MAKALAH PRARANCANGAN PABRIK PRARANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT DARI NATRIUM NITRAT DAN ASAM SULFAT DENGAN PROSES DIFFUSI KAPASITAS 72.500 TON/TAHUN
Oleh : Cahyo Wibowo Saputra D 500 000 061
Dosen Pembimbing : Dr. Ir. H. Ahmad M Fuadi, MT Ir. H. Haryanto AR, M.S
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA SURAKARTA 2010 i
HALAMAN PENGESAHAN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK KIMIA
Nama NIM
: Cahyo Wibowo Saputra : D 500 000 061
Judul TPP
: Prarancangan Pabrik Asam Nitrat dari Natrium Nitrat dan Asam Sulfat Dengan Proses Diffusi Kapasitas 72.500 Ton per Tahun.
Dosen Pembimbing
: 1. Dr. Ir. H. Ahmad M Fuadi, MT 2. Ir. H. Haryanto AR, MS
Surakarta,
Agustus 2010
Menyetujui :
Dosen pembimbing I
Dosen pembimbing II
Dr. Ir. H. Ahmad M Fuadi, MT NIK. 618
Ir. H. Haryanto AR, MS NIP. 196307051990031002
Dekan
Kepala Jurusan
Ir. Agus Riyanto, MT NIK. 483
Ir. H. Haryanto AR, MS NIP. 196307051990031002 ii
INTISARI
Asam nitrat dapat digunakan sebagai pengoksidasi yang kuat. Secara rinci asam nitrat dapat digunakan sebagai : nitrating agent, oxidazing agent, pelarut, katalis dan hydrolizing agent. Di industri, asam nitrat digunakan pada pabrik plastik, syntetis fibre, nitroglycerine, TNT, cellulose, nitrat dan beberapa bahan nitro organik lainnya. Secara umum asam nitrat banyak digunakan dalam industri pupuk, kenyataannya kurang lebih 65% asam nitrat diproduksi dengan penambahan amoniak untuk menghasilkan amonium nitrat yang digunakan sebagai pupuk buatan. Untuk memenuhi kebutuhan HNO3 dalam negeri pada tahun 2014 sebanyak 62.461,05 ton/tahun, maka perancangan pabrik asam nitrat dibuat dengan Kapasitas 72.500 ton/tahun dan sisanya bisa diekspor ke luar negeri untuk menambah devisa negara. Proses reaksi pembuatan produk HNO3 menggunakan proses reaksi difusi. Alat-alat yang digunakan dalam proses pembuatan produk HNO3 adalah reaktor RATB (CSTR). Pada reaksi pembentukan asam nitrat ini merupakan reaksi irreversible, pada suhu umpan 150°C dan tekanan 1 atm sehingga reaksi yang terjadi eksotermis. Hasil yang keluar dari reaktor dipisahkan kembali menuju alat absorber, separator, bleacher, centrifuge, kristalizer dan rotary drum dryer, produk yang dihasilkan sebanyak 9.154,0404 kg/jam. Unit pendukung proses terdiri dari unit penyedia air domestik sebanyak 1.339,5492 kg/jam serta unit penyedia air proses sebanyak 485,0500 kg/jam, dan sebagai penyedia steam sebanyak 2.234,6792 kg/jam yang diperoleh dari boiler dengan bahan bakar fuel oil sebanyak 7.392,1790 liter/jam, kebutuhan air tersebut diperoleh dari air sungai Brantas. Kebutuhan listrik disuplai dari PLN dan generator set sebesar 400 kW sebagai cadangan. Modal tetap yang diperlukan untuk mendirikan pabrik sebesar Rp. 876.482.660.920,89 dan modal kerja sebesar Rp. 126.791.694.816,41. Dari analisis ekonomi terhadap pabrik ini menunjukkan keuntungan sebelum pajak sebesar Rp 205.305.808.727,07 per tahun dan sesudah pajak sebesar Rp 143.714.066.108,95 per tahun. Percent Return On Invesment (ROI) sebelum pajak 23,424% dan sesudah pajak 16,397% sedangkan Pay Out Time (POT) sebelum pajak 2,992 per tahun dan sesudah pajak 3,788 per tahun. Break Event Point sebesar 50% dan Shut Down Point 20,09%. Discounted Cash Flow (DCF) terhitung sebesar 34,918% dari data diatas dapat disimpulkan bahwa pabrik ini menguntungkan dan layak didirikan.
iii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb. Alhamdulillah, puji syukur ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan segala rahmat hidayah dan petunjuknya-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan tugas akhir prarancangan pabrik kimia ini dengan baik. Tak lupa sholawat serta salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW, keluarga, sahabat dan seluruh pengikutnya. Tugas Prarancangan Pabrik Kimia merupakan tugas akhir yang harus diselesaikan oleh setiap mahasiswa Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta sebagai prasyarat untuk menyelesaikan jenjang studi sarjana. Dengan tugas ini diharapkan kemampuan penalaran dan penerapan teori-teori yang telah diperoleh selama kuliah dapat berkembang dan dapat dipahami dengan baik. Judul Tugas Akhir ini adalah Prarancangan Pabrik Asam Nitrat dari Asam Sulfat dan Asam Nitrat Kapasitas 72.500 Ton/Tahun. Adanya prarancangan pabrik ini diharapkan dapat memperkaya alternatif industri masa depan bagi Indonesia. Penyelesaian penyusunan laporan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan dan bimbingan serta dorongan dari berbagai pihak. Melalui laporan ini penyusun ingin mengucapkan terima kasih yang tiada terhingga, terutama kepada : 1. Bapak Ir. H. Haryanto AR, M.S., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta dan Pembimbing II. 2. Bapak Dr.Ir. Ahmad Fuadi, MT.selaku Dosen Pembimbing I. 3. Bapak dan Ibu Dosen Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta atas segala bimbingan dan arahannya.
iv
4. Keluarga yang selalu mendoakan dan memberi semangat serta dukungan, terutama orang tua ku. 5. De Inna yang selalu memberiku semangat dan selalu mengingatkan aku untuk shalat 5 waktu. 6. Teman-temanku yang ada di kost klenik dan kost hidayah,yang selalu memberiku semangat. 7. Teman seperjuangan angkatan 2000, Didi, Udin, Heri, Indah, Yeyen dan Edelwis. 8. Teman seperjuangan angkatan 2006, Hadi, Suryo, Reza dan Hendrik. 9. Sugeng Tri Heri Wibowo yang telah menjadi sahabatku dikala aku susah maupun senang. 10. Imam Mustaqim yang telah banyak membantu dalam penggarapan skripsiku.
Penyusun menyadari bahwa dalam penyusunan laporan tugas akhir ini masih
banyak
terdapat
kekurangan
dan
kesalahan,
untuk
itu
penulis
mengharapkan saran dan kritik membangun demi kesempurnaan laporan ini. Dan semoga laporan ini bermanfaat bagi semua pihak. Akhir kata penulis mohon maaf apabila ada salah kata, dan terima kasih. Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Surakarta, Juli 2010 Penyusun
v
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL .......................................................................................... i HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ ii INTISARI ........................................................................................................... iii KATA PENGANTAR ........................................................................................ iv DAFTAR ISI ....................................................................................................... vi DAFTAR TABEL .............................................................................................. ix DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xi BAB I. PENDAHULUAN .................................................................................. 1 1.1. Latar Belakang Masalah .................................................................... 1 1.2. Kapasitas Pabrik ............................................................................... 2 1.2.1 Kebutuhan Asam Nitrat ............................................................. 2 1.2.1 Ketersediaan Bahan Baku ......................................................... 5 1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik .................................................................... 6 1.3.1 Faktor Primer ............................................................................ 6 1.3.2 Faktor Sekunder ........................................................................ 7 1.4. Tinjauan Pustaka ............................................................................... 9 1.4.1. Pemilihan Proses...................................................................... 10 1.4.2. Kegunaan Produk ..................................................................... 12 1.4.3. Sifat Fisika dan Sifat Kimia Bahan Baku dan Produk.............. 12 1.4.4. Tinjauan Proses......................................................................... 14 BAB II. DISKRIPSI PROSES .......................................................................... 16 2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ................................................ 16 2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku ......................................................... 16 2.1.2. Spesifikasi Produk ................................................................. 16 2.2.Konsep Proses ................................................................................... 17 2.2.1. Dasar Reaksi .......................................................................... 17 2.2.2. Kondisi Operasi ..................................................................... 17
vi
2.2.3. Tinjauan Termodinamika....................................................... 17 2.2.4. Tinjauan Termodinamika....................................................... 19 2.2.5. Langkah Proses........................................................................21 2.3. Diagram Alir Proses ........................................................................ 23 2.4.Diagram Alir Neraca Massa dan Neraca Panas ............................... 24 2.4.1. Diagram Alir ......................................................................... 25 2.4.2. Neraca Massa dan Panas ....................................................... 30 2.5. Tata Letak Pabrik dan Peralatan ..................................................... 33 2.5.1. Tata Letak Pabrik .................................................................... 33 2.5.2. Tata Letak Peralatan ............................................................... 36 BAB III. SPESIFIKASI PERALATAN PROSES .......................................... 39 3.1 Reaktor ............................................................................................... 39 3.2 Separator ............................................................................................ 40 3.3 Absorber ............................................................................................. 40 3.4 Bleacher ............................................................................................. 41 3.5 Kristalizer ........................................................................................... 41 3.6 Centrifuge ........................................................................................... 42 3.7 Rotary dryer ....................................................................................... 42 3.8 Silo ..................................................................................................... 43 3.9 Tangki ................................................................................................ 44 3.10 Heat Exchanger ................................................................................ 48 3.11 Pompa ............................................................................................... 48 3.12 Screw Conveyor (SC) ....................................................................... 54 3.13 Bucket Elevator (BE) ........................................................................ 55 3.14 Condensor ........................................................................................ 56 3.15 Cooler-01 .......................................................................................... 58 BAB IV. UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ............. 61 4.1. Unit Pendukung Proses ................................................................... 61 4.1.1.Unit Penyediaan dan Pengolahan Air..................................... 62 4.1.2. Unit Penyediaan Steam .......................................................... 79 4.1.3. Unit Penyedia Listrik ............................................................ 79
vii
4.1.4. Uni Penyedia Bahan Bakar ................................................... 82 4.1.5. Unit Penyedia Udara Tekan .................................................. 83 4.1.6. Unit Pengelolahan Limbah ................................................... 83 4.2 Laboratorium ................................................................................... 84 4.2.1 Program Kerja Laboratorium ............................................... 85 4.2.2 Penangan Sampel ................................................................ 86 4.3 Keselamatan dan Kesehatan Kerja .................................................. 86 BAB V. MANAJEMEN PERUSAHAAN ........................................................ 88 5.1.Bentuk Perusahaan ............................................................................ 88 5.2.Struktur Organisasi ........................................................................... 89 5.2.1 Pemegang Saham ................................................................... 89 5.2.2. Dewan Komisaris.................................................................... 90 5.2.3. Direktur ................................................................................... 90 5.2.4. Kepala Bagian ......................................................................... 91 5.2.5. Karyawan ................................................................................ 92 5.2.6. Sekretaris ................................................................................ 94 5.2.7. Staf Ahli .................................................................................. 94 5.3. Sistem Kepegawaian dan Sistem Gaji ............................................. 94 5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan ..................................................... 95 5.4.1. Karyawan Non Shift ............................................................ 95 5.4.2. Karyawan Shift .................................................................... 96 5.5.Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan an Gaji ........................... 97 5.5.1. Penggolongan Jabatan ........................................................... 97 5.5.1. Jumlah Karyawan dan Gaji ................................................... 98 5.6.Kesejahteraan Sosial Karyawan........................................................ 99 5.7.Manajemen Produksi ..................................................................... 100 5.7.1. Perencanaan Produksi ...................................................... 100 5.7.2. Pengendalian Produksi ..................................................... 102 BAB VI. ANALISIS EKONOMI .................................................................... 104 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Data impor perdagangan Asam nitrat ................................................. 3 Tabel 2. Data Kapasitas Pabrik Asam Nitrat ..................................................... 3 Tabel 3. Data ∆H0f dan ∆G .............................................................................. 20 Tabel 4. Arus Neraca Massa ............................................................................. 25 Tabel 5. Neraca Massa Reaktor ........................................................................ 26 Tabel 6. Neraca Massa Separator ..................................................................... 26 Tabel 7. Neraca Massa Absorber ...................................................................... 25 Tabel 8. Neraca Massa Bleacher....................................................................... 27 Tabel 9. Neraca Massa Kristalizer .................................................................... 28 Tabel 10. Neraca Massa Centrifuge .................................................................. 28 Tabel 11. Neraca Massa Dryer ......................................................................... 29 Tabel 12. Neraca Massa Total........................................................................... 29 Tabel 13. Neraca Panas Reaktor ........................................................................ 30 Tabel 14. Neraca Panas Separator .................................................................... 30 Tabel 15. Neraca Panas Absorber ...................................................................... 31 Tabel 16. Neraca Panas Bleacher....................................................................... 31 Tabel 17. Neraca Panas Kristalizer .................................................................... 32 Tabel 18. Neraca Panas Centrifuge .................................................................... 32 Tabel 19. Neraca Panas Dryer ........................................................................... 33 Tabel 20. Perincian luas area yang dibangun ..................................................... 35 Tabel 21. Kebutuhan Air Pendingin ................................................................. 77 Tabel 22. Kebutuhan air untuk perkantoran dan pabrik.................................... 77 Tabel 23. Kebutuhan listrik untuk proses dan Utilitas .......................................77 Tabel 24. Kebutuhan listrik tiap bagian ............................................................ 80 Tabel 25. Pembagian Shift Karyawan ............................................................... 96 Tabel 26. Perincian Golongan, Keahlian dan Gaji Pegawai .............................. 97 Tabel 27. Jumlah Karyawan Sesuai Jabatan dan Gajinya ................................. 98
ix
Tabel 28. Pembagian Karyawan Proses Tiap Shiff ........................................... 99 Tabel 29. Cost Index Chemical Plant ................................................................ 105 Tabel 30. Total Capital investment .................................................................... 109 Tabel 31. Working Capital ................................................................................. 109 Tabel 32. Manufacturing Cost ........................................................................... 110 Tabel 33. General Expenses............................................................................... 110 Tabel 34. Fixed Cost .......................................................................................... 112 Tabel 35. Variable cost ...................................................................................... 113 Tabel 36. Regulated Cost ...................................................................................113
x
1 Prarancaangan Pabrikk Asam Nitratt Dari Nattrium Nitrat dan Asam Suulfat Dengann Proses Diffu fusi Kapasitaas 72.500 Tonn/tahun BAB I P PENDAHU ULUAN
1.1 Latarr Belakang Masalah Asam nitrat n disebuut juga aqu ua fortis daan azotic accid. Asam nitrat meruppakan cairann yang tidaak berwarnaa pada tem mperatur kam mar dan tek kanan atmosfferis. Asam m nitrat mem mpunyai rum mus kimia HNO H 3 dan m merupakan asam yang kuat. Asam m nitrat dappat digunak kan sebagaai pengoksiidasi yang kuat. Secaraa rinci asam m nitrat dappat digunakaan sebagai : nitrating agent, oxid dazing agent, pelarut, kaatalis dan hyydrolizing ag gent. Pada aw walnya pem mbuatan asaam nitrat dilakukan d ooleh orang-o orang Arab pada abadd IX dengaan cara distilasi dari campurann cyprus viitriol, salipeter, dan aluum dengan menghasilk m kan cairan yang kemudian disebut aqua fords. Pada tahunn 1798, Miilner memaaparkan okssidasi amonniak uap deengan melebihkan manggan dioksidda dengan hasil h nitroggen oksida dan asam. Pada tahun 1824, Hennry menghhasilkan am moniak darii reaksi laangsung ok ksigen dengann temperatuur tinggi. Paada tahun 1784 Cavenddish membuuat asam deengan cara percikan p eleektrik dan kelembaban n udara. Seedangkan ppada tahun 1816 Gay-L Lussac dan Berthollet B m menentukan komposisi asam. Sampai tahun 19000 asam nitrat diprodduksi secarra komersill dari potasiuum nitrat dan kemudiaan diproduk ksi dari Soddium nitrat yyang direak ksikan dengann Asam suulfat dan diiproduksi di d Chile Am merika Selaatan. Selanju utnya prosess diganti paada tahun 1903 dengan n operasi di d Norway yyang merup pakan pabrikk yang suksses pertamaa kali dengaan produksii asam nitrrat langsung g dari nitrogen dan oksiigen dengann electric furrnace. Dalam pelaksanaaan industri, asam nitrrat digunakkan pada pabrik p plastikk, syntetis fiber, f nitrooglycerine, TNT, celllulose, nitraat dan beb berapa bahan nitro orgaanik lainnyaa. Secara umum u asam m nitrat baanyak digun nakan dalam m industri puupuk, kenyaataannya ku urang lebih 65% asam nnitrat dipro oduksi dengann penambaahan amonniak untuk menghasilkkan amoniium nitrat yang digunaakan sebagaai pupuk buuatan. (Kirk & Othmer, 1983). 1
2 Prarancaangan Pabrikk Asam Nitratt Dari Nattrium Nitrat dan Asam Suulfat Dengann Proses Diffu fusi Kapasitaas 72.500 Tonn/tahun Dari urraian di ataas dapat diiketahui bahhwa kegunnaan asam nitrat sangatt banyak. Untuk U mennunjang pro oduksi bahaan-bahan kkimia khusu usnya asam nitrat, perluu didirikan pabrik asam m nitrat denngan pertim mbangan seebagai berikuut: 1. Unntuk memeenuhi kebuutuhan di dalam d negeeri akan assam nitrat yang sem makin meniingkat. 2. Beeberapa asppek yang menyangku m ut bidang sosial s dan ekonomi dalam d peelaksanaan pendirian p paabrik antaraa lain : a.
Dapat mengurangi m ketergantun ngan bahann kimia dari luar negeri.
b.
Dapat mengurangi m devisa negaara.
c.
Dapat menyerap m teenaga kerjaa baik padaa waktu konnstruksi maaupun pada waaktu pabrik beroperasi..
1.2 Kapassitas Pabrik k Kapasittas perancaangan pabrrik akan mempengaru m uhi perhitu ungan teknis maupun ekkonomis daalam peranccangan pabrrik. Pada daasarnya, sem makin besar kapasitas produksi p maaka kemung gkinan keunntungan jugga akan sem makin besar. Namun terrdapat faktoor-faktor laain yang harrus dipertim mbangkan dalam d menenntukan kapaasitas pabrikk produksi.
1.2. 1. Keebutuhan Asam A Nitraat Peneentuan kappasitas pab brik asam nitrat beerorientasi pada kebbutuhan asaam nitrat dii Indonesia.. Data ekspoor-impor peerdagangan asam nittrat dapat dilihat d dalaam Tabel 1 dan Tabel 2. Tabel 1 menunju ukkan kebbutuhan asaam nitrat tiaap tahun un ntuk lebih jeelasnya dapat dibuat deengan graafik seperti pada Grafiik 1. sedang gkan pada Tabel T 2 mennunjukkan daftar d kappasitas pabrrik yang perrnah ada di dunia.
3 Prarancaangan Pabrikk Asam Nitratt Dari Nattrium Nitrat dan Asam Suulfat Dengann Proses Diffu fusi Kapasitaas 72.500 Tonn/tahun Taabel 1. Dataa impor peerdagangan n Asam nitrrat No
Tahun
kebutuhaan, ton
1
2001
6.166,792
2
2002
5.430,591
3
2003
5.792,145
4
2004
6.056,141
5
2005
7.559,481 Sumber : Biro Pusat Statistik, T Tahun 2001--2005
8000 7000
kebutuhan,ton
6000 5000 2 ‐ 1,,258.24x + 7,1 y = 11.80x3 + 206.77x + 170.29 R² = 0.97
4000 3000 2000 1000 0 0
1
2
3
4
5
tahun ke
Gambar 1. Grafiik Hubungaan antara tahun t denggan kebutuh han Asam nitrat n
T Tabel 2. Daata Kapasitas Pabrik Asam A Nitraat No.
Prrodusen
Kapaasitas, ribu ton t
1.
Agrium US, Beatricce, Neb.
145
2.
Air Prodducts, Pace, Fla.
200
3.
Air Prodducts, Pasaddena, Tex.
110
4.
ANGUS S Chemical, Sterlington n, La.
65
5.
Apache Nitrogen Prroducts, Ben nson, Ariz.
140
6.
Arco Chhemical, Lakke Charles, La.
155
6
4 Prarancaangan Pabrikk Asam Nitratt Dari Nattrium Nitrat dan Asam Suulfat Dengann Proses Diffu fusi Kapasitaas 72.500 Tonn/tahun No.
Prrodusen
Kapaasitas, ribu ton t
7.
Vicksbuurg Chemicaal, Vicksburrg, Miss.
75
8.
CF Induustries, Donaaldsonville, La.
680
9.
Coastal Chem, Batttle Mountain n, Nev.
250
10.
Coastal Chem, St. Helens, H Ore.
20
11.
DuPont, Beaumont,, Tex.
95
12.
DuPont, Orange, Teex.
170
13.
DuPont, Victoria, Tex. T
300
14.
Dyno Noobel, Donorra, Pa.
115
15.
Dyno Noobel, Louisiiana, Mo.
270
16.
El Doraddo Nitrogenn, El Dorado o, Ark.
425
17.
El Doraddo Nitrogenn, Baytown, Tex.
445
18.
Farmlannd Industriess, Beatrice, Neb.
55
19.
Farmlannd Industriess, Dodge Ciity, Kan.
70
20.
Farmlannd Industriess, Enid, Oklla.
40
21.
Farmlannd Industriess, Fort Dodg ge, Iowa
165
22.
First Chemical , Passcagoula, Miss. M
75
23.
Herculess Incorporatted, Parlin, N.J.
80
24.
LSB Inddustries, Cheerokee, Alaa.
270
25.
LSB Inddustries, Cryystal City, Mo. M
180
26.
LaRochee Industries, Orem, Utaah
80
27.
LaRochee Industries, Seneca, Ill.
160
28.
Mississipppi Chemiccal, Yazoo City, C Miss.
955
29.
Mobay, Baytown, Tex. T
45
30.
Mobay, New Martinnsville, W. Va.
90
31.
Nitram, Tampa, Flaa.
220
32.
Nitrocheem, Newell,, Pa.
75
33.
Orica, Jooplin, Mo.
160
34.
PCS Nittrogen Fertillizer, Geism mar, La.
825
35.
PCS Nittrogen Fertillizer, Lima,, Ohio
105
5 Prarancaangan Pabrikk Asam Nitratt Dari Nattrium Nitrat dan Asam Suulfat Dengann Proses Diffu fusi Kapasitaas 72.500 Tonn/tahun No.
Prrodusen
Kapaasitas, ribu ton t
36.
PCS Nittrogen Fertillizer, Wilm mington, N.C C.
160
37.
Royster--Clark, Cinccinnati, Ohiio
85
38.
Royster--Clark, Eastt Dubuque, Ill.
110
89.
J.R. Sim mplot, Helm,, Calif.
80
40.
J.R. Sim mplot, Pocateello, Idaho
20
41.
Solutia, Pensacola, Fla.
365
42.
Terra Intternational, Port Neal, Iowa
255
43.
Terra Intternational, Verdigris, Okla.
630
44.
Terra Intternational, Woodward d, Okla.
90
45.
TradeMaark Nitrogeen, Tampa, Fla. F
35
46.
Unocal, Kennewickk, Wash.
285
47.
Unocal, West Sacraamento, Callif.
70
48.
PT Multti Nitrotamaa Kimia di Cikampek C
20
(http:///en.wikipeddia.org/wikii/Sulfuric_aacid) Perkirraan kebutuuhan pada taahun 2014 (tahun ( ke 144) : y = 111,80x3 + 206,77x2 - 1.2258,24x + 7.170,29...............................................(1) = 62.461,05 ton/tahun t Darii Tabel 1 daan 2 di atas dapat dikettahui kapasiitas pabrik Asam A 9 tonn/tahun adaalah Mississsippi nittrat terbesaar di duniaa sebesar 955.000 Chhemical, Yazoo City, Miss, sed dangkan kaapasitas tekkecilnya 20 0.000 tonn/tahun yaittu Coastal Chem, C St. Helens, H Ore dan J.R. Sim mplot, Poca atello, Idaaho. Dilihaat dari kebbutuhan daan pabrik yang telahh berdiri maka dirrancang kappasitas pabbrik sebesaar 72.500 ton/tahun t uuntuk memenuhi kebbutuhan dallam negeri dan d sisanyaa bisa dieksppor. 1.2. 2. Keetersediaan n Bahan Baaku Bahan baku Natrrium Nitrat yang diguunakan dapaat diperoleh h dari PT T. Nitrotam ma Kimia, Cikampek. C Sedangkann bahan bakku Asam Sulfat S dipperoleh darii PT. Petrokkimia, Gressik. Sehinggga keterseddiaan bahan baku dappat diperoleeh dari dalam m negeri.
6 Prarancaangan Pabrikk Asam Nitratt Dari Nattrium Nitrat dan Asam Suulfat Dengann Proses Diffu fusi Kapasitaas 72.500 Tonn/tahun 1.3
Peemilihan Lookasi Pabriik Pemiliihan lokasi pabrik meerupakan saalah satu faaktor terpeenting darri keberhassilan dan kelanggenga k an pabrik. Hal H ini dikkarenakan lokasi l suaatu pabrik sangat mem mpengaruhii kedudukann pabrik daalam persaingan maaupun penenntuan kelanngsungan beerdirinya. Pemilihan P lookasi yang tepat, ekoonomis dann menguntuungkan dipeengaruhi olleh banyak faktor sehingga sebbelum pabriik didirikann perlu dilak kukan berbaagai pertimbbangan. Penyeddiaan konddisi suatu daerah dilakukan d p sebelum pabrik diddirikan sehiingga pendiirian pabrik k dapat dipeertanggungjjawabkan secara s tekknis dan ekonomis. Idealnya lokasi paabrik yangg dipilih harus meemberikan kemungkinnan mempeerluas atau memperbeesar pabrik k dan meemberikan keuntungan k n untuk jang gka panjangg. Selain ituu pada penen ntuan lokkasi pabrik harus diussahakan agaar biaya traansportasi sserta upah buruh b meempunyai nilai n sekecil mungkin. Pada dasarnya d adda beberapa faktor yanng harus dipperhatikan dalam d pem milihan lokkasi pabrik, yaitu :
1.3. 1. Faaktor Primeer Faktorr ini secara langsung g mempenggaruhi tujuan utama suatu pabbrik. Tujuaan ini melipputi produk ksi dan disttribusi prodduk pabrik yang diaatur menurrut macam,, kualitas, waktu dann tempat yyang dibutu uhkan konsumen padda tingkat harga h yang terjangkau t o pabrik. oleh Faktorr primer terssebut adalah h lokasi pabbrik yang dippengaruhi oleh o : 1) Ketersediiaan bahan baku. b 2) Pemasaraan produk. 3) Tersediannya sarana transportasi.. 4) Tersediannya tenaga buruh b dan karyawan. k 5) Tersediannya sumber air dan tenaaga listrik.
7 Prarancaangan Pabrikk Asam Nitratt Dari Nattrium Nitrat dan Asam Suulfat Dengann Proses Diffu fusi Kapasitaas 72.500 Tonn/tahun 1.3. 2. Faaktor Sekun nder Fakttor sekunderr yang meliiputi faktor--faktor sebaagai berikut : 1) Harga tannah dan gedung g dikaitkan denngan rencanna masa depan d perusahaann. 2) Kemungkiinan ada perrluasan pabrrik. 3) Kemungkiinan ada perrluasan kotaa. 4) Terdapatnyya fasilitas--fasilitas pem mbelanjaann perusahaann. 5) Terdapatnyya fasilitas--fasilitas pellayanan dann jasa. 6) Terdapatnyya persediaaan air yang cukup. 7) Biaya dari tanah dan gedung. g 8) Sikap dari masyarakatt setempat. 9) Iklim. 10)) Keadaan taanah yang penting p untu uk rencana bangunan b ddan produksi. 11)) Peraturan daerah d setem mpat. 12)) Perumahann pendudukk atau bangu unan lain. (Ariis&Newton,,Chemical engineering e g cost estima ation) Berddasarkan
b beberapa
faktor
maaka
pabrikk
asam
nitrat
dirrencanakan didirikan di Gresik, Jaawa Timur. Pemilihan lokasi pabrrik ini diddasarkan perrtimbangann sebagai berrikut : 1. Penyediaaan bahan bakku D Dengan menempatkan lokasi pabbrik di dekaat sumber bahan b baku, sehiingga memuudahkan meendapatkann bahan bakku untuk menuju lokasi pabbrik dan memperkecil m l biaya perralatan trannsportasi. Pabrik P asam nitraat ini akan didirikan di Gresik Jawa Timuur, karena dekat dengan suumber bahaan baku assam sulfat. Bahan baaku asam sulfat diperoleh dari PT. Peetrokimia Gresik G dan natrium n nittratnya dipeeroleh dari PT. Nitrotama N Kiimia, Cikam mpek. 2. Daerah Peemasaran L Lokasi pabrrik harus dekat d dengan daerah pemasaran atau dekat denggan konsum men sehingg ga memudaahkan dalam m hal pemaasaran
8 Prarancaangan Pabrikk Asam Nitratt Dari Nattrium Nitrat dan Asam Suulfat Dengann Proses Diffu fusi Kapasitaas 72.500 Tonn/tahun produk. Asam A nitrat merupakan n bahan baaku industrri pupuk bu uatan, syntetic fibber, plastikk, dan lain--lain. Denggan berdirinnya pabrik asam nitrat di Gresik G Jawaa Timur diiharapkan kebutuhan k aasam nitratt bisa tercukupi, juga membbuka kesem mpatan berdiirinya indusstri-industri yang n sebagaai bahan bakku. menggunaakan asam nitrat 3. Tenaga Kerja K U Untuk menndirikan seb buah pabrikk harus diitempatkan pada daerah yaang banyakk tenaga kerjanya, daari tingkat sarjana saampai pekerja kaasar. Dengann pendirian pabrik ini diharapkan dapat mem mbuka lapangan kerja k baru dan d dapat meengurangi penganggura p an di negaraa ini. 4. Penyediaaan air P Proses sebuuah pabrik memerlukan m n air yang cuukup besar yaitu untuk air pendingin, p air proses serta s untuk kebutuhan sehari-harii bagi karyawannnya dan masyarakat sekitar s pabrik. Oleh ssebab itu lokasi l pabrik harrus berada di daerah sumber airr yang kappasitasnya relatif r konstan, penyediaan air a diambil dari d sungai Brantas. 5. Sarana trannsportasi L Lokasi
pab abrik
berad da
di
Grresik
dekaat
jalan
yang
menghubuungkan kota-kota besar seperti Surabaya, Surakarta,, dan Semarang.. Selain itu lokasi pabriik juga dekaat pelabuhaan Tanjung Perak P sehingga memudahka m an pengang gkutan prodduk dan baahan pendu ukung lainnya. 6. Tenaga listtrik dan bahhan bakar T Tenaga listtrik keperlu uan pabrik dibangkitkkan sendirii dan keperluan bahan bakaar dapat dibeeli dari depoot Pertaminna terdekat. 7. Area tanahh D Daerah Grresik merup pakan daeerah industtri, dari pabrik p berskala keecil sampai skala besarr.
9 Prarancaangan Pabrikk Asam Nitratt Dari Nattrium Nitrat dan Asam Suulfat Dengann Proses Diffu fusi Kapasitaas 72.500 Tonn/tahun 1.4 Tiinjauan Pustaka Asam m nitrat merrupakan asaam yang kuuat, mudah bereaksi deengan alkkali, oksidaa dengan membentuk garam. g Asam m nitrat meempunyai rumus r kim mia HNO3. Asam nitrat n sangaat sulit dibbuat cairann murni karena k keecenderungaannya terdeekomposisi menjadi nittrogen oksiida. (Martyn n and Daavid, 1989). Asam m nitrat meruupakan okssida yang kuat k terhadaap bahan organik sepperti turpenntin dan chaarcoal, alkohol juga sanngat bereakksi terhadap asam nittrat. Furfurryl alcohol, anilin daan bahan orrganik denngan asam nitrat diggunakan daalam bahan bakar rokett. Sebagian besar baja kkecuali plattinum daan emas dappat dirusak oleh asam nitrat, n sebaggian diubahh menjadi oksida o sepperti arsennic dan anttimony tetaapi sebagiaan besar yaang lain diubah meenjadi nitratt. Asam m nitrat sebbagai oxidizzing agent tergantungg pada nitrrogen okksida bebas. Asam nittrat murni tidak t merussak tembagga. Produk asam nittrat bervariiasi konsenntrasi asamn nya dan keekuatan redduksinya. Cairan C asam nitrat cenderung memberik kan nitrogenn oksida ddan asam yang dihhasilkan kayya akan nitrrogen diokssida. Reaksii asam cair dengan red ducing aggent yang kuat k seperti metalic, ziinc, dihasilkkan dengann mencampu urkan am moniak dan hidroksilam min. m nitrat mem mpunyai du ua macam hidrat h yang dikristalkan n dari Asam larrutan asam m nitrat. Kedua K hidraat tersebut adalah m monohidrat yang meempunyai ruumus kimiaa HNO3.H2O dengan koonsentrasi 777,77% beraat dan meempunyai titik t didih 337,62oC. Sedangkan trihidrat t meempunyai rumus r kim mia HNO3.H2O dengaan konsentraasi 53,83% berat dan m mempunyaii titik diddih 18,47% %. Kebannyakan asaam nitrat diproduksi secara koomersial deengan koonsentrasi produk p 60% % melalui proses okssidasi denggan bahan baku am monia (Kirkk and Othneer, 1482). Selain S itu assam nitrat ddapat diproduksi deengan konseentrasi 96% % dengan proses p retorrt dan prosees difusi deengan
10 Prarancaangan Pabrikk Asam Nitratt Dari Nattrium Nitrat dan Asam Suulfat Dengann Proses Diffu fusi Kapasitaas 72.500 Tonn/tahun baahan baku natrium n nitrrat dan asam m sulfat dim mana dihasiilkan asam nitrat daan natrium bisulfat. b (Faaith, Keyes and a Clark’ss, 1975). Asam m nitrat ini dibuat dengan proses difusi, karrena bahan baku beerupa padat cair. Bahann baku natriium nitrat 99.2% 9 dan aasam sulfatt 98% diooperasikan pada suhu 150 1 oC, selam ma ± 2 jam.. NaNO3((s)+ H2SO4(ll)
NH HO3(l) + NaH HSO4(s) ..............................(2)
Asam m nitrat yanng dihasilk kan dapat digunakan dalam ind dustri plaastik, nitro organik o dann pupuk buaatan, sedanggkan hasil sampingnya yaitu naatrium bisulffat dapat diggunakan paada industri baja.
1.4.1 Peemilihan Prroses Maacam-macam m proses peembuatan assam nitrat antara a lain : a. Proses oksidasi Padda proses inni udara dik kompresi meenjadi 100 ppsi, disaring g dan dipanaskaan sampai suhu 300oC dengan heat exchaanger. Amoniak diuapkan dengan evaaporator daan selanjutnnya dicamppur dengan udara u yang sudah dikomprresi. Di dalaam reaktor terjadi prosses oksida antara a d reak ksi sebagai berikut b : amoniak dan udara dengan 4NH3 + 5 O2
4 NO + 6 H2O................ O ..........................................(3)
2 NO + O2
2 NO2 ......................................................................(4)
3 NO2 + H2O
2 HNO3 + NO......................................................(5)
Cam mpuran udaara dan am moniak dim masukkan kkedalam reeaktor yang beriisi katalisattor platina 2-10% 2 dari reaktor dihhasilkan nitrrogen oksida (N NO), kemuddian direakssikan dengaan oksigen ssupaya terbentuk asam nitrrat yang konnsentrasinyaa 60-65%. b. Proses rettort Prosses retort menggunaka m an bahan bakku natrium nitrat (96% %) dan asam sulffat (93%). Di D dalam reeaktor terjaadi reaksi ekksotermis antara a natrium niitrat dan asaam sulfat. Reaksi yaang terjadi : NaNO3 + H2SO4
HNO3 + NaHSO4.......................................(6)
11 Prarancaangan Pabrikk Asam Nitratt Dari Nattrium Nitrat dan Asam Suulfat Dengann Proses Diffu fusi Kapasitaas 72.500 Tonn/tahun Suhuu operasi antara a 150-200oC selaama 12 jam m. Selama waktu w proses asaam nitrat mengalami m dekomposis d si karena paanas reaksi yang terjadi maaka untuk mengurangi m dekomposis d si suhu reakktor harus dijaga. d Asam nittrat menguaap pada su uhu 110-130oC, kemuudian dilew watkan condesor partial. Hasil gas dan embbunan dipiisahkan deengan separator, cairan asam m nitrat hassil konsentrasinya 96-999%. Gas yang tidakk terembunk kan berkisaar antara 100-12% dari asam nitrat keluuar reaktorr. Gas yang g tidak tereembunkan diserap oleeh air dalam abbsorber. Haasil cairan absorber menghasilkkan asam nitrat dengan kadar k 60-70%. Hasil samping reaktor beerupa camp puran NaHSO4 dan zat yanng tidak beereaksi diseebut niter ccake. Niter cake dapat diguunakan pada industri baja b dan jugga dapat sebbagai bahan baku asam klorrida bila dirreaksikan deengan garam m natrium kklorida. (Kirk & Othmer, 1983). 1 c. Proses Diffusi Alassan pemilihhan proses ini i kerena bahan b baku yang digun nakan berupa paadat cair, reeaksinya beersifat heterrogen. Mennurut Leven nspile (1976), unntuk reaksi padat cair, waktu reaaksi ditentuukan berdasarkan waktu meendifusi daari cairan asam a sulfat ke padatann natrium nitrat karena waktu w reakksi dianggaap cepat sehingga s ddiabaikan. Suhu operasinya 150oC. Reeaksi yang terjadi t : NaNO3 + H2SO4
HNO3 + NaHSO N 4 ........................... (7)
Padaa proses inii digunakan n jenis reakktor slurry ddan waktu untuk u bereaksi pada p proses difusi ini tidak terlalu lama. Darii uraian proses pembu uatan asam m nitrat diattas, proses yang dipilih adaalah proses difusi deng gan pertimbaangan antarra lain : 1. Asam nitrat yangg dihasilkan n mempunyyai kadar yyang tinggi yaitu 95% selain s itu jugga menghassilkan produuk dengan kkadar 70%. 2. Hasil samping yaang berupa NaHSO4 masih m bisa ddigunakan untuk u prosess industri. 3. Prosess reaksinya tidak memb butuhkan waku w yang laama.
12 Prarancaangan Pabrikk Asam Nitratt Dari Nattrium Nitrat dan Asam Suulfat Dengann Proses Diffu fusi Kapasitaas 72.500 Tonn/tahun 1.4.2
K Kegunaan P Produk P Produk asam m nitrat sebagian besarr digunakan sebagai berrikut : a Sebagai nitrating agent, oxxidazing aggent, pelarrut, katalis dan a. hydrolyzzing agent. b Sebagai bahan bakuu industri pu b. upuk buatann. c Sebagai bahan bakuu industri syyntetic fibree dan industrri plastik. c. d Untuk keperluan d. k kimia lainnyaa.
1.4.3
S Sifat Fisik dan d Kimia Bahan Bak ku dan Prooduk A Bahan Baku A. B •
Natrium m nitrat
1. Sifat-siifat fisis Rumus molekul
= NaNO O3
Benntuk
= Padataan
Berat molekul
= 84,99 g/g mol
Kem murnian (beerat)
= 99,2% % NaNO3 0,8 % H2O
Viskkositas
= 5,6 cp
Mellting Point
= 300oC
Boilling point
= 380oC
Spessific grafityy
= 2,257 (w www.chemiccalland21.co om)
2. Sifat-siifat kimia a. Muudah larut daalam glisero ol dan alkohhol b. Dappat meledakk pada temp peratur 10000oC •
Asam sulfat
1. Sifat-siifat fisis Rumuss molekul
= H2SO O4
Bentukk
= Cairaan tidak berrwarna
Berat molekul m
= 98,94 4 g/g mol
Kemurrnian (berat)) = 98% H2SO4
13 Prarancaangan Pabrikk Asam Nitratt Dari Nattrium Nitrat dan Asam Suulfat Dengann Proses Diffu fusi Kapasitaas 72.500 Tonn/tahun 2 % H2O Densitaas
= 1,833 3 g/cm3
Boilingg point
= 340oC
Spesifiic grafity
= 1,84
2. Sifat-sifatt kimia a. Asam sulfat kuatt panas dan pekat adalaah zat pengoksid yang kuat. Reakssi yang terjaadi : Cu + 2 H2SO4
Cu SO4 + SO S 2 + 2 H2O O..................(8)
b. Asam sulfat pekaat dapat digunakan untuuk menghillangkan air suatu zat, reekasi yang teerjadi : C12 H22 2 O11 + 11 H2SO4
122C + 11 H2S SO4H2O.........(9)
c. Asam sulfat dapaat bereaksi dengan natrrium kloridda, dengan reaksi r yang terjadi t : 2NaCI + H2SO4
NaSO4 + 2HCI............................(10)
B. Haasil Utama •
Asam nitrat Sifat-sifat fisis m Rumus molekul
= HNO3
Bentuk
= Cair
Mellting point p
= 42oC
Boiling pooint
= 86oC
Spesific grafity g
= 1,502
Densitas
= 1,509 g/cm3
Sifaat-sifat kimiia a. Asam nitraat merupakan pengionissasi yang kuuat, Reaksi yanng terjadi : NaOH + HN NO3
NaNO O3 + H2O ........................(11)
CdO + 1 HNO3
Cd (N NO3)2 + H2O .................(12)
3FeO + 10 HNO3
3Fe (NO ( 3) + 5 H2O ............(13)
14 Prarancaangan Pabrikk Asam Nitratt Dari Nattrium Nitrat dan Asam Suulfat Dengann Proses Diffu fusi Kapasitaas 72.500 Tonn/tahun b. Asam nitraat merupakaan pengoksiidasi yang kkuat, reaksi yang terjadi : NO3 I2 + 10 HN
2HIO3 + 4 H2O + 100NO2 ...........(14)
Sn + 4 HNO O3
SnO2 + 2 H2O + 4 N NO2 .............(15)
c. Asam nitraat sebagai niitrating ageent reaksi yaang terjadi : HNO3 + 2H H2 SO4
NO2 + H3O + 2H HSO4 ...........(16)
d. Asam nitraat tidak staabil terhaddap panas ddan bisa teerurai sebagai berrikut : 4 NHO3
4 NO N 2 + 2 H2O + O2...........................(17)
C. Hasil samping •
N Natrium bissulfat S Sifat-sifat fiisis Rumus mollekul
= NaHSO4
Bentuk
= Kristaal
Berat molekkul
= 120,066 g/g mol
Melting poiint
= 315oC
Densitas
= 2,742 kg/m3
Spesific graafity
= 1,48 dia) (wikipeddia, the free encycloped
1.4.4 Tin njauan Prosses Reaksi pembentuukan asam nitrat merrupakan reaaksi irreverrsible dim mana gugus H yang dilepas diikatt oleh natriium nitrat ssehingga diidapat prodduk asam nitrat n dengann rumus mo olekul HNO3 Asam nitrat secarra komersial dapat diibuat dengaan proses difusi d denngan reaksi sebagai s beriikut : NaNO3 + H2SO4
HNO3 + NaHSO N 4 ..........................(18)
Natrium m nitrat dalam bentuk k padat dann asam sulffat dalam bentuk cairr, maka reaktor yangg digunakan n Reaktor Alir Tangki Berpeng gaduk slurrry. Asam nitrat n yang dihasilkan dalam benntuk uap paada suhu 150oC. Reaaksi antaraa natrium nitrat den ngan asam sulfat beerlangsung pada
15 Prarancaangan Pabrikk Asam Nitratt Dari Nattrium Nitrat dan Asam Suulfat Dengann Proses Diffu fusi Kapasitaas 72.500 Tonn/tahun tem mperatur 1500-200oC dann tekanan 1 atm. Reakksi yang terrjadi eksoteermis, sehiingga menggeluarkan paanas, untuk k menjaga suuhu reaksi ddigunakan media m penndingin. Produkk keluar darri reaktor yaang berupa gas diembuunkan kemu udian dipiisahkan denngan separaator untuk menghasilk m kan produk, sedangkan hasil baw wah reaktor selanjutnyaa dikristalkaan.
