.

y = 127.153,15x - 254.011.587,40 R² = 0,96

0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 1400000

2004 2005 2006 2007 2008 2009

K e b u tu h an (t o n /tah u n ) Tahun

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab I Pendahuluan

5

1.2.3. Kapasitas Komersial

Dalam menentukan besar kecilnya kapasitas pabrik gipsum yang akan didirikan, kita harus mengetahui dengan jelas kapasitas pabrik yang sudah beroperasi dalam pembuatan gipsum baik di dalam maupun luar negeri. Saat ini di Indonesia sudah beroperasi pabrik pembuat gipsum yaitu PT Petrokimia Gresik

dengan kapasitas produksi sebesar 80.000 ton/tahun untuk gipsum sebagai cement

retarder, 80.000 ton/tahun untuk purified gipsum. Total kapasitas produksi

gipsum PT Petrokimia Gresik sebesar 160.000 ton/tahun.

(www.petrokimiagresik.com ). Dengan mempertimbangkan besarnya konsumsi gipsum di Indonesia dan jumlah bahan baku yang tersedia serta data dari pabrik gipsum yang telah berdiri di Indonesia, maka pabrik gipsum dari batuan kapur dan asam sulfat ini akan dibangun dengan kapasitas perancangan 250.000 ton/tahun pada tahun 2016 dengan harapan mampu mengurangi ketergantungan impor gipsum dari luar negeri walaupun tidak sepenuhnya mencukupi.

1.3. Penentuan Lokasi Pabrik

Pemilihan lokasi suatu perusahaan sangat penting dalam perancangan pabrik karena hal ini berhubungan langsung dari nilai ekonomis pabrik yang akan dibangun. Pabrik gipsum ini direncanakan akan dibangun di Tuban, Jawa Timur. Ada beberapa faktor yang harus diperhatikan untuk menentukan lokasi pabrik yang dirancang secara teknis dan ekonomis menguntungkan. Adapun faktor- faktor yang harus dipertimbangkan :

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab I Pendahuluan

6

1. Faktor Primer

a.Penyediaan bahan baku

Kriteria penilaian dititikberatkan pada kemudahan memperoleh bahan baku. Dalam hal ini, bahan baku asam sulfat diperoleh dari PT. Petrokimia

Gresik. Bahan baku batu kapur (CaCO3)diperoleh dari pertambangan yang

tersedia di wilayah Tuban, Jawa Timur.

b.Pemasaran produk

Faktor yang perlu diperhatikan adalah letak wilayah pabrik yang membutuhkan gipsum dan jumlah kebutuhannya. Daerah Tuban merupakan daerah yang strategis untuk pendirian suatu pabrik karena dekat dengan PT Semen Gresik sebagai salah satu produsen semen di Indonesia. c.Sarana transportasi

Sarana dan prasarana transportasi sangat diperlukan untuk proses penyediaan bahan baku dan pemasaran produk. Dengan adanya fasilitas jalan raya dan pelabuhan laut yang memadai, maka pemilihan lokasi di Tuban sangat tepat.

d.Tenaga kerja

Tersedianya tenaga kerja yang terampil mutlak diperlukan untuk menjalankan mesin-mesin produksi. Dan tenaga kerja dapat direkrut dari daerah Jawa timur, Jawa Tengah dan sekitarnya.

e.Penyediaan utilitas

Perlu diperhatikan sarana- sarana pendukung seperti tersedianya air, listrik, dan sarana lainnya sehingga proses produksi dapat berjalan dengan baik.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab I Pendahuluan

7

Sebagai suatu kawasan industri yang telah direncanakan dengan baik dan tempat industri berskala besar (PT Semen Gresik), Tuban telah mempunyai sarana- sarana pendukung yang memadahi.

2. Faktor Sekunder

a.Perluasan areal pabrik

Tuban memiliki kemungkinan untuk perluasan pabrik karena masih mempunyai areal yang cukup luas. Hal ini perlu diperhatikan karena dengan semakin meningkatnya permintaan produk akan menuntut adanya perluasan pabrik.

b.Karakteristik lokasi

Karakteristik lokasi menyangkut iklim di daerah tersebut, kemungkinan terjadinya banjir, serta kondisi sosial masyarakatnya. Dalam hal ini, Tuban sebagai kawasan industri adalah daerah yang telah ditetapkan menjadi daerah industri sehingga pemerintah memberikan kelonggaran untuk mendirikan suatu pabrik di daerah tersebut.

c.Kebijaksanaan pemerintah

Pendirian pabrik perlu memperhatikan beberapa faktor kepentingan yang

terkait didalamnya, kebijaksanaan pengembangan industri, dan

hubungannya dengan pemerataan kesempatan kerja, kesejahteraan, dan hasil-hasil pembangunan. Disamping itu, pabrik yang didirikan juga harus berwawasan lingkungan, artinya keberadaan pabrik tersebut tidak boleh mengganggu atau merusak lingkungan sekitarnya.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab I Pendahuluan

8

d.Kemasyarakatan

Dengan masyarakat yang akomodatif terhadap perkembangan industri dan tersedianya fasilitas umum untuk hidup bermasyarakat, maka lokasi di Tuban dirasa tepat.

Dari pertimbangan faktor- faktor diatas, maka dipilih daerah Tuban, Propinsi Jawa Timur sebagai lokasi pendirian pabrik gipsum.

1.4. Tinjauan Pustaka

1.4.1. Macam-macam Pembuatan Gipsum a. Pembuatan Gipsum dari Gipsum Rock

Proses pembuatan gipsum dari rock, yaitu dengan cara menghancurkan

batu-batuan gipsum yang diperoleh dari daerah pegunungan. Penghancuran batu-

batuan ini dengan menggunakan alat primary crusher kemudian diayak agar

diperoleh batuan yang halus. Proses penghancuran batuan-batuan gipsum dan pengayakan dilakukan beberapa kali sehingga didapatkan hasil sesuai yang

diinginkan. Setelah diayak dimasukkan ke sink float untuk membersihkan

batu-batuan dari kotoran,kemudian masuk dalam secondary crusher agar batu-batuan

yang belum halus dapat dihancurkan lagi dan sebagian lagi masuk dalam fine grinding untuk di giling menjadi butiran yang halus. Setelah dari fine grinding

butiran yang halus di kalsinasi dan menghasilkan board plaster, dan sebagian

setelah di kalsinasi masuk ke ball mill dan menghasilkan bagged plaster.

Proses ini jika dilihat dari aspek ekonomi tidak menguntungkan sebab membutuhkan biaya investasi yang sangat besar yang digunakan untuk proses

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab I Pendahuluan

9

penambangan. Namun kapasitas produksi yang dihasilkan belum tentu besar dan juga tidak menghasilkan produk samping yang dapat dijual (W.L., Faith dkk, 1957).

b. Pembuatan Gipsum dari Batu Kapur

Pada proses ini, batu kapur (CaCO3) direaksikan dengan asam sulfat

(H2SO4) encer di reaktor pada kondisi operasi suhu 93,33C dan tekanan 1 atm.

Konversi yang dihasilkan dengan metode ini sebesar 82,86%. Produk yang dihasilkan dari reaktor kemudian dimasukkan ke dalam alat pemisah untuk

menghilangkan impuritasnya. Kemurnian dari gipsum yang dihasilkan proses ini

lebih dari 91%.

Reaksinya sebagai berikut:

CaCO3 (s) + H2SO4 (l) + H2O (l) CaSO4.2H2O (s) + CO2 (g) (1.1)

(US Patents 6.613.141)

c. Pembuatan Gipsum dari CaCl2 dan H2SO4

Proses ini dilakukan dengan cara memasukkan CaCl2 ke dalam reaktor

dengan ditambahkan H2SO4 pada suhu 50-80C dan tekanan 1 atm. Di dalam

reaktor terjadi reaksi netralisasiyang menghasilkan CaSO4 dan HCl dengan

konversi mencapai 100%.

Reaksinya sebagai berikut:

CaCl2 +H2SO4 (l) CaSO4 (s) + 2 HCl (l) (1.2)

Proses pemisahan CaSO4 dan HCl menggunakan absorber yang berupa

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab I Pendahuluan

10

dimasukkan dalam alat pengering sehingga menghasilkan gipsum dengan

kemurnian 91% (Kirk & Othmer, 1978).

Sebelum menentukan pilihan proses yang tepat perlu adanya studi perbandingan dari beberapa proses alternatif baik dari aspek teknis maupun ekonomis.

Tabel 1.2 Pemilihan Proses Berdasarkan Aspek Teknis dan Ekonomi

No Parameter Proses I Proses II Proses III

1.

2.

Aspek teknis - Bahan baku

- Konsumsi energi - Kemurnian produk

- Persediaan bahan baku

Aspek ekonomi - Investasi

Gipsum rock

Sedikit Tergantung bahan baku Terbatas jumlahnya Besar

CaCO3 dan

H2SO4

Sedang Kadar 91-92% Berlimpah dan mudah didapat Sedang

CaCl2 dan

H2SO4

Sedang Kadar 90%

Sangat sulit

Besar

Dari tabel diatas maka yang paling baik dan efisien dari segi teknis dan ekonomis adalah perencanaan pendirian pabrik gipsum dengan proses kedua karena bahan baku yang digunakan mudah didapat dan berlimpah jumlahnya.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab I Pendahuluan

11

1.4.2 Kegunaan Produk

Adapun kegunaan gipsum dalam dunia industri adalah sebagai berikut:

1. Pada industri semen, yaitu sebagai bahan untuk memperlambat pengerasan

semen (cement retarder).

2. Sebagai bahan untuk membuat wall board dan kapur papan tulis.

3. Pada bidang kedokteran dan farmasi, digunakan sebagai plester dan cetakan.

4. Pada industri cat, digunakan sebagai bahan pengisi dan campuran cat putih.

5. Pada industri keramik, digunakan sebagai bahan pengisi keramik.

6. Pada industri elektronika, digunakan sebagai bahan pembuat

komponen-komponen elektronika.

(www.wikipedia.org)

1.4.3 Sifat Fisik dan Kimia a. Bahan baku

- Rumus molekul : CaCO3

- Kenampakan : Padat

- Komposisi : CaCO3 : 97,89 %

MgCO3 : 0,95 %

SiO2 : 0,36 %

Al2O3 : 0,17 %

Fe2O3 : 0,25 %

CaSO4 : 0,08 %

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab I Pendahuluan

12

2. Asam Sulfat

 Sifat fisis asam sulfat

- Rumus molekul : H SO 2 4

- Berat molekul (g/gmol) : 98,08

- Kenampakan : Cair

- Densitas : 1,837 g/cm3

- Titik didih : 338 oC

- Specific gravity : 1,834

(Perry & Green, 1999)

Sifat Kimia Asam Sulfat

1. Dengan basa akan membentuk garam dan air

H2SO4 (l) + 2NaOH (s) Na2SO4(s) + H2O (l) (1.3)

2. Dengan alkohol membentuk eter dan air

2C2H5OH(l) + H2SO4(l)  C2H5OC2H5(l) + H2O(l) + H2SO4(l) (1.4)

3. Korosif terhadap semua logam

4. Bereaksi dengan NaCl membentuk NaSO4

NaCl + H2SO4(l)  NaSO4 + 2HCl(l) (1.5)

5. Bereaksi dengan MgCO3 membentuk MgSO4

MgCO3(s) + H2SO4(l)  MgSO4(s) + H2O (l) + CO2(g) (1.6)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab I Pendahuluan

13

b. Produk

1. Gipsum

 Sifat fisis gipsum :

- Rumus Molekul : CaSO4.2H2O

- Nama lain : Kalsium sulfat dihidrat

- Berat Molekul (g/gmol) : 172,17

- Kenampakan : Serbuk berwarna putih

- Specific gravity : 2,32-2,96

 Sifat kimia Gipsum :

- Pada temperatur 170oC akan terbentuk anhidrit.

CaSO4.2H2O (s) + panas  CaSO4. 1

2H2O (s) + 3

2 H2O (steam) (1.7)

(www.wikipedia.org)

1.4.4. Tinjauan Proses Secara Umum

Gipsum dihasilkan dari reaksi batu kapur (CaCO3) dengan larutan asam

sulfat (H2SO4) 50% berat di dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB).

Reaksi ini berjalan secara isothermal pada suhu 93,33oC dan tekanan 1 atm, reaksinya sebagai berikut

CaCO3 (s) + H2SO4 (l) + H2O (l) CaSO4.2H2O (s) + CO2 (g) (1.8)

Produk keluar reaktor berupa slurry kemudian dilewatkan pada alat

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab I Pendahuluan

14

filtrasi berupa asam sulfat yang akan direcycle menuju mixer. Produk bubur

gipsum dilakukan proses purifikasi dengan menggunakan pengering agar didapatkan gipsum dengan kemurnian yang tinggi (US Patents 6.613.141).

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

16

BAB II

DESKRIPSI PROSES

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk 2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku

a. Batuan Kapur

 Rumus molekul : CaCO3

 Wujud : padat

 Komposisi :

Tabel 2.1. Komposisi Batuan Kapur

(www.patentgenius.com)

Komponen Persentase

CaCO3 97,89%

MgCO3 0, 95%

SiO2 0,36%

Al2O3 0,17%

Fe2O3 0,25%

CaSO4 0,08%

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

17

b. Asam Sulfat

 Wujud : Cairan

 Warna : Tidak berwarna

 Kemurnian : 98% vol

 Densitas : 1,8 kg/m3 (300C)

(www.wikipedia.org)

c. Air

 Rumus molekul : H2O

 Berat molekul (g/gmol) : 18

 Wujud : cair

 Spesific gravity : 1,00

 Titik didih : 100 oC

 Densitas : 0,95838 g/ml

 Viskositas : 0,2838 kg/m.s

 Merupakan larutan yang bersifat melarutkan

 Merupakan larutan jernih tidak berwarna

(Kirk & Othmer, 1978)

2.1.2. Spesifikasi Produk

Produk utama yang dihasilkan adalah :

a. Gipsum

 Rumus Molekul : CaSO4.2H2O

 Nama Lain : Kalsium sulfat dihidrat

 Berat Molekul (g/gmol) : 172,17

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

18

 Specific gravity : 2,32-2,96

 Kemurnian : 91 % berat (min)

 Impuritas

H2O, H2SO4, SiO2, CaCO3, MgCO3, CaSO4, Al2O3, Fe2O3 total

maksimal 9% berat

(www.petrokimiagresik.com) Produk samping yang dihasilkan adalah

b. Karbondioksida

Sifat Fisis :

 Rumus Molekul : CO2

 Berat Molekul (g/gmol) : 44,01

 Densitas : 1,562 g/mL (solid 1 atm, −78,5 °C)

0,770 g/mL (liquid 56 atm, 20 °C) 1.977 g/L (gas 1 atm, 0 °C)

 Titik lebur : -78°C

 Titik Didih : -57°C

2.2 Konsep Proses 2.2.1. Dasar Reaksi

Reaksi pembentukan gipsum dan karbondioksida dari asam sulfat dan

batuan kapur merupakan reaksi asidulasi. Senyawa–senyawa yang digunakan

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

19

Reaksi pembentukan gipsum dari batuan kapur dan asam sulfat secara

umum yang terjadi adalah sebagai berikut :

Reaksi pembentukan kalsium sulfat dihidrat (gipsum) :

CaCO3(s) + H2SO4(l) + H2O(l) CaSO4.2H2O(s) + CO2(g) (2.1)

(US Patents 6.613.141)

2.2.2. Kondisi Operasi

Kondisi operasi di reaktor yang berfungsi untuk membentuk gipsum pada

suhu 93,33 oC dan tekanan 1 atm. Konversi pembentukan gipsum sebesar 82,86%

dan perbandingan berat antara batuan kapur dan asam sulfat masuk reaktor sebesar 1 : 2. Waktu tinggal di reaktor adalah 10 menit (US Patents 6.613.141).

2.2.3. Mekanisme Reaksi

Mekanisme reaksi yang terjadi untuk pembentukan gipsum dari batuan kapur dan asam sulfat adalah sebagai berikut :

Reaksi pembentukan kalsium sulfat dihidrat :

CaCO3(s) + H2SO4(l) + H2O(l) CaSO4.2H2O(s) + CO2(g) (2.2) 93,33oC ; 1atm

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

20

Air yang diperoleh dalam reaksi didapat dari larutan asam sulfat, sehingga reaksi dapat ditulis sebagai berikut :

A + B + C D + E (2.3)

Keterangan:

A = CaCO3(s)

B = H2SO4(l)

C = H2O(l)

D = CaSO4.2H2O(s)

E = CO2(g)

(US Patents 6.613.141)

2.2.4. Tinjauan Termodinamika

Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi (endotermis / eksotermis) dan arah reaksi (reversible / irreversible). Penentuan panas reaksi berjalan secara eksotermis atau endotermis dapat dihitung dengan

perhitungan panas pembentukan standar (ΔHof) pada P = 1 atm dan T = 298 °K.

Pada pembentukan gipsum terjadi reaksi sebagai berikut: Reaksi pembentukan kalsium sulfat dihidrat (gipsum) :

CaCO3(s) + H2SO4(l) + H2O(l) CaSO4.2H2O(s) + CO2(g) (2.4)

(US Patents 6.613.141)

93,33o_{C ; 1atm} 93,33oC ; 1atm

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

21

Harga ΔHof masing-masing komponen pada suhu 298 °K dapat dilihat

pada Tabel 2.2. sebagai berikut :

Tabel 2.2. Harga Berat Molekul dan ΔHof masing-masing Komponen

Komponen Berat Molekul ( kg/kmol )

 H°F

( kkal/kmol )

H2O 18,02 -68315,0754

SiO2 60,08 -215940,238

MgCO3 84,31 -261900,289

H2SO4 98,08 -194550,215

CaCO3 100,09 -288460,318

Al2O3 101,96 -396000,437

CaSO4 136,14 -342760,378

Fe2O3 159,71 -197000,217

CaSO4.2H2O 172,17 -483420,534

CO2 44,01 -94050,1038

(Yaws, 1999)

ΔHoR = ΔHof,produk - ΔHof,reaktan

= ∆Ho_f,CaSO4.2H2O+∆Ho_f,CO2 − ∆Ho_f,CaCO3 +∆Ho_f,H2SO4+∆Ho_f,H2O

= [-483420,534 + (-94050,1038)] – [-288460,318 + (-194550,215) +

(-68315,0754)] kkal/kmol = -26145,0289 kkal/kmol

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

22

Karena ΔHR pada reaksi di reaktor bernilai negatif, maka reaksi bersifat

eksotermis. Penurunan suhu operasi dapat mengakibatkan kenaikan harga K (konstanta kesetimbangan). Hal ini sesuai dengan persamaan berikut :

Penurunan suhu pada reaksi eksotermis dan apabila reaksinya bersifat

irreversible akan meningkatkan harga konstanta kesetimbangan reaksi

pembentukan gipsum atau dengan kata lain kesetimbangan akan bergeser ke arah eksotermis (pembentukan produk) sehingga konversi akan bertambah besar.

Harga ∆G0

f untuk masing-masing komponen (suhu 298 K) pada Tabel 2.3.

sebagai berikut :

Tabel 2.3. Data Energi Bebas Gibbs Komponen Bahan Baku dan Produk

Komponen  G°F

( kkal/kmol )

H2O -56687,1

SiO2 -204560

MgCO3 -241900

H2SO4 -164930

CaCO3 -269550

Al2O3 -373500

CaSO4 -315930

Fe2O3 -177400

RT H T

d K

d 

 ln

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

23

Komponen  G°F

( kkal/kmol )

CaSO4.2H2O -429600

CO2 -94260,1

( Perry & Green, 1999)

∆G =∆Go_f,produk −∆Go_f,reaktan

= ∆Go_f,CaSO4.2H2O+∆Go_f,CO2 − ∆Go_f,CaCO3+∆Go_f,H2SO4+∆Go_f,H2O

= [-429600 + (-94260,1)] – [-269550 + (-164930) + (-56687,1)]

= -32693 kkal/kmol

Dari perhitungan-perhitungan diatas didapatkan :

Di Reaktor :

∆HR = -26145,0289 kkal/kmol

∆G = -32693 kkal/kmol

∆G = -RT ln K298 K

ln K298 K =

RT G 



= −32693 –1.9872∗298

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

24

Reaksi pembentukan gipsum terjadi pada suhu 93,33 oC (366,33°K), maka:

lnK366,33K

K_298K =− ∆H_R

R 1

T_operasi −

1 T_298K

ln K_366,33K−ln K_298K = − −26145,0289

1,9872 1 366,33−

1 298

ln K_366,33K−55,2074 =−8,2351

ln K_366,33K = 46,9723

K_366,33K = 2,5108. 1020

Dengan harga K pada kondisi operasi besar sehingga dapat disimpulkan

bahwa reaksi yang terjadi dalam proses pembentukan gipsum merupakan reaksi

irreversibel atau reaksi tidak dapat balik. (Smith & Van Ness, 1975)

2.2.5. Tinjauan Kinetika

Reaksi pembentukan kalsium sulfat dihidrat (gipsum) :

CaCO3(s) + H2SO4(l) + H2O(l) CaSO4.2H2O(s) + CO2(g) (2.5)

Fase reaksi di Reaktor merupakan fase padat-cair dan diketahui ukuran padatan menyusut dari 127 mikron (200 mesh) menjadi 50 mikron setelah terjadi

reaksi (US Patents 6.613.141) maka digunakan mekanisme reaksi Shrinking

Spherical Particles

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

25

Gambar 2.1. Shrinking Spherical Particles

Mekanisme :

1. Difusi reaktan dari badan utama liquid (H2SO4 atau reaktan B) melalui

lapisan film ke permukaan padatan (batuan kapur atau reaktan A).

2. Reaksi pada permukaan padatan antara reaktan.

3. Difusi zat hasil dari permukaan padatan melalui lapisan film ke fase liquid.

Namun tidak terbentuk lapisan abu, sehingga tidak ada yang menghambat tahap difusi zat hasil ke fase liquid, jadi reaksi di permukaan padatan adalah yang mengendalikan. Reaksi di permukaan padatan pada prosaes

pembentukan gipsum dianggap memenuhi reaksi orde satu (pseudo first

order-reaction) terhadap batuan kapur (-rA= k.CA )..

Ukuran padatan yang sangat kecil dan jumlah reaktan cair yang jauh lebih banyak, maka difusivitasnya sangat tinggi sehingga transfer massa dianggap sangat cepat dan diabaikan (Levenspiel, hal 577).

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

26

2.3 . Diagram Alir Dan Langkah Proses 2.3.1. Diagram Alir Kuantitatif

Diagram alir kuantitatif dapat dilihat pada Gambar 2.1.

2.3.2. Diagram Alir Kualitatif

Diagram alir kualitatif dapat dilihat pada Gambar 2.2.

2.3.3 Diagram Alir Proses

Prarancangan Pabrik Kalsium Sulfat Dihidrat dari Batu Kapur dan Asam Sulfat

Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

Prarancangan Pabrik Kalsium Sulfat Dihidrat dari Batu Kapur dan Asam Sulfat

Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

Prarancangan Pabrik Kalsium Sulfat Dihidrat dari Batu Kapur dan Asam Sulfat

Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

29

LC LC

DIAGRAM ALIR PRARANCANGAN PABRIK KALSIUM SULFAT DIHIDRAT DARI BATU KAPUR DAN ASAM SULFAT

KAPASITAS 250000 TON/TAHUN

1 30 1 1 30 3 1 93 .3 4 1 30 2 1 5 1 7 1 38 .4 4 8 1 7 1 TP-01 TP-02 R BE-01 H-01 SF-01 P-01 P-02 P-03 M P-04 P-05 RDVF SC BE-02 H-02 1 6 93 .3 L I BC-01 Udara In RD BE-03 Packing S G L I TC TC Air pendingin Air pendingin DIAGRAM ALIR PRARANCANGAN PABRIK KALSIUM SULFAT DIHYDRAT

DARI BATU KAPUR DENGAN ASAM SULFAT KAPASITAS 250.000 TON / TAHUN

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA Dikerjakan Oleh : 1. Anita Saktika Dewi 2. Indriana Trisnawati

I0507023 I0507044 Dosen Pembimbing 1 :

Ir.Samun Triyoko NIP. 19470421 198503 1 001

Dosen Pembimbing 2 :

Dr.Eng. Agus Purwanto S .T., M.T. NIP. 19750411 199903 1 001

Keterangan Gambar

M = Mixer

R = Reaktor

RDVF = Rotary Drum Vacum Filter

RD = Rotary Dryer

S = Silo

BC = Belt Conveyor

BE = Bucket Elevator SF = Screw Feeder

H = Hopper

SC = Screen

P = Pompa

HE = Heat Exchanger

= throttle valve

= nomor arus

= suhu (o_C)

= tekanan (atm) = arus pendingin = arus pemanas = arus udara = pneumatic

= electric

Gudang Komponen Arus 1 Arus 2 Arus 3 Arus 4 Arus 5 Arus 6 Arus 7 Arus 8 Arus 9 Arus 10

H2O 58.01 341.49 8974.54 19336.87 3836.48 20198.41 10177.56 10020.84 125.26 2379.95

CO2 7407.71

SiO2 69.61 69.61 69.61 69.61

MgCO3 183.70 183.70 183.70 183.70

H2SO4 17074.35 19336.87 0.09 2828.15 565.63 2262.52 28.28 537.35

CaCO3 18928.86 2082.17 2082.17 2082.17

Al2O3 32.87 32.87 32.87 32.87

CaSO4 15.47 21323.07 21323.07 15.47

Fe2O3 48.34 48.34 48.34 48.34

CaSO4.2H2O 28979.95 28979.95 28979.95

TOTAL 19336.87 17415.83 8974.54 38673.74 11244.28 46766.33 34482.97 12283.37 31565.66 2917.30

93,3 30 30 30 30 93,3 93,3 93,3 1 93 .3 177 1 1 93 .3 35 1 97,5 9 1 97,5 10 FC FC BE-03 Packing S Gudang TC Steam Condensate HE-02 BL FC FC Air pendingin Air pendingin

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

31

2.3.4. Langkah Proses

Proses pembuatan gipsum dapat dibagi menjadi 3 tahap, yaitu :

1. Langkah penyiapan bahan baku

2. Langkah pembentukan produk

3. Langkah pemisahan dan pemurnian produk

2.3.4.1.Langkah penyiapan bahan baku

Batuan kapur disimpan dalam gudang penyimpanan dengan temperatur

300C dan tekanan 1 atm. Batuan kapur berukuran 200 mesh dibawa menggunakan

belt conveyor dan diangkut dengan menggunakan bucket elevator kemudian

ditampung di hopper. Dari hopper, batuan kapur dimasukkan ke dalam screw

feeder yang berfungsi sebagai feeder, kemudian batuan kapur dimasukkan ke

dalam reaktor untuk diproses.

Asam sulfat disimpan dalam tangki penyimpanan pada kondisi 30oC dan

tekanan 1 atm. Asam sulfat ini memiliki kadar 98%. Asam sulfat kemudian

dipompakan ke mixer untuk diencerkan menggunakan air hingga mencapai kadar

50%. Ke dalam mixer juga ditambahkan recycle dari filter.

2.3.4.2.Langkah Pembentukan Produk

Tahap ini bertujuan untuk membentuk gipsum yang merupakan reaksi antara batuan kapur, larutan asam sulfat. Reaksi yang terjadi di dalam reaktor

berlangsung pada tekanan 1 atm dan temperatur 93,33 oC. Reaktor yang

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

32

masuk ke dalam reaktor 1 pada suhu 30oC dan asam sulfat dari mixer pada suhu

93,33oC pada tekanan 1 atm. Reaksi yang terjadi dalam reaktor adalah reaksi eksotermis dan suhu produk keluar reaktor sebesar 93,33 °C.

Reaksi tersebut selain menghasilkan kalsium sulfat dihidrat (CaSO4.2H2O)

juga menghasilkan gas karbondioksida (CO2). Gas keluar dari reaktor langsung

dibuang ke lingkungan. Slurry yang keluar dari reaktor kemudian di pompa ke

rotary drum vacum filter.

2.3.4.3.Langkah Pemisahan dan Pemurnian produk

Langkah pemisahan bertujuan untuk memisahkan gipsum dengan air dan

asam sulfat. Proses pemisahan ini menggunakan jenis rotary drum vacuum filter.

Keluaran dari filter yang beroperasi pada suhu 93,30C dan 1 atm ini ialah produk

gipsum sebagai cake dan larutan asam sulfat sebagai filtrat.

Cake gipsum keluaran filter dialirkan menggunakan screw feeder menuju

dryer yang beroperasi pada suhu 93,3°C dan tekanan 1 atm sehingga mengalami

proses purifikasi, yaitu proses pengurangan kandungan cairan dalam cake gipsum.

Proses purifikasi cake gipsum (CaSO4.2H2O) bertujuan untuk menaikan

kemurnian cake gipsum (CaSO4.2H2O) yang dihasilkan filter karena kemurnian

cake yang dihasilkan masih rendah dan belum sesuai dengan yang ada di pasaran.

Proses purifikasi menggunakan rotary dryer tipe direct counter current yang

metode pengeringannya menggunakan hembusan udara panas yang berasal dari

udara kering yang dipanaskan dengan heat exchanger yang menggunakan steam

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

33

Produk keluaran rotary dryer yang memiliki kadar CaSO4.2H2O sebesar

91,96% sudah berada diatas pasaran. kadar CaSO4.2H2O yang ada dipasaran

adalah 91%. Untuk menyeragamkan ukuran produk, gipsum disaring

menggunakan screener selanjutnya diangkut menggunakan bucket elevator

menuju silo untuk menampung sementara produk gipsum sebelum menuju ke unit

packaging untuk di kemas kemudian disimpan di gudang penyimpanan sebagai

produk utama.

Filtrat yang dihasilkan dari filter berupa air dan asam sulfat yang selanjutnya direcycle ke mixer.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

34

2.4. Neraca Massa dan Panas 2.4.1 Neraca Massa

Basis : 1 jam operasi

Satuan : kg/jam

Kapasitas produksi : 250.000 ton/tahun

2.4.1.1.Neraca Massa Total

Tabel 2.4. Neraca Massa Total

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

H2O 9374,04 6341,69

CO2 7407,71

SiO2 69,61 69,61

MgCO3 183,70 183.,70

H2SO4 17074,35 565,72

CaCO3 18928,86 2082,17

Al2O3 32,87 32,87

CaSO4 15,47 15,47

Fe2O3 48,34 48,34

CaSO4.2H2O 28979,95

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

35

2.4.1.2. Neraca Massa Alat

 Mixer

Tabel 2.5 Neraca Massa Mixer

Senyawa

Masuk Keluar

Arus 2 Arus 3 Arus 8 Arus 4

kmol kg kmol Kg kmol kg kmol kg

H2O 18,96 341,49 498,16 8974,54 556,24 10020,84 1073,36 19336,87

H2SO4 174,09 17074,35 23,07 2262,52 197,16 19336,87

Jumlah 193,05 17415,84 498,16 8974,54 579,31 12283,36 1270,52 38673,74

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

36

 Reaktor

Tabel 2.6. Neraca Massa Reaktor

Senyawa

Masuk Keluar

Arus 1 Arus 4 Arus 5 Arus 6

kg Kg kg kg

H2O 58,01 19336,87 3836,48 12526,05

CO2 7407,71

SiO2 69,61 69,61

MgCO3 183,70 183,70

H2SO4 19336,87 0,09 2828,15

CaCO3 18928,86 2082,17

Al2O3 32,87 32,87

CaSO4 15,47 15.47

Fe2O3 48,34 48.34

CaSO4.2H2O 28979.95

Total 19336,87 38673,74 11244,28 46766.33

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

37

 Filter

Tabel 2.7 Neraca Massa Filter

Komponen

Masuk Keluar

Arus 6 Arus 7 Arus 8

kmol kg kmol kg kmol kg

H2O 695,30 12526,05 139,06 2505,21 556,24 10020,84

CO2

SiO2 1,16 69,61 1,16 69,61

MgCO3 2,18 183,70 2,18 183,70

H2SO4 28,83 2828,15 5,77 565,63 23,07 2262,52

CaCO3 20,80 2082,17 20,80 2082,17

Al2O3 0,32 32,87 0,32 32,87

CaSO4 0,11 15,47 0,11 15,47

Fe2O3 0,30 48,34 0,30 48,34

CaSO4.2H2O 168,32 28979,95 168,32 28979,95

Total 917,34 46766,33 338,03 34482,96 579,31 12283,37

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

38

 Dryer

Tabel 2.8. Neraca Massa Dryer

Senyawa

Masuk Keluar

Arus 7 Arus 9 Arus 10

kmol kg kmol kg kmol kg

H2O 139,06 2505,21 6,95 125,26 132,11 2379,95

CO2

SiO2 1,16 69,61 1,16 69,61

MgCO3 2,18 183,70 2,18 183,70

H2SO4 5,77 565,63 0,29 28,28 5,48 537,35

CaCO3 20,80 2082,17 20,80 2082,17

Al2O3 0,32 32,87 0,32 32,87

CaSO4 0,11 15,47 0,11 15,47

Fe2O3 0,30 48,34 0,30 48,34

CaSO4.2H2O 168,32 28979,95 173,11 28979,95

Total 338,03 34482,97 200,44 31565,67 137,59 2917,30

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

39

2.4.2. Neraca Panas

Basis : 1 jam operasi

Satuan : kkal/jam

 Mixer

Tabel 2.9. Neraca Panas Mixer

Masuk (kkal/jam) Keluar (kkal/jam)

Arus 2 33.511,96 Arus 4 269.204,99

Arus 3 113.373,32 Q pelarutan 337.404,93

Arus 8 1.845.922,92

Q pendingin -1.386.198,27

Total 606.609,92 606.609,92

 Reaktor

Tabel 2.10. Neraca Panas Reaktor

Masuk (kkal/jam) Keluar (kkal/jam)

Q umpan -269.204,99 Q produk 825.566,81

Q pendingin -3.331.883,52 Q reaksi -4.400.746,79

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

40

 Filter

Tabel 2.11. Neraca Panas Filter

Masuk (kkal/jam) Keluar (kkal/jam)

Arus 6 608016,96 Arus 7,Cake 579566,74

Arus 8,Filtrat 28450,22

Total 608016,96 608016,96

 Dryer

Tabel 2.12. Neraca Panas Dryer

Masuk (kkal/jam) Keluar (kkal/jam)

Arus 7 465712,32 Arus 9 473006,32

Udara masuk 5692330,14 Arus 10 5517,98

Udara keluar 5707835,69

Q Loss -28317,53

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

41

2.5. Lay Out Pabrik dan Peralatan

Tata letak pabrik berhubungan dengan segala proses perencanaan dan pengaturan letak daripada mesin, peralatan, aliran bahan dan pekerja di masing-masing wilayah kerja yang ada. Tata letak pabrik yang baik dari segala fasilitas produksi dalam suatu pabrik adalah dasar dalam membuat operasi kerja menjadi lebih efektif dan efisien. Secara umum pengaturan dari semua fasilitas produksi ini direncanakan sehingga akan diperoleh :

a) Minimum transportasi dan pemindahan proses

b) Minimum pemakaian area tanah.

c) Pola aliran produksi yang terbaik

d) Fleksibilitas untuk menghadapi kemungkinan ekspansi ke depan.

2.5.1 Lay Out Pabrik

Tata letak pabrik merupakan suatu pengaturan yang optimal dari seperangkat fasilitas-fasilitas dalam pabrik. Tata letak yang tepat sangat penting untuk mendapatkan efisiensi, keselamatan, dan kelancaran kerja para pekerja serta keselamatan proses.

Untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik adalah :

1. Pabrik gipsum ini merupakan pabrik baru (bukan pengembangan),

sehingga penentuan lay out tidak dibatasi oleh bangunan yang ada.

2. Kemungkinan perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik di masa

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

42

3. Faktor keamanan sangat diperlukan untuk bahaya kebakaran dan

ledakan, maka perencanaan lay out selalu diusahakan jauh dari sumber

api, bahan panas, dan dari bahan yang mudah meledak, juga jauh dari asap atau gas beracun.

4. Sistem kontruksi yang direncanakan adalah out door untuk menekan

biaya bangunan dan gedung, dan juga karena iklim Indonesia

memungkinkan konstruksi secara out door.

5. Lahan terbatas sehingga diperlukan efisiensi dalam pemakaian dan

pengaturan ruangan atau lahan.

(Vilbrant, 1959)

Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu :

a. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol

Merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran operasi. Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendalian proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang dijual.

b. Daerah proses

Merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses berlangsung.

c. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

43

d. Daerah gudang, bengkel dan garasi.

Merupakan daerah untuk menampung bahan-bahan yang diperlukan oleh pabrik dan untuk keperluan perawatan peralatan proses.

e. Daerah utilitas

Merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung proses berlangsung dipusatkan.

(Vilbrant, 1959) Tabel 2.13. Perincian luas tanah pabrik

No Area Luas ( m2 )

1 Pos Keamanan 150

2 Jalan, dan taman 5400

3 Kantor Administrasi 1200

4 Laboratorium 450

5 Poliklinik 225

6 Masjid 265

7 Kantin 300

8 Bengkel dan Perlengkapan 400

9 Packaging dan Gudang 700

10 Daerah Proses 3560

11 Perluasan Pabrik 3900

12 Utilitas 2115

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

44

No Area Luas ( m2 )

14 Parkir 910

15 Ruang kontrol 200

16 Ruang Generator 300

17 Garasi 445

Total luas tanah 21000

Expansion area Plant area

Plant utilities Fire

station

Garasi Jembatan

timbang gudang

Bengkel dan perlengkapan

laboratorium

Masjid taman

pos

Kantin klinik Parkir

T

a

ma

n

Area perkantoran

T

a

ma

n

parkir

Taman

pos

Entrance Exit

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

45

2.5.2 Lay Out Peralatan .

Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan lay out peralatan

proses pada Pabrik Gipsum, antara lain :

1. Aliran bahan baku dan produk

Pengaliran bahan baku dan produk yang tepat akan memberikan keuntungan ekonomi yang besar serta menunjang kelancaran dan keamanan produksi.

2. Aliran udara

Aliran udara di dalam dan di sekitar area proses perlu diperhatikan kelancarannya. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya stagnasi udara pada suatu tempat sehingga mengakibatkan akumulasi bahan kimia yang dapat mengancam keselamatan pekerja.

3. Cahaya

Penerangan seluruh pabrik harus memadai dan pada tempat-tempat proses yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu adanya penerangan tambahan.

4. Lalu lintas manusia

Dalam perancangan lay out pabrik perlu diperhatikan agar pekerja

dapat mencapai seluruh alat proses dangan cepat dan mudah. Hal ini bertujuan apabila terjadi gangguan pada alat proses dapat segera diperbaiki. Keamanan pekerja selama menjalani tugasnya juga diprioritaskan.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

46

5. Pertimbangan ekonomi

Dalam menempatkan alat-alat proses diusahakan dapat menekan biaya operasi dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi pabrik.

6. Jarak antar alat proses

Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi tinggi sebaiknya dipisahkan dengan alat proses lainnya, sehingga apabila terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut maka kerusakan dapat diminimalkan.

(Vilbrant, 1959) Tata letak alat-alat proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga :

- Kelancaran proses produksi dapat terjamin

- Dapat mengefektifkan luas lahan yang tersedia

- Karyawan mendapat kepuasan kerja agar dapat meningkatkan

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab II Deskripsi Proses

47

TP-01 TP-01

TP-02

TP-02

TP-02 TP-02

G

S S

M R RDVF RD

CR

Keterangan :

TP-01 : Tangki penyimpan asam sulfat

TP-02 : Tangki penyimpan air

G : Gudang

S : Silo

M : Mixer

R : Reaktor

RDVF : Rotary Drum Vacum Filter

RD : Rotary Dryer

CR : Controll Room

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

49

BAB III

SPESIFIKASI PERALATAN PROSES

3.1. Alat Utama 3.1.1. Reaktor

Kode : R

Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi antara CaCO3

(Batuan Kapur) dengan H2SO4 (Asam sulfat)

membentuk CaSO4.2 H2O (Kalsium sulfat

dihidrat) dan CO2 (Karbondioksida)

Tipe : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB)

Bahan : Carbon Steel SA 283 Grade C

Kondisi Operasi

Suhu : 93,3 °C

Tekanan : 1 atm

Jumlah : 1 buah

Waktu tinggal : 10 menit

Dimensi Reaktor

Diameter : 2,1014 m

Tinggi : 2,1014 m

Tebal Shell : 0,0048 m

Head dan Bottom

Tipe : Torispherical Dished Head

Tebal : 0,0079 m

Tinggi : 0,4130 m

Tinggi total reaktor : 2,9273 m Pengaduk

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

50

Diameter : 0,7006 m

Lebar blade : 0,1401 m

Lebar baffle : 0,3573 m

Daya : 21 HP

Koil pendingin

Pendingim : Air

Suhu masuk : 30˚C

Suhu keluar : 50˚C

Jumlah : 22 putaran

Pipa Koil

IPS : 1,5 in = 0,0381 m

OD : 1,9 in = 0,0483 m

SN : 40

ID : 12,75 in = 0,5398 m

Susunan koil : Helix

Tinggi koil : 1,9617 m

Volume koil : 4,5814 m3

Konstruksi : Stainless steel SA -167 Grade 11 type 316

( 18 Cr-10 Ni-2Mo)

3.1.2. Mixer

Kode : M

Fungsi : Membuat larutan H2SO4 encer 50% berat

Jenis : Tangki silinder tegak dengan bentuk atap dan

dasarnya torispherical dan dilengkapi dengan

pengaduk

Jumlah : 1 Buah

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

51

Bahan : Stainless Steel SA 167 Grade 11 Tipe 316

Kondisi

Suhu : 30 °C

Tekanan : 1 atm

Dimensi

Diameter : 1,7010 m

Tinggi : 3,4020 m

Tebal Shell : 0,0048 m

Tebal Head : 0,0064 m

Tinggi Head : 0,3118 m

Tinggi Total : 4,0255 m Pengaduk

Tipe : Turbine Impeller With 6 Flat Blade

Diameter : 0,5670 m

Kecepatan : 199,0336 rpm

Power : 30 hp

Koil pendingin

Pendingin : air

Suhu masuk : 30˚C

Suhu keluar : 50˚C

Jumlah : 28 putaran

Pipa Koil

IPS : 1,5 in

OD : 1,9 in = 0,0483 m

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

52

ID : 1,61 in = 0,0409 m

Susunan koil : Helix

Tinggi koil : 1,3528 m

Volume koil : 2,5693 m3

Konstruksi : Stainless steel SA -167 Grade 11 type 316

( 18 Cr-10 Ni-2Mo)

3.1.3. Filter

Kode : RDVF

Fungsi : Untuk memisahkan padatan gipsum dengan

larutan asam sulfat dan air.

Tipe : Rotary Drum Vacuum Filter

Bahan konstruksi : Carbon SteelSA 283 Grade C

Jumlah : 1 buah

Kondisi Operasi

Suhu : 93,3 °C

Tekanan : 1 atm

Dimensi

Diameter : 3,3146 m

Panjang : 6,6291 m

Rpm : 0,7573 Rpm

Jumlah putaran : 46 siklus per jam

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

53

3.1.4. Dryer

Kode : RD

Fungsi : Mengurangi kandungan air dalam Gipsum.

Tipe : Direct contact counter currentRotary Dryer

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA – 283 Grade C

Jumlah : 1 buah

Kondisi operasi

Suhu bahan masuk : 93,33 oC

Suhu udara masuk : 177 oC

Suhu bahan keluar : 97,5 oC

Suhu udara keluar : 100,2 oC

Diameter : 2,42 m

Panjang : 12,26 m

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

54

3.2. Alat Pendukung

3.2.1. Tangki Penyimpan Bahan Baku

Tabel 3.1 Spesifikasi Tangki Penyimpanan bahan Baku

Kode TP-01 TP-02

Fungsi Menyimpan bahan baku

asam sulfat untuk masa produksi selama 14 hari .

Menyimpan bahan baku air proses untuk 14 hari penyimpanan .

Tipe Silinder tegak (vertical

cylinder) dengan dasar

datar (flat bottom) dan bagian atas conical roof.

Silinder tegak (vertical

cylinder) dengan dasar

datar (flat bottom) dan bagian atas conical roof.

Jumlah 4 buah 2 buah

Waktu Penyimpanan 14 Hari 14 Hari

Bahan konstruksi Carbon Steel SA 283

Grade C

Carbon Steel SA 283 Grade C

Volume Tangki 3115,7733 m3 1850,5767 m3

Penyimpanan 12463,0933 m3 3701,1538 m3

Kondisi operasi :

 Suhu

 Tekanan

30 0C 1 atm

30 0C 1 atm Dimensi

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

55

 Tinggi

 Tinggi head

 Tinggi total

9,1441 m 6,1592 m 15,3034 m

7,3153 m 5,3278 m 12,6431 m

Jumlah Course 5 buah 4 buah

Tebal Course

 Course 1

 Course 2

 Course 3

 Course 4

 Course 5

0,0095 m 0,0095 m 0,0064 m 0,0064 m 0,0048 m

0,0096 m

0,0064 m

0,0064 m 0,0064 m

Tebal head 0,0191 m 0,00096 m

3.2.2. Heater

Kode : HE

Fungsi : Untuk memanaskan udara sebagai media pemanas

dryer.

Tipe : Shell and Tube 1 – 2 Counter Current

Jumlah : 1 buah

Luas Transfer Panas : 3117.85 ft2

Beban Panas : 2,1349.107 KJ/jam

Media Pemanas : Steam

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

56  Tube  Shell : : Cast Steel

Carbon Steel SA 283 Grade C

Spesifikasi Tube

 OD Tube

 ID Tube

 BWG

 Susunan

 Passes

 Panjang Tube

: : : : : : 0,0191 m 0,0166 m 18

Triangular Pitch, Pt = 1 in

2

4,8768 m Spesifikasi Shell

ID Shell

Baffle Spacing Passes

0,9398 m 0,4699 m 1

3.2.3. Belt Conveyor

Kode : BC

Fungsi : Mengangkut batuan kapur dari gudang untuk

diumpankan ke reaktor

Tipe : Closed Belt Conveyor

Jumlah : 1 buah

Panjang : 3 m

Kecepatan belt : 60,4277 ft/mnt

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

57

Bahan

Idler : Carbon Steel SA 283 Grade C

Belt : karet

Casing : Carbon Steel SA 283 Grade C

3.2.4. Blower

Kode : BL

Fungsi : Mengalirkan udara yang akan dipakai

sebagai udara pemanas dalam dryer

Tipe : Centrifugal blower

Jumlah : 1 buah

Kondisis operasi

 Suhu

 Tekanan

: :

35 oC 1 atm

Tenaga motor : 32 Hp

3.2.5. Hopper

Tabel 3.2 Spesifikasi Hopper

Kode H-01 H-02

Fungsi Tempat menampung

batuan kapur sebelum diumpankan reaktor

Tempat menampung cake dari filter sebelum

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

58

Kode H-01 H-02

Tipe Tangki silinder dengan

conical bottom

Tangki silinder dengan

conical bottom

Jumlah 1 buah 1 buah

Bahan Konstruksi Carbon steel SA-283

grade C

Carbon steel SA-283 grade C

Kondisi Operasi

 Suhu

 Tekanan

93,3 oC 1 atm

93,3 oC 1 atm Dimensi

 Diameter Silinder

 Tinggi Total

 Tinggi Conical 1

 Tinggi Conical 2

 Diameter Conical 1

 Tebal Shell

 Tebal Head

 Tebal Bottom

2,1173 m 2,4969 m 0,2316 m 0,6113 m 0,7058 m 0,0064 m 0,0064 m 0,0064 m 2,7773 m 3,2778 m 0,8018 m 0,3012 m 0,9257 m 0,0064 m 0,0064 m 0,0064 m

3.2.6. Screener

Kode : SC

Fungsi : Menyeragamkan ukuran produk (50 mikron)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

59

T = 81,3 °C

Jenis : Vibrating Screen Single Deck

Kapasitas : 31,5657 ton/jam

Luas ayakan : 47,7906 ft2

Tenaga : 21 HP

Material : Carbon Steel SA 283 Grade C

3.2.7. Silo Penyimpanan Gipsum (CaSO4.2H2O)

Kode : S

Tugas : Menyimpan produk gipsum selama 7 hari

Jumlah : 2 Buah

Kapasitas : 48267,53 ft3 = 1366,83 m3

Kondisi penyimpanan Tekanan : 1 atm Suhu : 30˚C Dimensi:

Diameter : 33,7726 ft = 10,2940 m

Tinggi : 80,0734 ft = 24,4067 m

Tebal shell : 0,5 in

Prarancangan Pabrik Kalsium Sulfat Dihidrat dari Batu Kapur dan Asam Sulfat

Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

83

3.2.8. Screw Conveyor

Tabel 3.3 Spesifikasi Screw conveyor

Kode SC-01 SC-02

Fungsi Mengumpankan batuan kapur ke Reaktor Mengumpankan cake dari filter ke dryer

Jumlah 1 buah 1 buah

Panjang 3,0480 m 3,048 m

Diameter of flight 0,2540 m 0,254 m

Diameter of pipe 0,0635 m 0,0635 m

Diameter of shaft 0,0508 m 0,0508 m

Tenaga motor 1 Hp 2 Hp

Kecepatan 55 rpm 80 rpm

Prarancangan Pabrik Kalsium Sulfat Dihidrat dari Batu Kapur dan Asam Sulfat

Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

84

3.2.9. Bucket Elevator

Tabel 3.4 Spesifikasi Bucket Elevator

Kode BE-01 BE-02 BE-03

Tugas Mengangkut batuan kapur dari

belt conveyor ke Hopper-01

Mengangkut cake dari screw

feeder ke Hopper-02

Mengangkut produk gipsum dari dryer ke silo

Tipe Continuous bucket elevator Continuous bucket elevator Continuous bucket elevator

Jumlah 1 buah 1 buah 1 buah

Kecepatan bucket 82,8723 ft/menit 147,7840 ft/menit 135,281 ft/menit

Tenaga motor 2 Hp 3 Hp 3 Hp

Ukuran bucket 8 x 5,5 x 7,75 in 8 x 5,5 x 7,75 in 8 x 5,5 x 7,75 in

Bahan: - Belt

- Bucket & Casing

Karet

Carbon Steel SA 283 Grade C

Karet

Carbon Steel SA 283 Grade C

Karet

Prarancangan Pabrik Kalsium Sulfat Dihidrat dari Batu Kapur dan Asam Sulfat

Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

85

3.2.10. Pompa

Tabel 3.5 Spesifikasi pompa

Kode P-01 P-02 P-03 P-04 P-05

Tugas Mengalirkan asam

sulfat dari tangki penyimpanan ke mixer

Mengalirkan air dari tangki penyimpanan ke mixer

Mengalirkan asam sulfat dari mixer ke reaktor.

Mengalirkan produk

slurry dari reaktor ke filter

Mengalirkan asam sulfat dari filter ke mixer

Jenis Single stage

centrifugal pump

Single stage centrifugal pump

Single stage centrifugal pump

Agigated

centrifugal slurry pump

Single stage centrifugal pump

Jumlah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah

Prarancangan Pabrik Kalsium Sulfat Dihidrat dari Batu Kapur dan Asam Sulfat

Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

86

Kode P-01 P-02 P-03 P-04 P-05

Power pompa 0,5 HP 0,5 HP 1,5 HP 60 HP 0,75 HP

Power motor 0,75 HP 0,75 HP 2 HP 67 HP 1 HP

NPSH required 1,5515 ft 2,3077 ft 11,2443 ft 5,9894 ft

NPSH available 34,74 ft 46,21 ft 29,3663 ft 36,3972 ft

Pipa :

 Nominal Size

 Schedule

Number

 ID

 OD

1,5 in 40

1,38 in 1,66 in

2 in 40

2,067 in 2,38 in

5 in 40

5,047 in 5,56 in

3 in 40

3,068 in 3,5 in

2,5 in 5S

2,709 in 2,88 in

commit to user Prarancangan Pabrik Kalsium Sulfat Dihidrat dari Batu Kapur dan Asam Sulfat

Kapasitas 250.000 ton/tahun

Bab IV Unit Pendukung Proses dan Laboratorium

64

BAB IV

UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM

4.1 Unit Pendukung Proses

Unit pendukung proses atau sering disebut unit utilitas merupakan bagian yang penting untuk menunjang berlangsungnya proses dalam suatu pabrik. Unit

pendukung proses meliputi : unit pengadaan air, unit pengadaan steam, unit

pengadaan udara tekan, unit pengadaan listrik, unit pengadaan bahan bakar.

Unit pendukung proses yang terdapat dalam pabrik gipsum adalah :

1. Unit pengadaan air

Unit ini bertugas menyediakan dan mengolah air untuk memenuhi kebutuhan air sebagai berikut :

a. Air proses

b. Air pendingin

c. Air umpan boiler

d. Air konsumsi umum dan sanitasi

2. Unit pengadaan steam

Unit ini bertugas untuk menyediakan kebutuhan steam untuk memanaskan

udara. Udara panas digunakan sebagai pemanas di dryer ( RD ) dan heat

commit to user

Lampiran C – Perancangan Reaktor

C. PERANCANGAN PIPA INLET DAN OUTLET REAKTOR

Diameter pipa optimum = 3,9 Q0,45 ρ0,13

( Wallas, pers.632,hal 100, 1959 ) 1. Pipa pemasukan H2SO4

Tabel C.4 Data Asam Sulfat Masuk Reaktor

Komponen

Massa, Kg/jam

xi ρi xi.ρi

H2SO4 19.336,8691 0,5 1,8265 0,9133

H2O 19.336,8691 0,5 1,0200 0,5100

TOTAL 38.673,7382 1 1,4233

Kecepatan massa = 38.673,74 kg/jam Ρ campuran = 1,4233 g/cm3

= 88,8506 lb/ft3 Q ( debit ) = kecepatan massa

ρ campuran = 38.673,74 kg /jam

1423 ,3 kg /m 3

=

27,173 m3/jam

= 0,2666 ft3/s

Di optimum = 3,9 × (0,2666 3)0,45× (88,8506 ₃)0,13 = 3,8547 in

commit to user

Lampiran C – Perancangan Reaktor

Dipilih pipa standar dengan ukuran 4 in, SN 40ST 40S

OD = 4,5 in

ID = 4,00 in

A = 12,57 in2

( App K Brownell, hal 388)

2. Pipa pengeluaran ke filter

Tabel C.5 Produk Slurry Reaktor

komponen Massa

( kg/jam )

ρi xi xi.ρi

H2O 12526,0533 1,02 2,7E-01 2,7E-01

SiO2 69,6127 2,648 1,5E-03 3,9E-03

MgCO3 183,7003 2,32 0,0039 0,0091

H2SO4 2828,1541 1,84 6,0E-02 1,1E-01

CaCO3 2082,1747 2,958 0,0445 0,1317

Al2O3 32,8727 3,95 0,0007 0,0028

CaSO4 15,4695 2,96 0,0003 0,0010

Fe2O3 48,3422 5,242 1,0E-03 5,4E-03

CaSO4.2H2O 28979,9519 2,3 0,6197 1,4253

TOTAL 46766,3314 1 1,9583

commit to user

Lampiran C – Perancangan Reaktor

Ρ campuran = 1,9583 kg/L = 122,2538 lb/ft3

Q ( debit ) = kecepatan massa F2 ρ campuran

= 46766,3314 kg /jam

1,9583kg /L

= 27.495,2261 L/jam = 0,2697 ft3/s

Di optimum = 3,9 × (0,2697 3)0,45× (122,2538 ₃)0,13 = 4,0394 in

Dipilih pipa standar dengan ukuran 4 in, SN 40ST 40S OD = 4,5 in

ID = 4,09 in

A = 13,14 in2

( App K Brownell, hal 388)

3. Pipa pengeluaran arus 6

Menghitung volume gas dalam reaktor : Data kondisi operasi pada reaktor,

T = 93,33 °C = 366,33°K

commit to user

Lampiran C – Perancangan Reaktor

P = 1 atm

= 1,0133 bar

R = 83,14 cm3.bar/gmol.K = 0,0082 L.atm/K.gmol

Korelasi umum untuk gas sejati :

P. V = Z. R. T (Smith Van Ness 5th, p.77)

              Tr Pr . Tc . R Pc . B 1 Z Tc T Tr Pc P Pr       

 _1,6

Tr 422 , 0 083 , 0 Bo       

 _14,2

Tr 172 , 0 139 , 0 1 B 1 B . Bo Tc . R Pc .

B _{ }

(Smith Van Ness 5th, p.77) Tabel C.6 Data Konstanta Kritik Gas Keluar Reaktor

Komponen Massa Yi BM BM.Yi Tc (K) Pc (bar) w

H2O 3836,4838 0,3412 18,02 6,1483 647,1300 220,5500 0,3450 H2SO4 0,0870 0,00001 98,08 0,0008 373,5300 89,6300 0,0830 CO2 7407,7052 0,6588 44,01 28,9937 304,2000 73,8300 0,2240

commit to user

Lampiran C – Perancangan Reaktor

Tabel C.7 Perhitungan Faktor Kompresi Gas Keluar Reaktor 1

Komponen Tr Pr BO B1 B.Pc/R.Tc Zi Zi.Yi

H2O 0,5661 0,0046 -0,9658 -1,7378 -1,5654 0,9873 0,3369

H2SO4 0,9807 0,0113 -0,3523 -0,0477 -0,3563 0,9959 0,00001

CO2 1,2042 0,0137 -0,2305 0,0602 -0,2170 0,9975 0,6572

Total -1,5486 -1,7253 -2,1387 0,9940

T . R . Z

BM . P gas 



Tabel C.8 Perhitungan Volume Gas Keluar Reaktor

Komponen ρgas ρgas.Yi V (L/jam)

H2O 0,5885 0,2008 6519,2249

H2SO4 3,1754 0,0000 0,0274

CO2 1,4225 0,9371 5207,4782

Total 1,1380 11726,7305

 campuran gas = 1,1380 kg/L

= 71,0414 lb/ ft3

Q = 11726,7305 L/jam

= 0,1150 ft3/s

Di optimum = 3,9 × (0,1150 3)0,45× (71,0414 ₃)0,13 = 2,5654 in

commit to user

Lampiran C – Perancangan Reaktor

Dipilih pipa standar dengan ukuran 2,5 in SN 10S OD = 2,875 in

ID = 2,635 in A = 3,654 in2