naskah publikasi prarancangan pabrik asam oksalat dihidrat dari

NASKAH PUBLIKASI
PRARANCANGAN PABRIK ASAM OKSALAT DIHIDRAT
DARI MOLASSES DAN ASAM NITRAT
KAPASITAS 15.000 TON/TAHUN
PUBLIKASI ILMIAH
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata 1 pada Jurusan
Teknik Kimia Fakultas Teknik
Oleh :
Efany Sara
D 500 110 038
Dosen Pembimbing :
1. Dr. Ir Ahmad M. Fuadi, M.T.
2. Emi Erawati, S.T., M.Eng
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
HALAMAN PERSETUJUAN
PRARANCANGAN PABRIK ASAM OKSALAT DIHIDRAT
DARI MOLASSES DAN ASAM NITRAT DENGAN
KAPASITAS 15.000 TON/TAHUN
PUBLIKASI ILMIAH
oleh:
EFANY SARA
D 500 110 038
Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh:
Dosen Pembimbing
PERNYATAAN KEASLIAN NASKAH PUBLIKASI
Saya yang bertanda tangan dibawah ini :
Nama
: Efany Sara
NIM
: D 500 110 038
Fakultas/Jurusan
: Teknik/Teknik Kimia
Judul
: Prarancangan Pabrik Asam Oksalat Dihidrat dari
Molasses dan Asam Nitrat dengan Kapasitas 15.000
Ton/Tahun.
Menyatakan bahwa naskah publikasi yang saya buat dan serahkan ini
meruakan hasil karya sendiri, kecuali kutipan-kutipan dan ringkasan-ringkasan
yang semuanya telah saya jelaskan dari mana sumbernya. Apabila dikemudian
hari dapat dibuktikan bahwa tugas akhir ini hasil jiplakan, maka saya akan
bersedia menerima sanksi sesuai dengan peraturan yang telah dibuat.
Surakarta, April 2016
Yang menyatakan
PRARANCANGAN PABRIK ASAM OKSALAT DIHIDRAT DARI MOLASSES
DAN ASAM NITRAT KAPASITAS 15.000 TON/TAHUN
ABSTRAK
Perancangan pabrik asam oksalat dihidrat dari molasses dan asam nitrat dengan
kapasitas 15.000 ton/tahun direncanakan didirikan pada tahun 2020 di Kawasan Industri
Gresik, Jawa Timur. Pabrik direncanakan akan didirikan beroperasi secara kontinyu selama
330 hari per tahun dengan jumlah karyawan 115 orang. Di Indonesia sendiri pabrik asam
oksalat belum ada, sehingga jika didirikan pabrik asam oksalat maka akan memenuhi
kebutuhan dalam negeri dan mengurangi impor produk asam oksalat dari luar negeri. Tahap
pembuatan asam oksalat dengan proses oksidasi asam nitrat dimulai dengan persiapan bahan
baku molasses sebanyak 1861,134 kg/jam dan asam nitrat sebesar 3400,95 kg/jam,
dilanjutkan dengan tahap reaksi pembentukan asam oksalat, tahap pengkristalan, dan tahap
pengeringan produk. Reaksi pembentukan asam oksalat, dibantu dengan katalis H2SO4 dan
V2O5 sebanyak 646,21 kg/jam dan 0,063 kg/jam menggunakan reaktor Continous Strired Tank
Reaktor (CSTR). Reaksi berlangsung pada fase cair-cair, reversible, eksotermis, dan bersifat
nonisothermal pada suhu 71oC dan tekanan 1 atm. Untuk menunjang proses produksi, maka
perlu didirikan unit pendukung proses atau utilitas yang meliputi unit penyediaan air sebesar
68.428,286 kg/jam, listrik yang dipelukan sebesar 567,338 kW, udara tekan sebesar 150
m3/jam, dan kebutuhan bahan bakar sebesar 367,775 liter/jam serta laboratorium. Dari
analisa ekonomi yang dilakukan terhadap pabrik ini dengan modal tetap Rp 24.765.546.310
dan modal kerja sebesar Rp 30.945.467.632,0 diperoleh Return of Investment (ROI) sebelum
pajak yaitu 33,7% dan setelah pajak adalah 25,3%. Sedangkan Pay Out Time (POT) setelah
dan sesudah pajak yaitu 2,29 tahun dan 2,83 tahun. Break Event Point dan Shut Down Point
sebesar 40,8% dan 21,5%. Untuk Internal Rate of Return yang didasari perhitungan DCF
terhitung sebesar 38%. Berdasarkan perhitungan analisa ekonomi maka dapat disimpulkan
bahwa pabrik ini layak didirikan.
Kata kunci : Asam Oksalat Dihidrat, Proses Oksidasi Asam Nitrat, CSTR
ABSTRACT
The manufacture of oxalic acid dihydrate from molasses and nitric acid with a
capacity of 15,000 ton/year was planned to be established in 2020 in the Industry Area of
Gresik, East Java. The manufacturer was planned to be established to operate continuously
for 330 days per year with an amount of employees as many as 115 people. In Indonesia
itself, there is no manufacturer of oxalic acid, therefore, if the manufacturer oxalic acid is
established, it will fulfill the domestic needs and will reduce the import of oxalic acid product
from foreign countries. The stages of making oxalic acid through an oxidation process of
nitric acid is begun with the preparation of the raw material of molasses as much as 1861.134
kg/hours and nitric acid as much as 3400.95 kg/hours, continued with the stage of reaction
of forming oxalic acid, the stage of crystallization, and the stage of drying the product. The
reaction of forming oxalic acid is helped by catalysts H2SO4 and V2O5 as much as 646.21
kg/hours and 0.063 kg/hours using the reactor of Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR).
The reaction takes place in the phase of liquid-liquid, reversible, exothermic, and non
isothermal at temperature of 71oC and pressure of 1 atm. To support the process of
production, the supporting unit of process or utilities is needed to establish comprising a unit
of water supply as much as 68,428.286 kg/hours, the electricity needed is as much as 567.338
kW, the compressed air is as much as 150 m3/hours, and the needs of fuel as much as
367,775 liters/hours as well as laboratory. From the economic analysis conducted to this
manufacturer with a fixed capital as much as IDR 24,765,546,310 and the working capital as
much as IDR 30,945,467,632, it obtains Return of Investment (ROI) before tax as much as
33.7% and after tax as much as 25.3%. Meanwhile, Pay Out Time (POT) before and after tax
are 2,29 years and 2,83 years. Break Event Point and Shut Down Point are as much as 40,8%
and 21,5%. For Internal Rate of Return based on DCF is counted as much as 38%. Based on
the calculation of the economic analysis, it can be concluded that this manufacturer is
reasonable to establish.
Keywords: Oxalic acid dihydrate, Oxidation Process of Nitric acid, CSTR
1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan dan pertumbuhan industri merupakan bagian dari usaha dalam
rangka memasuki pembangunan jangka panjang yang ditunjukan untuk menciptakan
struktur ekonomi yang kuat dan seimbang, yaitu struktur dan titik berat pada industri
maju yang didukung dengan sektor pertanian yang tangguh. Sedangkan Indonesia sendiri
merupakan Negara yang masih ketergantungan terhadap produk–produk impor dari luar
negeri.
Indonesia masih banyak mengimpor bahan baku maupun produk kimia dari pada
memproduksi sendiri untuk kebutuhan dalam negeri untuk ekspor ke luar negeri. Oleh
karena itu, perlu dilakukan usaha untuk mencukupi produksi bahan kimia dalam negeri
dan untuk mengurangi konsumsi bahan kimia dari luar negeri (impor). Salah satu dari
produk tersebut adalah asam okasalat.
Asam oksalat mempunyai rumus molekul H2C2O4 dengan nama sistematis asam
etanadinoat. Adapun kegunaan asam oksalat dalam sector industri antara lain pewarnaan
kain dalam industry tekstil, pelapis besi (anti karat), elektrolit, pemutih pada gabus,
produksi cobalt, bahan baku agrochemical, farmasi, dan sebagainya.
1.2 Penentuan Kapasitas Pabrik
Penentuan kapasitas suatu rancangan pabrik merupakan faktor yang paling penting
dalam perhitungan teknis dan ekonomi. Pabrik asam oksalat dyhidrate dari molasses dari
asam nitrat direncanakan akan didirikan deengan kapasitas 15.000 ton/tahun, dengan
pertimbangan sebagai berikut :
a. Kebutuhan asam oksalat di Indonesia yang setiap tahunnya mengalami kenaikan.
Hal tersebut menjadi peluang untuk mendirikan pabrik asam oksalat di Indonesi.
Tabel 1 merupakan data impor asam oksalat di Indonesia dari tahun 2009-2013.
Tabel 1. Data Impor Asam Oksalat (BPS, 2009-2014)
Tahun
Jumlah (kg)
2009
1183856
2010
1498327
2011
1321355
2012
1438517
2013
1469626
b. Berdasarkan kapasitas pabrik yang sudah berdiri dan jumlah permintaan asam
oksalat di dunia dapat dilihat pada tabel 2.
Tabel 2. Kapasitas Pabrik yang Sudah Berdiri (Krik and Othmer, 1994)
Proses
Sodium Formate
Diakyl Oxalate
Propylene
Company
UBE Industries
Rhốne - Paulenc
Mitsubishi Gas
Chemical
Ethylene Glycol
Oxidation of
Carbonhydrates
Lokasi
China
Japan
France
Kapasitas(ton/tahun)
100000
6000
65000
Japan
12000
Brazil, China, Taiwan,
India, Korea, and Spain
±1800
c. Ketersediaa bahan baku utama asam oksalat adalah molasses, yang dimana
kebutuhan molasses dipenuhi oleh PTPN X.
2. DISKRIPSI PROSES
2.1 Dasar Reaksi
Reaksi oksidasi molasses dengan asam nitrat adalah sebagai berikut :
C6H12O6 + 6HNO3 3(COOH)2 + 6H2O + 6NO
……(1)
o
Reaksi berlangsung dalam reaktor CSTR pada suhu 71 C dan tekanan atmosferis
dengan perbandingan mol 1:6. Reaksi bersifat reversible, eksotermis, dan nonisothermal.
Dalam proses ini dibantu dengan katalis HNO3 dan V2O5 sebesar 30% dan 0,0030%
dari bahan baku untuk mempercepat reaksi.
2.2 Tinjauan Termodinamika
Tabel 3. Data ∆H Reaksi (Yaws, C., 1999)
komponen
C6H12O6
HNO3
H2C2O4
H2O
NO(g)
∆H (J/mol)
-1262190.00
-174100.00
-826780.00
-285830.00
90300.00
Reaksi :
C6H12O6 + 6HNO3 3(COOH)2 + 6H2O + 6NO
∆Hr
……(2)
= ∆𝐻°𝑓 produk - ∆𝐻°𝑓 reaktan
=((3 × −197,7055) + (6 × 21,5703) + (6 × −68,315)) −
((−304,7323) + (6 × −41,5703))
= −319,187 kKal/mol
Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa harga entalphi pembentukan negatif, hal
tersebut berarti reaksi bersifat eksotermis.
2.3 Langkah-langkah Proses
a) Tahap persiapan bahan baku
Bahan baku molasses disimpan dalam tangki penyimpanan (F-101). Kapasitas
tangki dibuat untuk persediaan molasses selama 15 hari dengan kondisi operasi pada
suhu kamar. Kemudian dipompakan ke dalam tangki treatment molasses (R-100) untuk
b)
c)
d)
e)
dihidrolisis dan menghasilkan monosakarida (C6H12O6). Kemudian campuran C6H12O6
dan impuritasnya dipisahkan menggunakan centrifuge 1 (H-110) untuk mendapatkan
C6H12O6 yang benar–benar bebas dari impuritasnya. Lalu, C6H12O6 dipompa ke
reaktor sebagai umpan.
Bahan baku asam nitrat disimpan dalam tangki penyimpanan (F-122).
Sebelum dipompakan ke reaktor, asam nitrat dipanaskan dalam HE hingga suhu 71oC.
Kapasitas tangki dibuat untuk persediaan selama 15 hari. Kemudian asam nitrat
dipompa ke reaktor sebagai umpan. Selain dari tangki penyimpanan, asam nitrat
didapatkan dari recovery gas nitrogen monosida yang dihasilkan dari reaksi oksidasi
glukosa dengan asam nitrat dan dari hasil atas menara distilasi.
Tahap Reaksi Pembentukan Asam Oksalat
Pada proses pembentukan asam oksalat, reaksi berlang pada fase cair-cair
pada suhu 71oC dan tekanan 1 atm. Reaksi bersifat reversible, eksotermis, dan nonisothermal. Untuk menjaga suhu agar tidak berubah, maka digunakan jaket pendingin.
Tahap Pengkristalan Asam Oksalat
Asam oksalat yang keluar dari reaktor dimasukan ke cryslallizer untuk
mengkristalkan asam oksalat menjadi asam oksalat dihidrat. Tipe kritalizer yang
digunakan adalah swensons walker crystallizer dan suhu yang keluar yaitu 40oC.
Kemudian campuran asam oksalat dehydrate dan cairan induk dipisahkan dengan
menggunakan centrifuge (H-140). Untuk mendapatkan kemurnian asam oksalat yang
tinggi, hasil kristal asam oksalat dicuci dengan air dalam tangki redissolving (M-150).
Sedangkan cairan induknya dipompa menuju ke tangki mother liquor (M-190).
Kemudian hasil produk dari tangki redissolving dikristalkan kembali menggunakan
kristalizer 2 (S-160) lalu dipisahkan dari cairan induknya menggunakan centrifuge (H170).
Tahap Pengeringan
Kristal asam oksalat dehydrate (C2H2O4.2H2O) yang keluar dari centrifuge 3 (H-170)
diumpankan ke rotary dryer (B-180) dengan menggunakan bucket elevator (J-181) untuk
dikeringkan. Pada rotary dryer digunakan udara panas suhu 131oC yang telah dipanaskan
menggunakan heat exchanger (E-186). Udara yang keluar dari rotary dryer masih sedikit
mengandung asam nitrat, sehingga dimasukan ke unit pengolahan limbah.
Tahap Pengemasan Asam Oksalat
Kristal C2H2O4.2H2O yang telah kering diangkut menggunakan bucket elevator (J171) kemudian dibawa ke bin produk (F-183). Selanjutnya dilakukan pengemasan di
unit pengemasan (gudang).
3. SPESIFIKASI ALAT PROSES
3.1 REAKTOR
Kode
: R-120
Tugas
: Mereaksikan glukosa (C6H12O6) dengan asam nitrat
(HNO3) menjadi asam oksalat (H2C2O4) sebanyak
769,86277 kg/jam.
Jenis alat
: Silinder tegak berpengaduk
Kondisi operasi
: T = 71oC, P = 1 atm
Dimensi
:
 D
: 3,062 m
 H
: 4,4634 m
Bahan
3.2 KRISTALIZER
Kode
Tugas
: Stainless steel SA 167 type 304 grade 3
Jenis alat
Kondisi operasi
Dimensi
 Diameter
 Panjang
Bahan konstruksi
Putaran pengadukan
Power
3.3 ROTARY DRYER
Kode
Tugas
Jenis alat
Kondisi operasi
Dimensi
 Panjang
 Diameter
Bahan
3.4 ABSORBER
Kode
Tugas
Kondisi operasi
Diameter
Tinggi
Bahan konstruksi
3.5 MENARA DISTILASI
Kode
Tugas
: S-130
: Mengkristalkan asam oksalat menjadi asam oksalat
dihidrat (H2C2O4.2H2O) sebanyak 3.335,6917
kg/jam.
: Swenson Walker Crystallizer
: T = 40oC, P = 1 atm
:
: 3,9734 ft
: 20 ft
: Stainless steel SA 240 type 347 grade C
: 7 rpm
: 1 HP
: B-180
:Mengeringkan kristal asam oksalat dihidrat
(H2C2O4.2H2O).
: Rotary dryer counter courent direct heat single
shell
: P = 1 atm
:
: 12,669 m
: 1,6553 m
: Stainless steel SA 240 type 347 grade C
: D-230
: Menjerap gas NO2 dengan menggunakan air
menjadi HNO3 sebanyak 1.645,43230 kg/jam.
: T = 72,32oC, P = 1 atm
:1m
: 6,7 m
: Stainless steel SA 240 type 410 grade A
: D-210
: Memurnikan asam nitrat yang keluar dari
evaporator sebanyak 1778,2137 kg/jam.
Jenis
: Sieve Tray
Spesifikasi
:
 Diameter
: 2,3 m
 Tinggi
: 16,91 m
Bahan konstruksi
: Stainless steel SA 240 type 347 grade C
3.6 CENTRIFUGE
Kode
Tugas
: H-110
: Memisahkan C6H12O6 sebanyak 1.319,3644
kg/jam dari impuritasnya.
Jenis alat
Kondisi operasi
Dimensi
 Diameter
 Panjang
Tenaga motor
Bahan konstruksi
: Sedimenting Centrifuge Noozle Discharge
: T = 60oC, P = 1 atm
:
: 10 in
: 25 in
: 20 HP
: Carbon steel SA 283 grade C
3.7 MOLASSES TREATMENT TANK (HIDROLIZER)
Kode
: R-100
Fungsi
: Menghidrolisis monosakarida menjadi disakarida
sebanyak 2.784,61 kg/jam
Kondisi operasi
: T = 71oC, P = 1 atm
Diameter
: 3,9 m
Tinggi
: 5,7 m
3.8 REDISOLVING TANK
Kode
Fungsi
Kondisi operasi
Diameter
Tinggi
Bahan konstruksi
: M-160
: Melarutkan asam oksalat dihidrat sebanyak
3521,54 kg/jam.
: T = 65oC, P = 1 atm
: 1,321 m
: 1,906 m
: Stainless steel SA 240 type 347 grade C
3.9 MOTHER LIQUOR TANK (MLT)
Kode
Fungsi
Kondisi operasi
Diameter
Tinggi
Bahan konstruksi
3.10 EVAPORATOR
Kode
Fungsi
: M-190
: Menampung larutan induk dari centrifuge 2 dan
centrifuge 3 sebanyak 2.603,0526 kg/jam.
: T = 39,02 dan P = 1 atm
: 1,522 m
: 2,045 m
: Stainless steel SA 240 type 347 grade C
: V-200
: Menguapkan air dan asam nitrat sebanyak
1.778,213 kg/jam.
: T = 110oC, P = 1 atm
: 11,551 ft
: 18 ft
: Stainless steel SA 240 type 347 grade C
Kondisi operasi
Diameter
Tinggi
Bahan konstruksi
3.11 REAKTOR PIPA (PLUG FLOW REACTOR)
Kode
: R-220
Fungsi
: Mereaksikan gas NO dengan udara menjadi NO2
sebanyak 3640,94 kg/jam
Kondisi operasi
: T = 71oC, P = 5,9 atm
Diameter pipa
: 3 in
Panjang pipa
: 20 ft
Jumlah pipa
: 24 pipa
Bahan konstruksi
: Stainless steel SA 167 type 304 grade 3
4. UTILITAS
Unit pendukung proses atau biasa disebut dengan unit utilitas merupakan bagian
penting yang menunjang kelancaran proses produksi. Dalam perancangan pabrik Asam
Oksalat Dihidrat ini, sumber air yang digunakan berasal dari air sungai.
Dalam pabrik asam oksalat ini, utilitas yang dibutuhkan antara lain :
a. Unit penyediaan air = 68.428,286 kg/jam
b. Unit penyediaan steam = 6.399,19 kg/jam
c. Unit penyediaan listrik = 567,338 kW
d. Unit penyediaan bahan bakar = 367,775 L/jam
e. Unit penyediaan udara tekan = 150 m3/jam
5. MANAJEMEN PERUSAHAAN
Pabrik asam oksalat dihidrat dari molasses atau tetes tebu dengan molasses yang
direncanakan didirikan berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dengan lokasi perusahaan di
Gresik, Jawa Timur dengan jumlah karyawan 115 orang yang terbagi atas karyawan nonshift dan karyawan shift.
6. ANALISA EKONOMI
Untuk mendapatkan perkiraan tentang kelayakan investasi, besarnya keuntungan,
lamanya modal investasi akan kembali dan titik impas dimana total biaya produksi sama
dengan keuntunga (tidak rugi tidak untung) maka diperlukan analisa ekonomi. Selain itu,
hal tersebut juga dimaksudkan untuk mengetahui pabrik tersebut layak didirikan atau
tidak.
Dari analisa ekonomi yang dilakukan terhadap pabrik ini dengan modal tetap Rp
24.765.546.310 dan modal kerja sebesar Rp 30.945.467.632,0 diperoleh Return of Investment
(ROI) sebelum pajak yaitu 33,7% dan setelah pajak adalah 25,3%. Sedangkan Pay Out Time
(POT) setelah dan sesudah pajak yaitu 2,29 tahun dan 2,83 tahun. Break Event Point dan
Shut Down Point sebesar 40,8% dan 21,5%. Untuk Discount Cash Flow (DCF) terhitung
sebesar 38%.
Gambar 1. Grafik Analisa Kelayakan Ekonomi Pabrik Asam Oksalat Dihidrat
dari Molasses dan Asam Nitrat.
7. KESIMPULAN
Pabrik Asam Oksalat Dihidrat digolongkan pabrik beresiko rendah. Karena
beroperasi pada tekanan atmosferis. Hasil kelayakan ekonomi ditunjukkan dalam tabel
berikut :
Tabel 3. Analisa Kelayakan Ekonomi
Keterangan
Perhitungan
Batasan
1. Persen Return on Investment
ROI sebelum pajak
33,7%
min. 11 %
ROI setelah pajak
25,3%
-
2. Pay Out Time (POT)
POT sebelum pajak
2,29
maks. 5 tahun
POT setelah pajak
2,83
-
3. Break Even Point (BEP)
40,8%
40 – 60 %
4. Shut Down Point (SDP)
21,5%
20 – 30 %
5. Discounted Cash Flow (DCF)
38%
min 10% (Kredit)
min 7% (Deposito)
Berdasarkan hasil analisa kelayakan, dapat disimpulkan bahwa Pabrik Asam Oksalat
Dihidrat dari Molasses dan Asam Nitrat dengan kapasitas 15.000 ton/tahun ini layak
untuk didirikan.
DAFTAR PUSTAKA
Aries, R.S., and Newton, R.D., 1955, “Chemical Engineering Cost Equipment”, Mc Graw Hill
Book Company, New York.
BPS,
2014,
“Badan
Pusat
Statistik
Ekspor
dan
Impor”,
http://www.bps.go.id/all_newtemplate.php. Diakses pada 14 Juni 2015 pukul 10.13
WIB
Brownell, L.E., and Young, E.H., 1979, “Process Engineering Design”, 3rded, Willey Eastern
Itd. New Delhi.
Kirk, R.E., and Othmer, D.F., 1994, “Encyclopedia of Chemcal Technology” 3rd ed., Vol.19,
Intersience Publishing Inc., New York.
Levenspiel, O., 1976, “Chemical Reaction Engineering”, 2sd ed., John Willley and Sons Inc.,
New York.
Matches,
2014,
“Matche’s
Process
Equipment
Cost
Estimates”,
http://www.matche.com/equipcost/Default.html, Diakses pada 2 Februari 2016
pukul 09.18 WIB.
Perry, R.H., and Green, D., 1999, “Perry’s Chemical Engineering Hand Book”, 7th ed., Mc
Graw Hill Book Company Inc., New York.
Subagyo, P., 2000, “Manajemen Operasi”, BPFE UGM, Yogyakarta.
Sutojo, S., 1986, “Manajemen Perusahaan Indonesia”, Pustaka Binaman Pressindo,
Jakarta.
Syukron, A., 2010, “Pengantar Manajemen Industri”, Graha Ilmu, Jakarta.
Ulrich, G.D., 1984, “A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economic”, John
Willey and Sons Inc., Canada.
Yaws, C.L., 1999, “Chemical Properties Handbook”, Mc Graw Hill Inc., New York.
Zulfikarijah, F., 2005, “Manajemen Operasional”, UMM-Press, Malang.