TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK KARBON AKTIF DARI AMPAS BUAH MANGROVE (RHIZOPHORA MUCRONATA) KAPASITAS 10.000 TON/TAHUN HALAMAN JUDUL
Oleh :
1. Muhammad Kurniawan Arif Murti I 0509030 2. Yanuar Raka Siwi
I 0509042
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2014
i
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK KARBON AKTIF DARI AMPAS BUAH MANGROVE (RHIZOPORA MUCRONATA) KAPASITAS 10.000 TON/TAHUN
Oleh: Muh. Kurniawan Arif Murti Yanuar Raka Siwi
I0509030 I0509042
Pembimbing II
Pembimbing I
Wusana Agung W, S.T., M.T.
Ir. Paryanto, M.S.
NIP. 19801005 200501 1 001
NIP. 19580425 198601 1 001
Dipertahankan di depan tim penguji : 1. Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T., M.T. NIP. 19750411 199903 1 001 2. Dr. Margono, S.T., M.T. NIP. 19681107 199702 1 001
1……………………… 2………………………
Disahkan Ketua Jurusan Teknik Kimia
Dr. Sunu H. Pranolo commit to user
ii
NIP. 19690316 199802 1 001
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Allah SWT, karena rahmat dan hidayah-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunanlaporan tugas akhir dengan judul “Pra Rancangan Pabrik Karbon Aktif dari Ampas Buah Mangrove (Rhizophora Mucronata) Kapasitas 10.000 ton/tahun”. Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh
banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun
material 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. Paryanto, M.S. selaku Dosen Pembimbing I dan Wusana Agung Wibowo, S.T.,M.T. 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. Teman-teman angkatan 2008 dan 2009. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, karena itu penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan pembaca pada umumnya.
Surakarta, Januari 2014 commit to user
iii
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL................................................................................................ i LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... ii KATA PENGANTAR ........................................................................................... iii DAFTAR ISI.......................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vii DAFTAR TABEL................................................................................................ viii INTISARI........................................................................................................... viiix BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1 I.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik .................................................................. 1 I.2. Penentuan Kapasitas Rancang Pabrik........................................................... 2 I.3. Pemilihan Lokasi Pabrik............................................................................... 6 I.4. Tinjauan Pustaka........................................................................................... 9 I.4.1. Karbon aktif ........................................................................................... 9 I.4.2. Mangrove ............................................................................................... 9 I.4.3. Kegunaan Produk................................................................................. 11 I.4.4. Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk.................................... 12 I.4.5. Tinjauan Proses.................................................................................... 14 BAB II DESKRIPSI PROSES .............................................................................. 18 II.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ......................................................... 18 II.1.1. Spesifikasi Bahan Baku...................................................................... 18 II.1.2. Spesifikasi Produk .............................................................................. 19 II.2. Konsep Proses ........................................................................................... 19 II.2.1. Dasar Reaksi....................................................................................... 19 II.2.1. Mekanisme Reaksi ............................................................................. 20 II.2.3. Tinjauan Kinetika ............................................................................... 20 II.2.4. Tinjauan Termodinamika ................................................................... 21 II.3. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ................................................. 23 commit to user II.3.1. Diagram Alir Proses ........................................................................... 23 iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
II.3.2. Tahapan Proses................................................................................... 27 II.4. Lay Out Pabrik .......................................................................................... 38 II.5. Lay Out Peralatan ...................................................................................... 41 BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES.............................................................. 43 III.1. Alat Utama ............................................................................................... 43 III.2. Alat Pendukung........................................................................................ 49 BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM .................. 53 IV.1. Unit Pendukung Proses ............................................................................ 53 IV.1.1. Unit Pengadaan Air........................................................................... 54 IV.1.2. Unit Pengadaan Udara Tekan ........................................................... 58 IV.1.3. Unit Pengadaan Listrik ..................................................................... 59 IV.1.4. Unit Pengadaan Bahan Bakar ........................................................... 63 IV.2. Unit Pengolahan Limbah ......................................................................... 64 IV.2.1. Pengolahan Limbah Cair .................................................................. 64 IV.2.2. Pengolahan Limbah Gas ................................................................... 65 IV.3. Laboratorium............................................................................................ 65 IV.3.1. Analisis Bahan Baku......................................................................... 68 IV.3.2. Analisa Produk.................................................................................. 71 IV.3.3. Analisa Air Utilitas ........................................................................... 75 IV.4. Unit Keselamatan dan Kesehatan Kerja .................................................. 75 BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN............................................................. 78 V.1. Bentuk Perusahaan .................................................................................... 78 V.2. Struktur Organisasi.................................................................................... 79 V.3. Tugas dan Wewenang ............................................................................... 82 V.3.1. Pemegang Saham ............................................................................... 82 V.3.2. Dewan Komisaris ............................................................................... 82 V.3.3. Dewan Direksi.................................................................................... 83 V.3.4. Kepala Bagian .................................................................................... 84 V.3.5. Kepala Seksi....................................................................................... 86 V.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan .............................................................. 86 commit to user V.4.1. Karyawan Non Shift ........................................................................... 86 v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
V.4.2. Karyawan Shift .................................................................................... 87 V.5. Status Karyawan Dan Sistem Upah .......................................................... 88 V.6. Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ................................. 89 V.7. Jaminan Sosial Tenaga Kerja .................................................................... 91 BAB VI ANALISA EKONOMI........................................................................... 93 VI.1. Penaksiran Harga Peralatan ..................................................................... 94 VI.2. Dasar Perhitungan.................................................................................... 96 VI.3. Hasil Perhitungan..................................................................................... 97 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 105 LAMPIRAN........................................................................................................ 108
commit to user
vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar I.1 Grafik Hubungan Tahun Dengan Jumlah Impor Karbon Aktif ........... 3 Gambar I.2 Peta Lokasi Mangrove di Bontang...................................................... 8 Gambar I.3 Peta Lokasi Pabrik Karbon Aktif di Bontang ...................................... 8 Gambar II.1 Diagram Alir Kualitatif .................................................................... 24 Gambar II.2 Diagram Alir Kuantitatif .................................................................. 25 Gambar II.3 Diagram Alir Proses ......................................................................... 26 Gambar II.4 Lay Out Pabrik Karbon Aktif ......................................................... 40 Gambar II.5 Lay Out Peralatan Proses.................................................................. 42 Gambar IV.1 Skema Pengolahan Air Laut ........................................................... 57 Gambar V.1 Struktur Organisasi Pabrik Karbon Aktif Ampas Mangrove ........... 81 Gambar VI.1 Grafik Linierisasi Indeks Harga ...................................................... 95 Gambar VI.2 Grafik Analisa Kelayakan ............................................................. 104
commit to user
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel I.1 Data Impor Karbon Aktif di Indonesia.................................................... 3 Tabel I.2 Daftar Pabrik Produsen Karbon Aktif di Indonesia................................. 5 Tabel I.3 Daftar Pabrik Produsen Karbon Aktif di Dunia ..................................... 5 Tabel I.4 Penggunaan Karbon Aktif ................................................................... 11 Tabel I.5 Kondisi Operasi dan Variasi Proses Pyrolisis...................................... 14 Tabel I.6 Seleksi Proses Pengaktifan Arang ......................................................... 17 Tabel II.1 Spesifikasi Ampas Mangrove ............................................................. 18 Tabel II.2 Neraca Massa Total .............................................................................. 29 Tabel II.3 Neraca Massa Screw Pirolizer ............................................................. 30 Tabel II.4 Neraca Massa Rotary Kiln.................................................................... 31 Tabel II.5 Neraca Massa Mixer............................................................................. 31 Tabel II.6 Neraca Massa Rotary Cooler .............................................................. 32 Tabel II.7 Neraca Massa Washer .......................................................................... 32 Tabel II.8 Neraca Massa Centrifuge ..................................................................... 33 Tabel II.9 Neraca Massa Rotary Dryer ................................................................. 33 Tabel II.10 Neraca Panas Total Arus .................................................................... 34 Tabel II.11 Neraca Panas Screw Pirolizer ............................................................ 35 Tabel II.12 Neraca Panas Kiln .............................................................................. 35 Tabel II.13 Neraca Panas Mixer............................................................................ 36 Tabel II.14 Neraca Panas Rotary Cooler .............................................................. 36 Tabel II.15 Neraca Panas Washer ......................................................................... 37 commit to user
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Tabel II.16 Neraca Panas Centrifuge .................................................................... 37 Tabel II.17 Neraca Panas Arus Purging ............................................................... 37 Tabel II.18 Neraca Panas Rotary Dyer ................................................................. 38 Tabel III.1 Spesifikasi Screw Pyrolizer ................................................................ 43 Tabel III.2 Spesifikasi Mixer................................................................................. 44 Tabel III.3 Spesifikasi Rotary Kiln ....................................................................... 44 Tabel III.4 Spesifikasi Rotary Cooler ................................................................... 45 Tabel III.5 Spesifikasi Washer.............................................................................. 46 Tabel III.6 Spesifikasi Centrifuge ......................................................................... 47 Tabel III.7 Spesifikasi Rotary Dryer..................................................................... 47 Tabel III.8 Spesifikasi Belt Conveyor ................................................................... 49 Tabel III.9 Spesifikasi Bucket Elevator ................................................................ 49 Tabel III.10 Spesifikasi Blower............................................................................. 50 Tabel III.11 Spesifikasi Pompa ............................................................................. 50 Tabel III.12 Spesifikasi Tangki ............................................................................. 51 Tabel IV.1 Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi................................... 56 Tabel IV.2 Kebutuhan Air Laut ............................................................................ 57 Tabel IV.3 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas .................... 60 Tabel IV.4 Jumlah Lumen berdasarkan luas bangunan......................................... 61 Tabel IV.5 Total kebutuhan daya listrik pabrik disuplai generator ...................... 62 Tabel IV.6 Total kebutuhan bahan bakar pabrik................................................... 64 Tabel V.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift...................................................... 88 Tabel V.2 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ............................ 89 commit to user
ix
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Tabel VI.1 Indeks Harga Alat ............................................................................... 94 Tabel VI.2 Fixed Capital Investment .................................................................... 97 Tabel VI.3 Working Capital Investment ............................................................... 98 Tabel VI.4 Direct Manufacturing Cost ................................................................. 98 Tabel VI.5 Indirect Manufacturing Cost ............................................................... 99 Tabel VI.6 Fixed Manufacturing Cost .................................................................. 99 Tabel VI.7 General Expense ................................................................................. 99 Tabel VI.8 Analisa Kelayakan ............................................................................ 103
commit to user
x
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
INTISARI Muh.Kurniawan A.M., Yanuar Raka Siwi, 2014, Prarancangan Pabrik Karbon Aktif dari Ampas Buah Mangrove (Rhizophora mucronata) Kapasitas 10.000 Ton/Tahun, Jurusan Teknik Kimia, Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Karbon aktif merupakan bahan kimia yang saat ini banyak digunakan dalam industri yang menggunakan proses absorpsi dan purifikasi. Karbon aktif atau arang aktif adalah arang yang sudah diaktifkan sehingga pori – porinya terbuka dan permukaanya bertambah luas sekitar 300 m2/g – 2000 m2/g. permukaan arang aktif yang semakin luas ini menyebabkan daya absorbsinya terhadap gas atau cairan semakin tinggi. Bahan baku yang digunakan adalah ampas mangrove (Rhizophora mucronata). Pabrik karbon aktif ini akan didirikan di Bontang, Kalimantan Timur pada tahun 2017 dengan kapasitas 10.000 ton/tahun. Pembuatan karbon aktif ini melalui 4 tahap yaitu tahap persiapan bahan baku, pirolisis, aktivasi karbon, dan pemurnian produk. Pada tahap persiapan bahan baku, ampas mangrove yang berukuran 0,5-1 cm ditampung didalam silo. Setelah itu, ampas mangrove dimasukan kedalam screw pyrolizer menggunakan belt dryer. Tahap pirolisis dilakukan dalam screw pyrolizer dengan kondisi operasi suhu 4000C dan tekanan 1 atm. Tahap aktivasi karbon aktif dilakukan didalam rotary kiln dengan kondisi 9260C tekanan 1 atm. Tahap pemurnian produk, karbon aktif yang terbentuk dimurnikan dengan dicuci didalam washer pada suhu 350C tekanan 1 atm yang sebelumnya telah diturunkan suhunya dengan menggunakan rotary cooler pada suhu 700C dan tekanan 1 atm. Setelah itu pemurnian produk dilanjutkan dengan pengeringan menggunakan rotary dryer pada suhu 1200C dan tekanan 1 atm. Unit pendukung proses meliputi unit pengadaan air (proses ,konsumsi umum & sanitasi) yang bersumber dari Selat Makassar dengan kebutuhan sebesar 96.238,74 kg/jam, unit pengadaan listrik sebesar 379,54 kW dari PLN, unit pengadaan bahan bakar gas alam 0,716 m3/jam dan IDO 120 L/jam, unit pengadaan udara tekan sebesar 23,79 m3/jam. Limbah cair dibuang ke laut. Limbah gas dimanfaatkan sebagai pemanas pada proses pirolisis, penguapan air di unit utilitas dan dibuang di udara bebas. Pabrik juga didukung dengan laboratorium yang berfungsi untuk mengontrol kualitas bahan baku (cawan porselen, furnace, oven), dan produk (Oven, cawan porselen, furnace, gelas beaker) Bentuk perusahaan yang dipilih adalah Perseroan Terbatas dengan struktur line and staff. Jumlah kebutuhan tenaga kerja sebanyak 141 orang. Hasil analisis ekonomi didapatkan Rate of Return (ROI) sebesar 42,61 % sebelum pajak dan 29,83 %sesudah pajak. Pay Out Time (POT) didapatkan sebesar 1,90 tahun sebelum pajak dan 2,51 tahun sesudah pajak. Break Even Point (BEP) sebesar 43,09 %, Shut Down Point (SDP) sebesar 24,38 %dan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 21,16 %. Dari hasil analisa ekonomi dapat disimpulkan commit to user pabrik karbon aktif alami layak didirikan. xi
