LAPORAN TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK ASAM SULFAT DARI SULFUR DAN UDARA KAPASITAS 310.000 TON/TAHUN
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Kesarjanaan Strata 1 Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Oleh Muhammad Khoirun Annas D 500 110 034 Dosen Pembimbing Tri Widayatno, S.T., M.Sc., Ph.D. Ir. Nur Hidayati, M.T., Ph.D.
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016 i
ii
iii
ABSTRAK Prarancangan pabrik asam sulfat ini dimaksudkan untuk memenuhi kebutuhan industri-industri berbahan asam sulfat. Pabrik asam sulfat direncanakan didirikan di Banyuwangi, Jawa Timur dengan kapasitas 310.000 ton/tahun pada tahun 2018. Pabrik dirancang untuk menghasilkan asam sulfat dengan konsentrasi 98% berat menggunakan bahan baku berupa sulfur (granule) sebanyak 11.867,9804 kg/jam dan udara sebanyak 81.817,2267 kg/jam. Proses pembuatan asam sulfat berlangsung pada fase gas dengan kondisi operasi 436-551oC dan 1,5 atm secara irreversible dan eksotermis. Reaktor yang digunakan berjenis fixed bed single tube sebanyak 4 buah bed dengan menggunakan katalis V2O5 (vanadium pentaoxide). Unit pendukung proses (utilitas) terdiri dari unit penyedia air sanitasi sebanyak 1.684,2083 kg/jam, unit penyedia air proses sebanyak 9.689,0813 kg/jam, serta unit penyedia air pendingin sebanyak 74.620,1277 kg/jam. Kebutuhan listrik disuplai dari PLN sebanyak 1.000 kWh. Modal tetap yang diperlukan untuk mendirikan pabrik asam sulfat ini sebesar 686.038.500.423 rupiah dan modal kerja sebesar 130.080.548.348 rupiah. Berdasarkan analisis ekonomi menunjukkan keuntungan sebelum pajak yang diperoleh sebesar 213.900.820.166 rupiah per tahun dan keuntungan setelah pajak (25%) sebesar 171.120.656.133 rupiah per tahun. Persen Return on Investment (ROI) sebelum pajak 31,18%, dan sesudah pajak 24,94%. Sedangkan Pay Out Time (POT) sebelum pajak 3,11 tahun dan sesudah pajak 3,85 tahun. Break Event Point sebesar 44,71% dan Shut Down Point sebesar 21,66%. Sementara Discounted Cash Flow terhitung sebesar 37,30%. Dari analisis ini dapat disimpulkan, bahwa pabrik ini menguntungkan dan layak didirikan.
iv
ABSTRACT The manufacturer of sulphuric acid purpose to fulfill the domestic demand. This manufacturer of sulphuric acid was planned to be established in 2018 in the Industry Area of Banyuwangi, East Java. This plant was planned to produce sulphuric acid 98% wt capacity 310.000 tons/year usethe raw materials of sulphur (granule) as much as 11.867,9804 kgs/hrandairas much as 81.817,2267 kgs/hr. The process to make sulphuric acid in gas phase with operation condition are 436-551oC and 1,5 atm with irreversible and eksoterm rection. Reactor that used was fixed bed single tube reactor with 4 numbers of bed and catalyst that used was V2O5 (vanadium pentaoxide). Utility unit consist of sanitation water supply unit as much as 1.684,2083 kgs/hr, proccess water supply unit as much as9.689,0813 kgs/hr, cooling water supply unit as much as 74.620,1277 kgs/hr. Power needed wassupply from PLN about 1000 kWh. Fixed capital needed is about IDR686.038.500.423 and working capital is about IDR 130.080.548.348. Based on the economic analys, profit before taxes is IDR
213.900.820.166/yearand
profit
after
taxes
(25%)
is
IDR
171.120.656.133/year. Persen Return On Investment (ROI) before taxes 31,18%, and after taxes 24,94%. Meanwhile, Pay Out Time (POT) before taxes is 3,11 yearand after taxes is 3,85 year. Break Event Point amounts 44,71% and Shut Down Point amounts 21,66%. While, Discounted Cash Flow is counted amounts 37,30%. Based on the calculation of the economic analysis, it can be concluded that this manufacturer is reasonable to establish.
v
MOTTO DAN PERSEMBAHAN a.
Motto Sepuluh tidak akan tercapai jika tidak dimulai dari satu.
b.
Persembahan Segala puji syukur selalu tercurah kepada-Mu Yaa Allah atas segala nikmat
dan karunia-Mu penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Tugas akhir ini saya persembahkan untuk:
Kedua orang tuaku tercinta yang telah memberikan dukungan dan semangat sehingga aku bisa menyelesaikan tugas akhir ini.
Adik dan kakak yang kusayangi, terima kasih atas doa dan dukungan darimu yang memberiku semangat kepadaku untuk mengerjakan tugas akhir.
Partnerku Devi Tria Okti Anggraini, terima kasih telah menjadi partner TPP ku yang tak henti-hentinya menyemangatiku.
Para dosen pembimbing yang selalu meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan dan masukan-masukan padaku.
Teman terbaikku Aris, Danang, Yogi, dan Hamdan yang telah menghiburku ketika penat dalam mengerjakan tugas akhir.
Semua teman-teman teknik kimia angkatan 2011 Universitas Muhammadiyah Surakarta yang selalu mendukung dan memberikan motivasi.
vi
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul “Prarancangan Pabrik Asam Sulfat dari Sulfur dan Udara Kapasitas 310.000 ton/tahun”. Tidak lupa sholawat serta salam senantiasa tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW, keluarga, sahabat, dan para pengikut-pengikutnya. Tugas Prarancangan Pabrik ini merupakan salah satu syarat yang wajib ditempuh untuk menyelesaikan proram strata-1 Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada pihakpihak yang telah memberikan dukungan, bimbingan, dan bantuan hingga terselesaikannya laporan tugas akhir ini. Adapun pihak-pihak tersebut antara lain: 1. Allah SWT yang telah melimpahkan karunia-Nya 2. Bapak dan ibu tercinta, yang telah memberikan doa, kasih sayang, perhatian, dan pengorbanan. 3. Tri Widayatno, S.T., M.Sc., Ph.D. selaku dosen pembimbing 1 4. Ir. Nur Hidayati, M.T., Ph.D. selaku dosen pembimbing 2 5. Seluruh
dosen
dan
staf
karyawan
Teknik
Kimia
Universitas
Muhammadiyah Surakarta 6. Segenap civitas akademika dan teman-teman mahasiwa Teknik Kimia FT Universitas Muhammadiyah Surakarta khususnya angkatan 2011. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Prarancangan Pabrik ini masih jauh dari sempurna. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk kesempurnaan tugas ini.
Surakarta,
April 2016
Penulis vii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL …………………………………………………….. i HALAMAN PENGESAHAN ………………………………………….... ii PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ………………………………… iii ABSTRAK ………………………………………………………………… iv ABSTRACT ……………………………………………………………… v MOTTO …………………………………………………………………… vi PERSEMBAHAN ……………………………………………………….. vi KATA PENGANTAR …………………………………………………… vii DAFTAR ISI …………………………………………………………….. viii DAFTAR TABEL ………………………………………………………... x DAFTAR GAMBAR …………………………………………………….. xii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ………………………………………………………... 1 1.2. Kapasitas Perancangan ……………………………………………….. 2 1.3. Lokasi Pabrik …………………………………………………………. 4 1.4. Tinjauan Pustaka ……………………………………………………… 6 BAB II DESKRIPSI PROSES 2.1. Spesifikasi Bahan …………………………………………………….. 16 2.2. Konsep Proses ………………………………………………………... 18 2.3. Neraca Massa dan Panas ……………………………………………... 25 2.4. Tata Letak ……………………………………………………………. 39 BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES 3.1. Belt Conveyor ………………………………………………………… 48 3.2. Bucket Elevator ………………………………………………………. 48 3.3. Filter Udara …………………………………………………………… 49 3.4. Melt Tank ..……………………………………………………………. 49 3.5. Sulfur Burner …………………………………………………………. 50 3.6. Kompressor …………………………………………………………… 51 3.7. Waste Heat Boiler …………………………………………………….. 51 viii
3.8. Reaktor ……………………………………………………………….. 52 3.9. Absorber ……………………………………………………………… 53 3.10. Cooler ……………………………………………………………….. 54 3.11. Heat Exchanger ……………………………………………………... 62 3.12. Dilute Tank ………………………………………………………….. 65 3.13. Pompa ……………………………………………………………….. 66 3.14 Tangki ……………………………………………………………….. 68 BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM 4.1. Unit Pendukung Proses …………………………………………….... 70 4.2. Laboratorium ………………………………………………………... 87 BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN 5.1. Bentuk Perusahaan ………………………………………………….... 89 5.2. Struktur Organisasi …………………………………………………... 90 5.3. Sistem Kepegawaian dan Gaji ……………………………………..... 94 5.4. Pembagian Jam Kerja ………………………………………………... 94 5.5. Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ……………....... 96 5.6. Kesejahteraan Sosial ………………………………………………..... 97 5.7. Manajemen Produksi ………………………………………………... 98 BAB VI ANALISIS EKONOMI 6.1. Perhitungan Biaya ………………………………………………….... 105 6.2. Analisis Kelayakan …………………………………………………... 106 6.3. Perhitungan Analisis Ekonomi ……………………………………..... 107 6.4. Penentuan Total Capital Investment ………………………………... 108 6.5. Biaya Produksi Total ……………………………………………..... 109 6.6. Analisis Kelayakan Ekonomi ……………………………………..... 110 KESIMPULAN ……………………………………………………….....
113
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………...
114
LAMPIRAN …………………………………………………………….
116
ix
DAFTAR TABEL Tabel 1.1. Perkembangan impor asam sulfat di Indonesia........................
2
Tabel 1.2. Kapasitas pabrik asam sulfat yang sudah berdiri ...................... 3 Tabel 2.1. Harga ∆H°f 298 masing-masing bahan pada keadaan standar .... 18 Tabel 2.2. Harga ∆G°f 298 masing-masing bahan pada keadaan standar ..... 19 Tabel 2.3. Neraca Massa di Sekitar Melt Tank ........................................... 25 Tabel 2.4. Neraca Massa di Sekitar Sulfur Burner ..................................... 25 Tabel 2.5. Neraca Massa di Sekitar Kompressor ........................................ 26 Tabel 2.6. Neraca Massa di Sekitar Reaktor ................................................ 26 Tabel 2.7. Neraca Massa di Sekitar Absorber Intermediate ........................ 27 Tabel 2.8. Neraca Massa di Sekitar Absorber Final ................................... 27 Tabel 2.9. Neraca Massa di Sekitar Dilute Tank ........................................ 28 Tabel 2.10. Neraca Massa Total Masuk ..................................................... 28 Tabel 2.11. Neraca Massa Total Keluar ..................................................... 29 Tabel 2.12. Neraca Panas Melt Tank .......................................................... 29 Tabel 2.13. Neraca Panas Sulfur Burner .................................................... 30 Tabel 2.14. Neraca Panas Kompresor .......................................................
30
Tabel 2.15. Neraca Panas Waste Heat Boiler ............................................. 31 Tabel 2.16. Neraca Panas Reaktor Bed 1 ................................................... 31 Tabel 2.17. Neraca Panas Reaktor Bed 2 ................................................... 32 Tabel 2.18. Neraca Panas Reaktor Bed 3 ................................................... 32 Tabel 2.19. Neraca Panas Reaktor Bed 4 ................................................... 33 Tabel 2.20. Neraca Panas Cooler 1 ............................................................ 33 Tabel 2.21. Neraca Panas Cooler 2 ............................................................ 34 Tabel 2.22. Neraca Panas Cooler 3 ............................................................ 34 Tabel 2.23. Neraca Panas Cooler 4 ............................................................ 34 Tabel 2.24. Neraca Panas Cooler 5 ............................................................ 35 Tabel 2.25. Neraca Panas Cooler 6 ............................................................ 35 Tabel 2.26. Neraca Panas Cooler 7 ............................................................ 35 x
Tabel 2.27. Neraca Panas Cooler 8 ............................................................ 36 Tabel 2.28. Neraca Panas Cooler 9 ............................................................ 36 Tabel 2.29. Neraca Panas Heat Exchanger 1 ............................................. 36 Tabel 2.30. Neraca Panas Heat Exchanger 2 ............................................. 37 Tabel 2.31. Neraca Panas Heat Exchanger 3 ............................................. 37 Tabel 2.32. Neraca Panas Heat Exchanger 4 ............................................. 37 Tabel 2.33. Neraca Panas Absorber Intermediate ...................................... 38 Tabel 2.34. Neraca Panas Absorber Final .................................................. 38 Tabel 2.35. Neraca Panas Dilute Tank ....................................................... 39 Tabel 2.36. Perincian Luas Area Pabrik ....................................................
43
Tabel 4.1. Kebutuhan Air Proses ............................................................... 71 Tabel 4.2. Kebutuhan Air Pendingin..........................................................
72
Tabel 4.3. Kebutuhan Air Umpan Boiler ..................................................
73
Tabel 4.4. Kebutuhan Air Sanitasi ............................................................
74
Tabel 4.5. Kebutuhan Air yang harus ditambahkan .................................
74
Tabel 4.6. Kebutuhan Listrik Pabrik Asam Sulfat ...................................
86
Tabel 4.7. Kebutuhan Bahan Bakar Pabrik Asam Sulfat .........................
86
Tabel 5.1. Sistem Pembagian Kerja .........................................................
96
Tabel 5.2. Penggolongan Jabatan dalam Perusahaan ...............................
96
Tabel 6.1. Cost index chemichal plant tahun 1995-2013 .........................
103
Tabel 6.2. Perhitungan Fixed Capital Investment ....................................
108
Tabel 6.3. Perhitungan Working Capital ..................................................
108
Tabel 6.4. Perhitungan Direct Manufacturing Cost .................................
109
Tabel 6.5. Perhitungan Indirect Manufacturing Cost ...............................
109
Tabel 6.6. Perhitungan Fixed Manufactuirng Cost ..................................
109
Tabel 6.7. Perhitungan General Expense .................................................
109
Tabel 6.8. Fixed Cost ................................................................................
110
Tabel 6.9. Variable Cost ...........................................................................
110
Tabel 6.10. Regulated Cost .......................................................................
111
xi
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1. Grafik hubungan antara tahun dengan jumlah impor asam sulfat ............................................................................ 2 Gambar 1.2. Lokasi Pendirian Pabrik ........................................................ 4 Gambar 2.1. Diagram Alir Proses .............................................................. 22 Gambar 2.2. Diagram Alir Proses Kualitatif ............................................. 23 Gambar 2.3. Diagram Alir Proses Kuantitatif ........................................... 24 Gambar 2.4. Tata Letak Pabrik .................................................................. 44 Gambar 2.5. Tata Letak Peralatan Proses .................................................. 47 Gambar 4.1. Diagram Alir Utilitas ............................................................
79
Gambar 6.1. Hubungan tahun dengan nilai cost index chemichal plant ...
104
Gambar 6.2. Grafik Analisis Ekonomi ...................................................... 112
xii
xiii
