PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN KUPRI SULFAT PENTAHIDRAT DARI TEMBAGA OKSIDA DAN ASAM SULFAT KAPASITAS 40.000 TON/TAHUN TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Kimia Oleh:
FAUZI AKBAR NIM : 100425015
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas rahmat dan anugerah-Nya sehiingga Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “ Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kuprisulfat Pentahidrat dari Tembaga Oksida dan Asam Sulfat Kapasitas 40.000 ton/tahun”. Tugas Akhir ini disusun untuk melengkapi persyaratan mengikuti ujian sarjana di Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Selama mengerjakan Tugas Akhir ini Penulis begitu banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Oleh Karena itu, dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Dr.Eng.Ir.Irvan, M.si, sebagai dosen pembimbing I yang telah membimbing dan memberi masukan selama menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.si, sebagai dosen pembimbing II yang telah banyak memberikan arahan selama mengerjakan Tugas Akhir ini. 3. Ibu Ir. Renita Manurung, MT, sebagai koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik Kimia FT USU. 4. Terima kasih buat staf pegawai Fakultas Teknik Kimia USU Medan. 5. Teristimewa buat kedua orang tua penulis yaitu Soepono Kandar dan Monawati Tiurmaida Sinaga yang selalu memberikan motivasi, kasih sayang, tenaga dan materi kepada penulis. 6. Teman seperjuangan Nico Sihombing sebagai partner penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 7. Buat teman-teman stambuk’10 Ekstensi: Harry, Darwis, Gunawan, Adil, Putra, Jhon Peri, Bg Icon, Ela,Wina,Zulisma,Cut, Nico. 8. Serta pihak-pihak yang telah ikut membantu penulis namun tidak tercantum namanya.
Universitas Sumatera Utara
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih terdapat kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan pada penulisan berikutnya. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermamfaat bagi kita semua.
Medan, 22 Mei 2013 Penulis
Fauzi Akbar 100425015
Universitas Sumatera Utara
INTI SARI Kupri Sulfat Pentahidrat dibuat dari tembaga oksida dengan proses evaporasi. Kondisi operasi pembuatan Kupri Sulfat Pentahidrat adalah 80oC dengan tekanan 1 atm. Pabrik pembuatan Kupri Sulfat Pentahidrat ini direncanakan akan berproduksi dengan kapasitas 40.000 ton/tahun. Lokasi pabrik direncanakan didaerah Kawasan Industri Medan II Sumatera Utara. Tenaga kerja yang dibutuhkan untuk mengoperasikan pabrik sebanyak 213 orang. Bentuk badan usaha direncanakan adalah Perseroan Terbatas (PT) dan bentuk organisasinya adalah system garis. Hal analisa ekonomi pabrik Pembuatan Kupri Sulfat Pentahidrat adalah: Modal Investasi : $ 278.604.244 Biaya produksi : $ 443.441.724 Hasil Penjualan : $ 640.000.000 Laba Bersih : $ 213.519.589 PM : 47,6% BEP : 24,94% ROI : 76,6% POT : 2,3 Tahun ROI : 40,96% IRR : 34,24% Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa pabrik pembuatan Kupri Sulfat Pentahidrat ini layak didirikan.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Kata Pengantar .............................................................................................................. i Intisari ........................................................................................................................ iii Daftar Isi ..................................................................................................................... iv Daftar Tabel ................................................................................................................ ix Daftar Gambar ............................................................................................................ xii BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................... I-1 1.1 Latar Belakang ............................................................................................ I-1 1.2 Penentuan Kapasitas ................................................................................... I-1 1.3 Perumusan Masalah .................................................................................... I-2 1.4 Tujuan Perancangan Pabrik ........................................................................ I-3 1.5 Manfaat Perancangan Pabrik ...................................................................... I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA.............................................................................. II-1 2.1 Kegunaan Produk Kuprisulfat Pentahidrat .............................................. II-1 2.2 Sifat-sifat Bahan Baku ............................................................................. II-1 2.2.1 Asam sulfat ........................................................................................ II-1 2.2.1 Copper Oxide (CuO) .......................................................................... II-2 2.3 Produk Utama (Kuprisulfat pentahidrat) ................................................. II-2 2.4 Macam-macam Proses Pembuatan Kuprisulfat Pentahidrat .................... II-3 2.4.1 Proses Evaporasi ................................................................................ II-3 2.4.2 Proses Ekstraksi ................................................................................. II-3 2.5 Seleksi Proses .......................................................................................... II-4 2.6 Uraian Proses ........................................................................................... II-4 2.6.1 Tahap Persiapan Bahan Baku ............................................................ II-5 2.6.2 Tahap Reaksi .................................................................................... II-5 2.6.3 Tahap Pemisahan ............................................................................. II-5 2.6.4 Tahap Pemurnian ............................................................................. II-6
Universitas Sumatera Utara
2.6.5 Tahap Penanganan Produk ............................................................... II-6 BAB III NERACA MASSA ................................................................................... III-1 3.1 Tangki Pengencer H2SO4 (M-116) ......................................................... III-1 3.2 Reaktor (R-110) ...................................................................................... III-2 3.3 Rotary Vacuum Filter (H-121) ............................................................... III-2 3.4 Evaporator (V-120) .................................................................................. III-3 3.5 Kristalizer (X-125)................................................................................... III-4 3.6 Centrifuge (H-126) ................................................................................. III-5 3.7 Rotary Dryer (B-130) .............................................................................. III-6 3.8 Cyclone (H-136) ..................................................................................... III-7 BAB IV NERACA PANAS .................................................................................... IV-1 4.1 Tangki Pengencer H2SO4 (M-116) ......................................................... IV-1 4.2 Heater H2SO4 (E-118) ............................................................................. IV-1 4.3 Reaktor (R-110) ....................................................................................... IV-2 4.4 Heater (E-112) ........................................................................................ IV-2 4.5 Evaporator (V-120) ................................................................................. IV-3 4.6 Kondensor Barometrik (E-123) .............................................................. IV-3 4.7 Kristalizer (X-125) .................................................................................. IV-4 4.8 Rotary Dryer (B-130) ............................................................................. IV-4 4.9 Heater Udara ........................................................................................... IV-5 BAB V SPESIFIKASI ALAT.................................................................................. V-1 5.1 Gudang Copper Oxides (F-111) .............................................................. V-1 5.2 Belt Conveyor (J-112) ............................................................................. V-1 5.3 Bin Copper Oxides (F-113) ..................................................................... V-1 5.4 Storage H2SO4 60 % (F-114) .................................................................... V-2 5.5 Pompa Storage H2SO4 60 % (P-115) ........................................................ V-2 5.6 Tangki Pengencer H2SO4 (M-116) .......................................................... V-3 5.7 Pompa H2SO4 14% (P-117) ..................................................................... V-3 5.8 Heater H2SO4 (E-118) .............................................................................. V-4 5.9 Reaktor (R-110) ...................................................................................... V-5 5.10 Pompa (P-127A) ..................................................................................... V-7 5.11 Rotary Vacuum Filter (H-121) .............................................................. V-7
Universitas Sumatera Utara
5.12 Pompa (P-127B) ..................................................................................... V-7 5.13 Heater Filtrat (E-122) ............................................................................ V-8 5.14 Evaporator (V-120) ................................................................................ V-8 5.15 Pompa (P-127C) ..................................................................................... V-9 5.16 Kondensor Barometrik (E-123) ............................................................. V-9 5.17 Jet Ejector (G-124) ................................................................................ V-9 5.18 Kristalizer (X-125) ............................................................................... V-10 5.19 Centrifuge (H-126) ............................................................................... V-10 5.20 Rotary Dryer (B-130) ........................................................................... V-10 5.21 Belt Conveyor (J-131) .......................................................................... V-12 5.22 Filter Udara (H-132) ............................................................................ V-12 5.23 Blower (G-133) .................................................................................... V-13 5.24 Heater Udara (E-134) ........................................................................... V-13 5.25 Cyclone (H-136) .................................................................................. V-14 5.26 Mesin Pengemas (J-138) ...................................................................... V-15 5.27 Gudang Produk (F-139) ....................................................................... V-15 BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ........................... VI-1 6.1 Instrumentasi .......................................................................................... VI-1 6.2 Keselamatan Kerja ................................................................................. VI-4 6.2.1 Bahaya Kebakaran dan Peledakan .................................................... VI-5 6.2.2 Bahaya Mekanik ................................................................................ VI-6 6.2.3 Bahaya Terhadap Kesehatan dan Jiwa Manusia ................................ VI-7 6.3 Material Safety Data Sheet (MSDS) ...................................................... VI-8 6.3.1 Asam Sulfat H2SO4 ........................................................................... VI-9 6.3.2 Tembaga Oksida (CuO) .................................................................... VI-9 BAB VII UTILITAS PABRIK ............................................................................ VII-1 7.1 Unit Penyediaan Steam ........................................................................ VII-1 7.2 Unit Penyediaan Air ............................................................................ VII-5 7.2.1 Air Umpan Boiler ............................................................................ VII-6 7.2.2 Air Pendingin .................................................................................. VII-7 7.2.3 Air Sanitasi ...................................................................................... VII-7 7.2.4 Air Proses ...................................................................................... VII-8
Universitas Sumatera Utara
7.3 Unit Penyediaan Tenaga Listrik ........................................................... VII-8 7.4 Unit Penyediaan Bahan Bakar ............................................................ VII-8 7.5 Unit Penyediaan Refrigerant ............................................................... VII-9 7.6 Pengolahan Limbah ............................................................................ VII-9 7.7 Spesifikasi Peralatan Utilitas .............................................................. VII-9 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK .......................................... VIII-1 8.1 Penentuan Lokasi Pabrik ................................................................... VIII-1 8.1.1 Faktor Utama ................................................................................ VIII-1 8.1.2 Faktor Khusus ............................................................................. VIII-2 8.2 Tata Letak Pabrik ................................................................................ VIII-3 8.2.1 Tata Letak Bangunan Pabrik ........................................................ VIII-4 8.2.2 Tata Letak Peralatan Pabrik ......................................................... VIII-7 BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN ......................... IX-1 9.1 Bentuk Hukum Badan Usaha ............................................................. IX-1 9.2 Manajemen Perusahaan ...................................................................... IX-2 9.3 Organisasi Perusahaan ......................................................................... IX-2 9.4 Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab ................................ IX-4 9.4.1 Rapat Umum Pemegang Saham (RUPS) ....................................... IX-4 9.4.2 Dewan Komisaris ........................................................................... IX-4 9.4.3 Direktur ........................................................................................... IX-5 9.4.4 Sekretaris ........................................................................................ IX-5 9.4.5 Manajer Teknik dan Produksi ........................................................ IX-5 9.4.6 Manajer Umum dan Keuangan ....................................................... IX-5 9.4.7 Manajer R&D ................................................................................ IX-5 9.5 Sistem Kerja ........................................................................................ IX-6 9.6 Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan ........................................ IX-7 9.7 Sistem Penggajian ............................................................................... IX-9 9.8 Fasilitas Tenaga Kerja ....................................................................... IX-11 BAB X ANALISA EKONOMI .............................................................................. X-1 10.1 Modal Investasi .................................................................................. X-1 10.1 Modal Investasi Tetap .................................................................. X-1 10.1.2 Modal Kerja ............................................................................... X-3
Universitas Sumatera Utara
10.2 Biaya Produksi Total ......................................................................... X-4 10.2.1 Biaya Tetap .................................................................................. X-4 10.2.1 Biaya Variabel .............................................................................. X-4 10.3 Total Penjualan .................................................................................... X-5 10.4 Bonus Perusahaan ............................................................................... X-5 10.5 Perkiraan Rugi/Laba Usaha ................................................................. X-5 10.6 Analisa Aspek Ekonomi ...................................................................... X-5 10.6.1 Profit Margin (PM) ..................................................................... X-5 10.6.2 Break Event Poin (BEP) ............................................................. X-6 10.6.3 Return On Investment(ROI) ....................................................... X-6 10.6.4 Pay Out Time (POT) ................................................................... X-7 10.6.5 Return on Network (RON).......................................................... X-7 10.6.6 Internal Rate of Return................................................................ X-8 BAB XI KESIMPULAN ........................................................................................ XI-1 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... xiii LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA ......................................... LA-1 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS .......................................... LB-1 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN......................... LC-1 LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS ..... LD-1 LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI ........................................ LE-1
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Data Kebutuhan Impor Kuprisulfat Pentahidrat di Indonesia .................... I-2 Tabel 3.1 Neraca Massa Pada Tangki Pengencer H2SO4........................................ III-1 Tabel 3.2 Neraca Massa Pada Reaktor .................................................................... III-2 Tabel 3.3 Neraca Massa Pada Rortary Vacuum Filter ............................................ III-3 Tabel 3.4 Neraca Massa Pada Evaporator............................................................... III-4 Tabel 3.5 Neraca Massa Pada Kristalizer ............................................................... III-5 Tabel 3.6 Neraca Massa Pada Centrifuge ............................................................... III-6 Tabel 3.7 Neraca Massa Pada Rotary Dryer ........................................................... III-6 Tabel 3.8 Neraca Massa Pada Cyclone ................................................................... III-7 Tabel 4.1 Neraca Panas Pada Tangki Pengencer H2SO4......................................... IV-1 Tabel 4.2 Neraca Panas Pada Heater H2SO4 ........................................................... IV-2 Tabel 4.3 Neraca Panas Pada Reaktor..................................................................... IV-2 Tabel 4.4 Neraca Panas Pada Heater....................................................................... IV-3 Tabel 4.5 Neraca Panas Pada Evaporator ............................................................... IV-3 Tabel 4.6 Neraca Panas Pada Kondensor Barometrik ............................................ IV-4 Tabel 4.7 Neraca Panas Pada Kristalizer ................................................................. IV4 Tabel 4.8 Neraca Panas Pada Rotary Dryer ............................................................ IV-5 Tabel 4.9 Neraca Panas Pada Heater Udara ............................................................ IV-5 Tabel 6.1 Alat-alat Kontrol Yang Dipakai Pada Setiap Peralatan .......................... VI-4 Tabel 6.2 Alat-alat keselamatan kerja pada pabrik Kuprisulfatpentahidrat ........... VI-7 Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah Bangunan Pabrik Kuprisulfat Pentahidrat ........ VIII-4 Tabel 9.1 Jadwal Kerja Karyawan Shift ................................................................. IX-7 Tabel 9.2 Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya .................................................... IX-7 Tabel 9.3 Perincian Gaji Karyawan ........................................................................ IX-9 Tabel LA.1 Neraca Massa Pada Tangki Pengencer H2SO4 ................................... LA-2 Tabel LA.2 Neraca Massa Pada Reaktor ............................................................... LA-4 Tabel LA.3 Neraca Massa Pada Rotary Vacuum Filter ......................................... LA-6 Tabel LA.4 Neraca Massa Pada Evaporator .......................................................... LA-7 Tabel LA.5 Neraca Massa Pada Kristalizer ........................................................... LA-9 Tabel LA.6 Neraca Massa Pada Centrifuge ......................................................... LA-11
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.7 Neraca Massa Pada Rotary Dryer ..................................................... LA-12 Tabel LA.8 Neraca Massa Pada Cyclone ............................................................. LA-13 Tabel LB.1 Neraca Panas Pada Tangki Pengencer H2SO4 .................................... LB-2 Tabel LB.2 Menghitung Panas Yang Terkandung Dalam Bahan Keluar ............. LB-3 Tabel LB.3 Neraca Panas Pada Heater H2SO4 ....................................................... LB-4 Tabel LB.4 Menghitung panas yang terkandung pada bahan masuk Reaktor ...... LB-5 Tabel LB.5 Menghitung panas yang terkandung pada reaktan raktor ................. LB-5 Tabel LB.6 Menghitung panas yang terkandung pada produk keluar reaktor ..... LB-6 Tabel LB.8 Neraca Panas Pada Reaktor ................................................................ LB-7 Tabel LB.9 Menghitung panas yang terkandung pada bahan masuk Heater ....... LB-7 Tabel LB.10 Menghitung panas yang terkandung pada bahan keluar Heater ..... LB-8 Tabel LB.11 Neraca Massa Pada Heater .............................................................. LB-8 Tabel LB.12 Menghitung panas yang terkandung bahan masuk Evaporator ..... LB-9 Tabel LB.13 Menghitung panas yang terkandung bahan keluar Evaporator .... LB-10 Tabel LB.14 Neraca Panas pada Evaporator........................................................ LB-11 Tabel LB.15 Menghitung panas yang terkandung bahan masuk Kondensor .... LB-11 Tabel LB.16 Menghitung panas yang terkandung bahan keluar Kondensor .... LB-12 Tabel LB.17 Neraca Panas pada Kondensor Barometrik ................................... LB-12 Tabel LB.18 Menghitung panas yang terkandung bahan masuk Kristalizer
LB-13
Tabel LB.19 Menghitung panas yang terkandung bahan keluar Kristalizer ...... LB-14 Tabel LB.20 Neraca Panas Pada Kristalizer ........................................................ LB-15 Tabel LB.21 Menghitung panas terkandung pada bahan masuk Rotary Dryer . LB-15 Tabel LB.22 Menghitung panas terkandung pada bahan keluar Rotary Dryer .. LB-15 Tabel LB.23 Menentukan panas yang terbawa pada Cyclone ........................... LB-16 Tabel LB.24 Neraca Panas pada Rotary Dryer .................................................. LB-16 Tabel LB.25 Neraca Panas pada Heater udara ................................................... LB-17 Tabel LD.1 Total Kebutuhan steam ..................................................................... LD-2 Tabel LD.2 Total Kebutuhan Air Pendingin ........................................................ LD-6 Tabel LD.3 Total Kebutuhan air proses ............................................................... LD-7 Tabel LD.4 Total Kebutuhan air yang perlu disupply ......................................... LD-7 Tabel LD.5 Kebutuhan listrik pada proses produksi .......................................... LD-57 Tabel LD.6 Pemakaian Listrik pada daerah pengolahan air .............................. LD-58
Universitas Sumatera Utara
Tabel LD.7 Pemakaian listrik pada daerah pengolahan refrigerant ................... LD-59 Tabel LD.8 Pemakaian listrik untuk penerangan ............................................... LD-59 Tabel D.5.1 Total Kebutuhan refrigerant ........................................................... LD-64 Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan dan sarana lainnya ................................. LE-1 Tabel LE.2 Indeks Harga Alat pada Tahun sebelum evaluasi ............................... LE-3 Tabel LE.3 Harga Peralatan Proses ...................................................................... LE-5 Tabel LE.4 Harga Peralatan Utilitas .................................................................... LE-6 Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi ................................................................. LE-9 Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai ................................................................... LE-12 Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas ........................................................................ LE-15 Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja .................................................................... LE-16 Tabel LE.9 Perhitungan Biaya Depresiasi ......................................................... LE-17 Tabel LE.10 Data Perhitungan BEP .................................................................. LE-23 Tabel LE.11 Data Perhitungan IRR ................................................................... LE-26
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 8.2 Tata Letak Pra rancangan pabrik kuprisulfat pentahidrat ................ VIII-8 Gambar 9.1 Bagan struktur Organisasi Perusahaan Pabrik .................................. IX-11 Gambar LE.2 Grafik BEP .................................................................................... LE-25
Universitas Sumatera Utara
