NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK ALUMINIUM FLUORIDA DARI ASAM FLUOSILIKAT DAN ALUMINIUM HIDROKSIDA KAPASITAS 40.000 TON/TAHUN
Oleh: VIRMAN HANDOYO D500110028
Dosen Pembimbing: Eni Budiyati, S.T., M.Eng. Kun Harismah, Ph.D.
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA SURAKARTA 2016
ABSTRAKSI Produk AlF3 dibutuhkan oleh industri peleburan Al untuk menurunkan titik lebur Al, sehingga besar kebutuhan bahan bakar untuk panas peleburan dapat dikurangi. Kebutuhan AlF3 semakin meningkat dari tahun ke tahun, khususnya negara-negara maju yang memiliki banyak industri Al di dalamnya seperti Cina dan India. Pabrik ini akan didirikan pada tahun 2020 di daerah Gresik dengan bahan baku H2SiF6 dan Al(OH)3 berkapasitas produksi sebesar 40.000 ton/tahun. Reaktor yang digunakan adalah reaktor CSTR (Continuous Stirred Tank Reaktor) yang berlangsung eksotermis pada fase padat-cair dengan kondisi operasi 70oC dan tekanan 1 atm. Proses utama selanjutnya adalah kristalisasi dan pengeringan. Untuk memproduksi AlF3 dengan kapasitas 5.050,505 kg/jam dibutuhkan H2SiF6 sebanyak 8.477,641 kg/jam dan Al(OH)3 sebanyak 4.518,540 kg/jam. Sedangkan kebutuhan utilitas air sebanyak 2.653,772 kg/jam, steam sebanyak 2.666,488 kg/jam, listrik sebanyak 1.212,123 kW, udara tekan sebanyak 115,582 kg/jam, bahan bakar solar sebanyak 69,986 liter/jam dan propana sebanyak 553,510 kg/jam. Pabrik beroperasi selama 330 hari dengan jumlah karyawan 202 orang. Analisis ekonomi menunjukkan besarnya Percent Return on Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 35,5% dan sesudah pajak sebesar 26,6%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak selama 2,20 tahun dan sesudah pajak selama 2,73 tahun. Break Event Point (BEP) sebesar 49,38%, Shut Down Point (SDP) sebesar 27,97% dan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 34,91%. Berdasarkan hasil di atas serta mempertimbangkan beberapa aspek seperti kondisi operasi alat dengan tekanan atmosferis dan suhu rendah, bahan baku tidak bersifat volatil dan higroskopis, limbah tidak merusak lingkungan serta letak pendirian pabrik di daerah non-konflik, maka pabrik AlF3 ini menguntungkan dan layak untuk didirikan. Kata kunci: aluminium fluorida, aluminium hidroksida, asam fluosilikat
ABSTRACT AlF3 products needed by industry consolidation Al to lower the melting point of Al, so a great need for fuel for the heat of fusion can be reduced. AlF 3 needs is increasing from year to year, particularly the developed countries that have a lot of industries Al in it such as China and India. This factory will be established in 2020 in Gresik with raw materials H2SiF6 and Al(OH)3 with production capacity of 40,000 tons/year. The reactor used is a reactor CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) which took place in the exothermic solid-liquid phase with the operating conditions of 70°C and a pressure of 1 atm. The next main process is crystallization and drying. To produce AlF3 with a capacity of 5050.505 kg / h takes H2SiF6 much as 8477.641 kg / hr and Al(OH)3 as much as 4518.540 kg/hour. While the need for water utilities as much as 2653.772 kg/hour of steam as much as 2666.488 kg/hour, as much as 1212.123 kW of electricity, compressed air as much as 115.582 kg/hour, the diesel fuel as much as 69.986 liters/hour and propane as much as 553.510 kg/hour. The factory operated for 330 days with the number of employees 202 people. The economic analysis shows the Percent Return on Investment (ROI) before tax of 35.5% and 26.6% after tax. Pay Out Time (POT) before taxes for 2.20 years and 2.73 years after tax for. Break Event Point (BEP) amounted to 49.38%, Shut Down Point (SDP) 27.97% and the Discounted Cash Flow (DCF) of 34.91%. Based on the above results and to consider several aspects such as operating conditions instrument with atmospheric pressure and low temperature, the raw material is not volatile and hygroscopic, waste does not damage the environment and location of the establishment of factories in the area of non-conflict, the plant AlF3 is profitable and feasible to set. Keyword: aluminium fluoride, aluminium hydroxide, fluosilicic acid
A. PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Pendirian Pabrik Aluminium sering dijumpai dalam keseharian karena merupakan bahan baku peralatan dapur, kaleng susu, kembang api, konduktor listrik, industri properti, otomotif dan masih banyak barang lainnya yang berbahan dasar aluminium fluorida. Karena saat ini industri otomotif dan properti sangat berkembang pesat di Indonesia maka pendirian pabrik aluminium fluorida akan menjadi jalan keluar yang tepat dan memiliki prospek yang baik. Saat ini Aluminium fluorida hanya diproduksi oleh PT. Petrokimia Gresik untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri yang sangat banyak, karena untuk menghasilkan 1 ton Aluminium diperlukan sekitar 40 kg aluminium fluorida. Sehingga produsen aluminium masih sering melakukan impor aluminium fluorida agar produksi tetap berjalan, oleh karena itu pendirian pabrik aluminium fluorida sangat berpeluang dan dimungkinkan untuk didirikan di Indonesia. 2. Kapasitas Produksi Kapasitas produksi dirancang sebanyak 40.000 ton/tahun untuk memenuhi pasar dalam dan luar negeri, penentuan kapasitas didasarkan pada kebutuhan yang digunakan di dalam negeri maupun di ekspor ke luar negeri pada tahun 2009-2013 (Tabel 1) dan produksi pabrik yang telah berdiri (Tabel 2). Tabel 1. Data Konsumsi AlF3 di Indonesia dan Luar Negeri (BPS, 1999-2013) No.
Tahun
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Jumlah (Ton) Dalam negeri Luar negeri 0 1.250 31 2.216 33 0 0 2.040 0 2.096 0 1.891 20 2.862 20 3.000 0 3.400 180 3.104 0 3 6 3.980 235 2.142 115 2.600 85 1.663
Tabel 2. Data Pabrik Penghasil Aluminium Fluorida No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Kapasitas (Ton/tahun) Alufluor (2011) 24.000 MexiChem (2011) 60.000 Arab Mining co. (2008) 41.000 Aohan Yinyi Mininh co, Ltd. (2013) 30.000 Boliden Odda ( 2014) 40.000 Fluorsid co. (2014) 90.000 Gulf Fluor (2014) 60.000 Petrokimia Gresik (2014) 11.275 Rio Tinto Alcan (2014) 60.000 Nama Perusahaan
Lokasi Sweden Meksiko Tunisia China Norway Italia UEA Indonesia Canada
3. Pemilihan Proses Proses yang digunakan untuk memproduksi aluminium fluorida terdiri dari 3 macam (Tabel 3). Tabel 3. Pemilihan Proses Berdasarkan Aspek Teknis dan Ekonomi Parameter Bahan baku Konsumsi energi Kemurnian produk Persedian bahan baku Investasi ekonomi
Proses 1 H2SiF6.SiF4 H2SO4 Al2O3 Besar 92% Melimpah tersedia di Indonesia Besar
Proses 2 H2SiF6 Al(OH)3 Sedang 95% Melimpah tersedia di Indonesia Sedang
Proses 3 CaF2 H2SO4 Al2O3 Besar 92% Melimpah import dari China Besar
Berdasarkan Tabel 3 disimpulkan untuk menggunakan proses 2 dengan pertimbangan persediaan bahan baku yang melimpah dan terdapat di Indonesia sehingga tidak memerlukan biaya transportasi yang mahal. B. DESKRIPSI PROSES 1. Proses Produksi Aluminium Fluorida Proses produksi aluminium fluorida dengan bahan asam fluosilikat dan aluminium hidroksida dilakukan dengan mereaksikan keduanya di dalam reaktor, setelah reaksi terbentuk kemudian dilakukan proses kristalisasi untuk mendapatkan padatan aluminium fluorida. Apabila padatan telah terbentuk proses selanjutnya adalah pengeringan menggunakan rotary dryer, selain proses-proses tersebut terdapat proses tambahan yang bertujuan mendapatkan kemurnian produk dengan kadar tinggi. 2. Kondisi Operasi Reaktor Pada reaktor terjadi proses pencampuran asam fluosilikat dan aluminium hidroksida (Persamaan 1). H2SiF6 + 2Al(OH)3 2AlF3 + SiO2 + 4H2O ......................................... (1)
Reaktor bersifat isothermal (suhu 70°C dan tekanan 1 atm), dengan tujuan menjaga kualitas produk yang akan diproduksi. Perbandingan asam fluosilikat dan aluminium hidroksida dalam reaktor adalah 2:1 (Karlstrom, 2002). 3. Tinjauan Termodinamika Suatu reaksi dapat dikatakan eksotermis ataupun endotermis apabila reaksi tersebut menghasilkan panas ataupun melepas panas, hal tersebut dapat diketahui dengan menghitung tinjauan termodinamika. Terjadinya perubahan entalpi selama reaksi tersebut berlangsung pada suhu standar 298K akan menunjukkan besarnya nilai ΔH°R dengan memperhatikan persamaan 1. a. Menentukan nilai ΔH°R ΔH°R 298 = ΔH°f produk - ΔH°f reaktan Tabel 4. Nilai ΔH°f 298 Setiap Komponen Keadaan Standar (Karlstrom, 2002) Komponen AlF3 Al(OH)3 H2O H2SiF6 SiO2
ΔH°f 298 (kJ/mol) -1.510.000 -1.276.000 -286.000 -2.331.300 -847.300
Sehingga dihasilkan ΔH°R 298 sebesar -135.804.737,191 kJ/mol yang artinya bersifat eksotermis (menghasilkan panas). b. Menentukan nilai ΔG°R ΔG°R 298 = ΔG°f produk - ΔG°f reaktan Tabel 5. Nilai ΔG°f 298 Setiap Komponen Keadaan Standar (Karlstrom, 2002) Komponen ΔG°f 298 (kJ/mol) AlF3 -1.431,1 Al(OH)3 -2.287,39 H2O -228,60 H2SiF6 2.175,93 SiO2 -856,30 Sehingga diperoleh hasil perhitungan ΔG°R 298 sebesar – 1.034,05 kJ/mol yang artinya reaksi tersebut berjalan secara spontan. C. SPESIFIKASI ALAT UTAMA PROSES 1. Filter Tabel 4. Spesifikasi Filter Kode H-130 Fungsi Memisahkan H2SiF6 dari padatan pengotor untuk recycle Tipe Sand filter berbentuk tangki silinder vertikal berisi tumpukan pasir dan kerikil Bahan Carbon steel type SA-283 grade C Rate umpan 0,563 ton/jam
20,203 ft3/jam 0,581 m 0,290 m 1 buah
Debit Tinggi Diameter Jumlah 2. Kristalizer
Tabel 6. Spesifikasi Kristalizer Kode Fungsi Tipe
Bahan Kondisi operasi - Suhu (T) - Tekanan (P) Volume Tekanan desain Dimensi - Silinder Diameter dalam Diameter luar Tinggi Tebal - Tutup atas Tipe Tebal Tinggi - Tutup bawah Tipe Tebal Tinggi - Tinggi total - Jaket pendingin Diameter dalam jaket Diameter luar jaket Tinggi jaket Tebal jaket - Nozzle
S-120 Membentuk kristal AlF3.3H2O dari AlF3 dan H2O Stirred tank crystallizer dilengkapi dengan jaket dan tutup atas berupa torispherical dished head dan bawah berupa konis terpancung Carbon steel SA 283 grade B 65 °C 1 atm 97,003 ft3 16,232 psi
1,514 m 1,524 m 2,271 m 0,187 in Torispherical dished head 0,187 in 0,256 m Konis terpancung 0,187 in 0,356 m 2,939 m 68,000 in 68,500 in 2,683 m 0,250 in
Pemasukan (arus 5) Pengeluaran slurry (arus 6) Pengeluaran gas (arus 20) Air pendingin (masuk) Air pendingin (keluar) Pengaduk - Tipe - Diameter - Kecepatan - Jumlah - Tenaga motor Leg support - Tipe - Ukuran
2,5 in 3 in 3 in 24 in 24 in
- Berat - Luas penampang Baut - Diameter - Jumlah Lug dan gusset - Tebal plate horisontal - Tebal plate vertikal Pondasi Jumlah
20,000 lb/ft 5,830 in2
Six blade disk 0,505 m 123,000 rpm 2 buah 5 Hp l beam 3
7 x 34 in
1,625 in 8 buah 7 in 3 in Beton berbentuk prisma 4 buah
3. Reaktor Kode Fungsi Tipe
Bahan Kondisi operasi - Suhu (T) - Tekanan (P) Volume Tekanan desain Dimensi - Silinder
Tabel 7. Spesifikasi Reaktor R-100 Mereaksikan H2SiF6 dan Al(OH)3 Reaktor CSTR (Continuous Stirred Tank Reaktor) silinder vertikal dengan tutup atas dan bawah berupa torispherical dished head dilengkapi pengaduk dan jaket Carbon steel SA 283 grade B 70 °C 1 atm 10,812 ft3 17,567 psi
Diameter dalam Diameter luar Tinggi Tebal - Tutup atas dan bawah Tipe Tinggi Tebal - Tinggi total - Jaket pendingin Diameter dalam jaket Diameter luar jaket Tinggi jaket Tebal jaket - Nozzle Pemasukan Al(OH)3 Pemasukan H2SiF6 Pengeluaran (arus 3) Air pendingin (masuk) Air pendingin (keluar) Pengaduk - Tipe - Diameter - Kecepatan - Jumlah - Tenaga motor Leg support - Tipe - Ukuran - Berat - Luas penampang Baut - Diameter - Jumlah Lug dan gusset - Tebal plate horisontal - Tebal plate vertikal Pondasi Jumlah
0,803 m 0,812 m 0,803 m 0,187 in Torispherical dished head 0,143 m 0,187 in 1,173 m 40,000 in 40,375 in 1,031 m 0,200 in 1,5 in 2,5 in 2 in 22 in 22 in Six blade disk 0,267 m 237,880 rpm 2 buah 2 Hp l beam 10 x 3 in 14,750 lb/ft 4,290 in2 1,625 in 8 buah 4,5 in 2 in Beton berbentuk prisma 3 buah
4. Rotary Dryer Kode Fungsi
Tipe Bahan
Tabel 8. Spesifikasi Rotary Dryer B-170 B-180 Mengurangi kadar air Mengurangi kadar air SiO2 dan air kristal di dalam AlF3 Single shell direct heat Single shell direct heat rotary dryer rotary dryer Stainless steel, SA 167 Stainless steel, SA 167 grade 3 type 304 18 Cr grade 3 type 304 18 Cr - 8 Ni - 8 Ni 2.841,709 kg/jam 12.501,327 kg/jam
Rate umpan Temperatur umpan - Masuk - Keluar Rate udara Temperatur udara - Masuk - Keluar Volume rotary dyer Diameter shell Panjang shell Tebal shell Kecepatan putar Slope rotary dryer Corong umpan pemasukan - Volume - Diameter - Panjang Flight rotary dryer - Tipe - Jumlah flight - Tinggi radial flight - Jarak antara flight Tenaga motor Jumlah roll support Jumlah poros support Jumlah bearing Pondasi Diameter baut
65o C 110o C 69.883,460 kg/jam
65o C 350o C 60.651,158 kg/jam
117o C 114o C 2.916,229 ft3 7,283 ft 70,035 ft 0,188 in 3,717 rpm 0,284o
420o C 323o C 3.704,995 ft3 7,800 ft 77,584 ft 0,188 in 3,471 rpm 0,606o
291,623 ft3 4,000 ft 27,862 ft
370,500 ft3 4,000 ft 35,398 ft
Flight 45o lip-flight 15 buah 0,910 ft 5,150 ft
Flight 45o lip-flight 16 buah 0,975 ft 5,515 ft
4 buah 4 buah 20 buah Beton prisma 0,5 in
4 buah 4 buah 20 buah berbentuk Beton prisma 0,5 in
berbentuk
Jumlah
1 buah
1 buah
5. Sentrifuge Kode Fungsi
Tipe Bahan Debit Diameter bowl Panjang bowl Putaran Waktu tinggal Tenaga motor Jumlah
Tabel 9. Spesifikasi Sentrifuge H-110 H-130 H-140 Memisahkan Memisahkan Memisahkan SiO2 dari AlF3.3H2O SiO2 dari slurry dari slurry slurry keluaran keluaran keluaran reaktor tangki centrifuge (R-100C) penampung (H-130) sementara (F-121) Nozzle Nozzle Disk discharge discharge Carbon steel Carbon steel Carbon steel 8,561 m3/jam 7,246 m3/jam 0,528 m3/jam 16 in 18 in 7 in 40 in 45 in 17,5 in 6.250 rpm 6.250 rpm 12.000 rpm 1,847 menit 3,106 menit 2,505 menit 40 Hp 40 Hp 0,333 Hp 1 buah 1 buah 1 buah
H-150 Memisahkan Al(OH)3 dari slurry keluaran centrifuge (H-140)
Disk Carbon steel 0,473 m3/jam 7 in 17,5 in 12.000 rpm 2,796 menit 40 Hp 1 buah
D. MANAJEMEN PERUSAHAAN Pabrik aluminium fluorida berdiri dalam naungan sebuah perusahaan yang berbentuk perseroan terbatas dengan 4 pertimbangan. 1. Perusahaan dapat memperoleh modal dari penjualan saham ke publik dimana penanam modal memiliki minat dalam industri ini. 2. Tanggungjawab pemegang saham terbatas hanya pada besar modal yang ditanam dan tidak ikut serta menanggung hutang perusahaan. 3. Kelangsungan hidup perusahaan terjamin karena tidak terpengaruh berhentinya karyawan. 4. Manajemen lebih baik karena karyawan dapat dipilih sesuai kebutuhan dalam perusahaan seesuai kemampuan dan pengalaman. Karyawan perusahaan dibagi menjadi 2 macam (karyawan shift dan non-shift), dimana karyawan shift menangani produksi secara langsung yang terbagi dalam 4 shift (3 shift bekerja sesuai jadwal dan 1 shift libur) dengan massa kerja 7 hari dalam
1 minggu. Sedangkan karyawan non-shift adalah yang tidak menangani proses secara langsung (direktur, staff ahli, kepala bagian) dengan masa kerja 5 hari dalam 1 minggu. E. ANALISA EKONOMI DAN KESIMPULAN Analisa ekonomi bertujuan untuk mengetahui kelayakan pendirian pabrik aluminium fluorida, dengan kapasitas produksi 40.000 ton/tahun dibutuhkan modal kerja sebanyak Rp 317.754.175.041 dengan keuntungan sebelum pajak sebesar Rp 112.705.602.012 dan keuntungan setelah pajak sebesar Rp 84.529.201.509. Sehingga diperoleh Break Even Point sebesar 49,38%, Shut Down Point sebesar 27,97%, Return on Investment sebelum pajak sebesar 35,47%, Return on Investment setelah pajak sebesar 26,60% dan Discounted Cash Flow sebesar 34,91%. Pabrik ini memiliki resiko rendah karena bahan baku yang tidak volatil dan higroskopis, pendirian pabrik terletak di daerah yang tidak terjadi konflik, kondisi operasi tidak memerlukan tekanan dan suhu yang tinggi. Berdasarkan hasil perhitungan tersebut maka pabrik aluminium fluorida layak untuk didirikan di kabupaten Gresik, Jawa Timur.
Rupiah/ tahun ( x 109)
1000
RA
800
600
SA 400
VA
200
BEP
SDP
0,3 RA
FA
0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
Tingkat Produksi per tahun (%)
90
100
Gambar 1. Grafik Analisis Kelayakan Pabrik Aluminium Fluorida Keterangan: Fa Sa
: Fixed expense
Ra
: Regulated expense
: Sales
Va
: Variable expense
F. DAFTAR PUSTAKA Aries, R.S., dan Newton, R.D. 1955. Chemical Engineering Cost Estimation. McGraw Hill Book Company. New York. Brown, G.G., Kaltz, D., Foust, A.S., dan Schneidewind, R. 1978. Unit Operation Modern Asia Edition. John Wiley and Sons, Inc. New York. Brownell, L.E. dan Young, E.H. 1959. Process Equipment Design. John Wiley and Sons, Inc. New York. Coulson, J.M. dan Richardson, J.F. 2005. Chemical Engineering, Vol 6. Pergamon International Library. New York. Geankoplis, C.J. 1983. Transport Process and Unit Operations, 2nd ed. Allyn and Bacon, Inc. Boston. Gernes, D.C., Gatos, L., dan Kinf, W.R. 1963. Producing Aluminium Fluoride. USA. Patent No. 3,057,681. Karlstrom, John. 2002. Reactor Model for Production of Aluminium Fluoride. Sweden. Kern, D.Q. 1983. Process Heat Transfer. McGraw Hill Book Company, Inc. New York. Kirk, R.E., dan Othmer, D.F. 1983. Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd ed. John Wiley and Sons, Inc. New York. McCabe, W.L., Smith, J.C., dan Harriott, P. 1993. Unit Operation of Chemical Engineering International Editions. McGraw Hill Book Company, Inc. New York. Perry, R.H. dan Green, D.W. 1994. Perry’s Chemical Engineer’s Handbook, 6th ed. McGraw Hill Book Company, Inc. New York. Peters, M.S. dan Timmerhaus, K.D. 1991. Plant Design and Economics for Chemical Engineers, 4th ed. McGraw Hill Book Company, Inc. New York. Silla, H. 2003. Chemical Process Engineering. Marcel Dekker, Inc. New York. Smith,J.M., dan Van Ness, H.T. 1975. Introduction of Chemical Engineering Thermodynamics, 4th ed. Mc Graw Hill,Inc. Singapore. Treyball, R.E. 1981. Mass-Transfer Operations, 3rd ed. McGraw Hill Book Company, Ltd. Japan. Ulrich, G.D. 1984. A Guide To Chemical Engineering Process Design and Economics. John Wiley and Sons, Inc. Japan. Walas, S.M. 1990. Chemical Process Equipment Selection and Design. Butterworth-Heinemann. USA. Yaws, C.L. 1999. Chemical Properties Handbook. McGraw Hill Book Company, Inc. New York.
