tugas akhir prarancangan pabrik asam nitrat …eprints.ums.ac.id/48051/8/halaman depan.pdf ·...

14
Rizki Dyah Arimurti D500120045 i TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT DARI ASAM SULFAT DAN NATRIUM NITRAT KAPASITAS 35.000 TON PER TAHUN HALAMAN JUDUL Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata Satu Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Oleh: Rizki Dyah Arimurti D 500 120 045 Dosen Pembimbing: M. Mujiburohman, Ph.D. Hamid Abdillah, S.T., M.T. PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA SURAKARTA 2016

Upload: lydiep

Post on 10-Jul-2019

257 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT …eprints.ums.ac.id/48051/8/HALAMAN DEPAN.pdf · penyusunan tugas prarancangan pabrik kimia ini. Penulis menyadari bahwa tugas prarancangan

Rizki Dyah Arimurti D500120045 i

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT

DARI ASAM SULFAT DAN NATRIUM NITRAT

KAPASITAS 35.000 TON PER TAHUN

HALAMAN JUDUL

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi

Strata Satu Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik

Oleh:

Rizki Dyah Arimurti

D 500 120 045

Dosen Pembimbing:

M. Mujiburohman, Ph.D.

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

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

SURAKARTA

2016

Page 2: TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT …eprints.ums.ac.id/48051/8/HALAMAN DEPAN.pdf · penyusunan tugas prarancangan pabrik kimia ini. Penulis menyadari bahwa tugas prarancangan
Page 3: TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT …eprints.ums.ac.id/48051/8/HALAMAN DEPAN.pdf · penyusunan tugas prarancangan pabrik kimia ini. Penulis menyadari bahwa tugas prarancangan
Page 4: TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT …eprints.ums.ac.id/48051/8/HALAMAN DEPAN.pdf · penyusunan tugas prarancangan pabrik kimia ini. Penulis menyadari bahwa tugas prarancangan
Page 5: TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT …eprints.ums.ac.id/48051/8/HALAMAN DEPAN.pdf · penyusunan tugas prarancangan pabrik kimia ini. Penulis menyadari bahwa tugas prarancangan

v

INTISARI

Pabrik asam nitrat dari natrium nitrat dan asam sulfat dengan kapasitas

35.000 ton/tahun direncanakan berdiri pada tahun 2020 di Karawang, Jawa Barat.

Bahan baku natrium nitrat diimpor dari Chili, dan asam sulfat dari PT Indonesian

Acid Industry. Proses pembuatan asam nitrat menggunakan Reaktor Alir Tangki

Berpengaduk (RATB). Reaksi pembentukan asam nitrat berlangsung pada kondisi

eksotermis, non adiabatis dengan pendingin berupa jaket, reaksi berjalan secara

irreversible, beroperasi pada suhu 150°C dan tekanan 1 atm. Pabrik ini tergolong

pabrik berisiko rendah karena kondisi operasi atmosferis.

Reaksi pembentukan asam nitrat diawali dengan mereaksikan asam sulfat

dan natrium nitrat dalam reaktor (R-110). Produk keluar dari reaktor berupa gas

diembunkan dalam kondensor kemudian dimurnikan di dalam menara distilasi

untuk menghasilkan produk dengan kemurnian 98%, sedangkan hasil bawah

reaktor berupa campuran asam nitrat, natrium nitrat, dan natrium bisulfat (niter

cake). Produk asam nitrat yang dihasilkan sebesar 4.419,1919 kg/jam. Unit

pendukung proses terdiri dari unit penyedia air pendingin sebesar 119.178,1218

kg/jam, kebutuhan steam sebesar 8.871,2408 kg/jam yang diperoleh dari boiler

dengan bahan bakar fuel oil sebesar 793,4961 L/jam, dan kebutuhan air sanitasi

sebesar 1.288,3656 kg/jam. Kebutuhan air diperoleh dari air sungai Kalimalang,

sedangkan kebutuhan listrik dipenuhi dari PLN dan generator set sebagai

cadangan apabila PLN mengalami gangguan.

Dari analisis ekonomi pabrik asam nitrat menunjukkan keuntungan sebelum

pajak sebesar Rp56.960.386.562 per tahun, keuntungan setelah pajak sebesar

Rp42.720.289.922. Percent return on investment (ROI) sebelum pajak 21,34%

dan setelah pajak 16,01%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak 3,19 tahun dan

setelah pajak 3,85 tahun. Break Event Point (BEP) sebesar 57,60%, Shut Down

Point (SDP) sebesar 27,79%, dan Internal Rate of Return (IRR) sebesar 31,91%.

Dari data analisis kelayakan di atas disimpulkan bahwa pabrik ini layak untuk

didirikan.

Kata kunci: Asam nitrat, asam sulfat, niter cake, RATB

Page 6: TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT …eprints.ums.ac.id/48051/8/HALAMAN DEPAN.pdf · penyusunan tugas prarancangan pabrik kimia ini. Penulis menyadari bahwa tugas prarancangan

vi

ABSTRACT

Nitric acid plant with raw materials of sulphuric acid and sodium nitrate

with a capacity 35.000 tons/year is planned to be established in 2020 in

Karawang, West Java. The sodium nitrate is imported from Chile and the

sulphuric acid is from PT Indonesian Acid Industry. The nitric acid production

uses continuous stirred tank reactor (CSTR). The reaction is exothermic, non

adiabatic, and irreversible, carried out at temperature of 150°C and pressure of 1

atm. The plant is categorized as low risk process due to the friendly operating

conditions.

The process of nitric acid production is initiated with reacting sulphuric

acid and sodium nitrate in the reactor. The vapor product of reactor is condensed

by a partial condenser and is purified in distillation tower to produce nitric acid

with purity of 98%, while the liquid product, called niter cake, is stored as side

product. Based on the capacity, the production of nitric acid is 4,419.1919

kgs/hour. To support the process, utilities are required including 119,178.1218

kgs/hour of cooling water, 8,871.2408 kgs/hour of steam. Which is obtained from

boiler consuming fuel oil as much as 793.4961 L/hour, and electricity supplied

from PLN and generator set. The water source is taken from Kalimalang river,.

The economic analysis gives the profit before tax is

Rp56,960,386,562/year, and Rp42,720,289,922/year after tax. The percent Return

on Investment (ROI) before tax is 21.34% and 16.01% after tax. The Pay Out

Time (POT) before tax is 3.19 years and 3.85 years after tax. The Break Event

Point (BEP), the Shut Down Point (SDP), and the Internal Rate of Return (IRR)

are 57.60, 27.79%, and 31.91%, respectively. The above economic analysis

concludes that the plant is feasible to set.

Keyword: CSTR, niter cake, nitric acid, sulphuric acid

Page 7: TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT …eprints.ums.ac.id/48051/8/HALAMAN DEPAN.pdf · penyusunan tugas prarancangan pabrik kimia ini. Penulis menyadari bahwa tugas prarancangan

vii

KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT karena rahmat dan

hidayah-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan tugas prarancangan asam

nitrat dari asam sulfat dan natrium nitrat kapasitas 35.000 ton/tahun. Tugas

prarancangan pabrik kimia merupakan syarat kelulusan untuk mahasiswa S1

program studi teknik kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dengan

terselesainya tugas ini tidak terlepas dari bantuan banyak pihak yang telah

memberikan masukan – masukan kepada penulis. Untuk itu penulis mengucapkan

terima kasih kepada:

1. Orang tua dan keluarga yang selalu memberikan dukungan dan doa sehingga

tugas prarancangan pabrik kimia ini selesai.

2. Bapak Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D., selaku ketua jurusan program studi

teknik kimia.

3. Bapak M. Mujiburohman, Ph.D., selaku dosen pembimbing I yang telah

memberikan dukungan, bimbingan, dan bantuannya untuk penyelesaian tugas

prarancangan pabrik ini.

4. Bapak Hamid Abdillah, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing II yang telah

memberikan bimbingan dan dukungan.

5. Luluk Pratiwi partner sekaligus sahabat yang selalu mendukung, membantu,

dan memberi semangat dalam penyelesaian tugas ini.

6. Semua pihak yang telah membantu serta memberi semangat dalam

penyusunan tugas prarancangan pabrik kimia ini.

Penulis menyadari bahwa tugas prarancangan pabrik kimia ini belum

sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang

membangun. Semoga tugas prarancangan pabrik kimia ini dapat memberikan

manfaat bagi kami pada khususnya dan pembaca pada umumnya.

Surakarta, November 2016

Penulis

Page 8: TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT …eprints.ums.ac.id/48051/8/HALAMAN DEPAN.pdf · penyusunan tugas prarancangan pabrik kimia ini. Penulis menyadari bahwa tugas prarancangan

viii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................. ii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ................................................................ iv

INTISARI ................................................................................................................ v

KATA PENGANTAR ........................................................................................... vii

DAFTAR ISI ........................................................................................................ viii

DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiv

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik ................................................ 1

1.2 Kapasitas Pabrik .......................................................................... 1

1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik ............................................................. 2

1.4 Tinjauan Pustaka ......................................................................... 5

1.4.2 Kegunaan Produk.............................................................. 6

1.4.3 Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk ................ 7

1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum ......................................... 9

BAB II DESKRIPSI PROSES ........................................................................ 10

2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ......................................... 10

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku .................................................. 10

2.1.2 Spesifikasi Produk .......................................................... 10

2.2 Konsep Reaksi .......................................................................... 11

2.2.1 Dasar Reaksi ................................................................... 11

2.2.2 Kondisi Operasi .............................................................. 11

2.2.3 Tinjauan Termodinamika................................................ 11

2.2.4 Tinjauan Kinetika ........................................................... 13

2.3 Deskripsi Proses ........................................................................ 13

2.3.1 Diagram Alir Proses ....................................................... 15

2.4 Neraca Massa ............................................................................ 18

2.5 Neraca Panas ............................................................................. 20

Page 9: TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT …eprints.ums.ac.id/48051/8/HALAMAN DEPAN.pdf · penyusunan tugas prarancangan pabrik kimia ini. Penulis menyadari bahwa tugas prarancangan

ix

2.6 Tata Letak Peralatan ................................................................. 24

2.6.1 Tata Letak Pabrik ............................................................ 24

2.6.2 Tata Letak Proses ............................................................ 27

BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES ......................................................... 30

3.1 Reaktor ...................................................................................... 30

3.2 Separator ................................................................................... 30

3.3 Absorber .................................................................................... 31

3.4 Menara distilasi ......................................................................... 32

3.5 Tangki ....................................................................................... 33

3.5.1 Tangki-01 ........................................................................ 33

3.5.2 Tangki-02 ........................................................................ 33

3.5.3 Tangki-03 ........................................................................ 34

3.5.4 Tangki-04 ........................................................................ 35

3.6 Belt conveyor ............................................................................ 36

3.7 Bucket elevator .......................................................................... 37

3.8 Hopper ...................................................................................... 37

3.9 Blower ....................................................................................... 38

3.10 Heater ....................................................................................... 38

3.11 Condensor ................................................................................. 39

3.12 Cooler ....................................................................................... 41

3.12.1 Cooler-01 ........................................................................ 41

3.12.2 Cooler-02 ........................................................................ 41

3.12.3 Cooler-03 ........................................................................ 42

3.13 Reboiler ..................................................................................... 43

3.14 Accumulator .............................................................................. 43

3.15 Mixer ......................................................................................... 44

3.16 Pompa ....................................................................................... 45

3.16.1 Pompa-01 ....................................................................... 45

3.16.2 Pompa-02 ....................................................................... 45

3.16.3 Pompa-03 ....................................................................... 46

3.16.4 Pompa-04 ....................................................................... 46

Page 10: TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT …eprints.ums.ac.id/48051/8/HALAMAN DEPAN.pdf · penyusunan tugas prarancangan pabrik kimia ini. Penulis menyadari bahwa tugas prarancangan

x

3.16.5 Pompa-05 ..................................................................... 47

3.16.6 Pompa-06 ....................................................................... 47

3.16.7 Pompa-07 ....................................................................... 48

3.16.8 Pompa-08 ....................................................................... 48

3.16.9 Pompa-09 ....................................................................... 49

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM .............. 50

4.1 Unit Pendukung Proses ............................................................. 50

4.1.1 Unit Penyediaan dan Pengolahan Air ............................. 51

4.1.2 Unit Penyediaan Steam ................................................... 62

4.1.3 Unit Penyediaan Listrik .................................................. 63

4.1.4 Unit penyediaan bahan bakar.......................................... 66

4.1.5 Unit Pengolahan Limbah ................................................ 75

4.1.6 Unit Penyediaan Udara Tekan ........................................ 75

4.2 Laboratorium ............................................................................. 76

4.2.1 Laboratorium Fisik ......................................................... 77

4.2.2 Laboratorium Analitik .................................................... 77

4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan ................. 78

4.2.4 Analisis Air ..................................................................... 78

4.2.5 Analisis Sampel .............................................................. 78

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ....................................................... 79

5.1 Bentuk Perusahaan .................................................................... 79

5.2 Struktur Organisasi ................................................................... 80

5.3 Tugas dan Wewenang ............................................................... 83

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan .............................................. 89

5.5 Kepegawaian dan Sistem Upah ................................................ 91

5.6 Sistem Gaji Karyawan .............................................................. 92

5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ................................................ 93

5.8 Kesehatan dan Keselamatan Kerja ............................................ 94

5.9 Manajemen Produksi ................................................................ 95

5.9.1 Perencanaan Produksi ..................................................... 95

5.9.2 Pengendalian Produksi.................................................... 96

Page 11: TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT …eprints.ums.ac.id/48051/8/HALAMAN DEPAN.pdf · penyusunan tugas prarancangan pabrik kimia ini. Penulis menyadari bahwa tugas prarancangan

xi

BAB VI ANALISIS EKONOMI ...................................................................... 98

6.1 Dasar Perhitungan ..................................................................... 99

6.2 Perkiraan Harga Alat ................................................................. 99

6.3 Perhitungan Biaya ................................................................... 101

6.3.1 Investasi Modal (Capital Investment) ........................... 101

6.3.2 Biaya Produksi (Manufacturing Cost) .......................... 101

6.3.3 Pengeluaran Umum (General Expense) ....................... 102

6.4 Analisis Kelayakan ................................................................. 102

6.5 Hasil Perhitungan .................................................................... 103

6.6 Analisis Kelayakan ................................................................. 106

6.7 Kesimpulan ............................................................................. 112

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 113

LAMPIRAN ........................................................................................................ 115

Page 12: TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT …eprints.ums.ac.id/48051/8/HALAMAN DEPAN.pdf · penyusunan tugas prarancangan pabrik kimia ini. Penulis menyadari bahwa tugas prarancangan

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Data impor perdagangan asam nitrat ...................................................... 2

Tabel 1.2 Kapasitas produksi pabrik asam nitrat di dunia ...................................... 2

Tabel 2.1 Harga ΔH°F298 dan ΔG°F298 ................................................................... 12

Tabel 2.2 Neraca massa di reaktor ........................................................................ 18

Tabel 2.3 Neraca massa di kondensor ................................................................... 18

Tabel 2.4 Neraca massa di separator ..................................................................... 19

Tabel 2.5 Neraca massa di absorber ...................................................................... 19

Tabel 2.6 Neraca massa di mixer .......................................................................... 19

Tabel 2.7 Neraca massa di menara distilasi .......................................................... 20

Tabel 2.8 Neraca massa overall pabrik asam nitrat .............................................. 20

Tabel 2.9 Data heat capacity of gas masing-masing komponen ........................... 20

Tabel 2.10 Neraca panas di heater ........................................................................ 21

Tabel 2.11 Neraca panas di reaktor ....................................................................... 21

Tabel 2.12 Neraca panas di kondensor ................................................................. 22

Tabel 2.13 Neraca panas di separator ................................................................... 22

Tabel 2.14 Neraca panas di cooler (E-130) .......................................................... 23

Tabel 2.15 Neraca panas di cooler (E-131) .......................................................... 23

Tabel 2.16 Neraca panas di absorber .................................................................... 23

Tabel 2.17 Neraca panas di menara distilasi ......................................................... 24

Tabel 2.18 Perincian luas tanah bangunan pabrik ................................................ 26

Tabel 4.1 Daftar kebutuhan air pendingin............................................................. 61

Tabel 4.2 Daftar kebutuhan air untuk steam ......................................................... 61

Tabel 4.3 Daftar kebutuhan air sanitasi................................................................. 62

Tabel 4.4 kebutuhan listrik proses ........................................................................ 64

Tabel 4.5 Kebutuhan listrik utilitas ....................................................................... 65

Tabel 4.6 Total kebutuhan listrik .......................................................................... 66

Tabel 5.1 Karyawan proses ................................................................................... 89

Tabel 5.2 Jadwal kerja Kelompok Shift ................................................................ 91

Tabel 5.3 Sistem gaji karyawan ............................................................................ 92

Page 13: TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT …eprints.ums.ac.id/48051/8/HALAMAN DEPAN.pdf · penyusunan tugas prarancangan pabrik kimia ini. Penulis menyadari bahwa tugas prarancangan

xiii

Tabel 6.1 Cost index chemical plant ..................................................................... 99

Tabel 6.2 Total fixed capital investment ............................................................. 103

Tabel 6.3 Total working capital .......................................................................... 104

Tabel 6.4 Total capital investment ...................................................................... 104

Tabel 6.5 Direct manufacturing cost .................................................................. 104

Tabel 6.6 Indirect Manufacturing cost................................................................ 105

Tabel 6.7 Fixed manufacturing cost ................................................................... 105

Tabel 6.8 Total manufacturing cost .................................................................... 105

Tabel 6.9 General expense .................................................................................. 105

Tabel 6.10 Total production cost ........................................................................ 106

Tabel 6.11 Fixed cost .......................................................................................... 108

Tabel 6.12 Variable cost ..................................................................................... 108

Tabel 6.13 Regulated cost ................................................................................... 108

Tabel 6.14 Analisis kelayakan ............................................................................ 110

Page 14: TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT …eprints.ums.ac.id/48051/8/HALAMAN DEPAN.pdf · penyusunan tugas prarancangan pabrik kimia ini. Penulis menyadari bahwa tugas prarancangan

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram alir kualitatif pabrik asam nitrat dari asam sulfat dan

natrium nitratrat kapasitas 35.000 ton/tahun ................................ 16

Gambar 2.2 Diagram alir kuantitatif pabrik asam nitrat dari asam sulfat dan

natrium nitratrat kapasitas 35.000 ton/tahun ................................ 17

Gambar 2.3 Tata letak pabrik asam nitrat dari asam sulfat dan natrium

nitrat ................................................................................................ 27

Gambar 2.4 Tata letak peralatan proses pada pabrik asam nitrat dari asam

sulfat dan natrium nitrat.................................................................. 29

Gambar 4.1 Denah utilitas pada pabrik asam nitrat dari asam sulfat dan

natrium nitrat .................................................................................. 55

Gambar 5.1 Struktur organisasi perusahaan ....................................................... 82

Gambar 6.1 Hubungan tahun dan index cost pada pabrik asam nitrat ............. 100