PRARANCANGAN PABRIK SODIUM NITRAT DARI SODIUM KLORIDA

DAN ASAM NITRAT KAPASITAS 55.000 TON PER TAHUN

Halaman Judul

Oleh :

Nur Isnaini

D 500 100 015

Dosen Pembimbing :

Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D

Kun Harismah, Ph.D

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

SURAKARTA

2015

i

ii

iii

MOTTO

“Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu. Dan sesungguhnya yang

demikian itu sungguh berat kecuali bagi orang-orang yang khusyu”

(terjemahan QS. Al Baqarah: 45)

Rasulullah SAW juga bersabda: “Barang siapa menempuh jalan yang padanya dia

menuntut ilmu, maka Allah telah menuntunnya jalan ke surga”

(terjemahan HR. Muslim)

“Sesungguhnya Allah tidak akan merubah nasib suatu kaum sehingga mereka

merubah nasib mereka sendiri”(Ar-Ra’d: 11)

“Berusaha dan berdoa secara sungguh-sungguh dan serahkan hasilnya kepada

Allah SWT”

“Ketika kenyataan tak sejalan dengan harapanmu, ingatlah pada-Nya dan Dia akan

menyiapkan rencana hebat-Nya untukmu”

“Learning by doing”

“Satyaku ku dharmakan, dharmaku ku baktikan, berbudi bawa laksana”

iv

PERSEMBAHAN

Segala puji syukur selalu tercurah kepada-Mu Yaa Allah atas segala nikmat dan

karunia-Mu penulis dapat menyelesaikan karya ini.

Karya ini saya persembahkan untuk:

♥ Ibu dan Ayah, cinta dan kasih sayangmu selalu menyejukkan hatiku. Doa dan

ridhomu memudahkan setiap langkah-langkah perjuanganku. Terima kasih

telah membesarkan aku dengan penuh cinta dan kasih sayang yang tulus.

Terima kasih atas segala pengorbanan Ibu dan Ayah, aku sayang kalian, aku

selalu berdoa agar selalu diberikan kesehatan, dan kasih sayang oleh Allah

SWT dan Allah senantiasa bersama Ibu dan Ayah. Aamiin.

♥ Keluarga besarku, terima kasih untuk semua dukungan, semangat, doa dan

perhatian kalian hingga hari ini. Motivasi yang kalian berikan selalu

membuatku bersemangat agar aku segera lulus.

♥ Kekasih hatiku S. Haryadi, terima kasih atas dukungan, semangat, motivasi

dan waktu yang selalu kamu berikan kepadaku. Terima kasih juga kepada

keluargamu atas segala cinta dan kasih sayang dan terima kasih karena selalu

mau aku repotkan. Terima kasih telah bersama dan menemaniku selama lebih

dari 7 tahun ini. Love you much.

♥ Partnerku Muslimah Dwi Mulyati, terima kasih telah menjadi partnerku untuk

penelitian dan TPP. Terima kasih untuk kesabaran, persahabatan, kerjasama

dan semua hal yang telah kita lalui bersama dalam perjuangan kita meskipun

banyak batu sandungan, semoga Allah selalu menjaga dan melindungimu

kawan. Aamiin.

♥ Teman-teman yang sudah seperti keluarga bagiku. Terima kasih sudah

membantu, sudah mendoakan serta memberikan semangat untukku dalam

perjalanan hidupku. Long live my family – (Endank Soekamti).

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas limpahan rahmat, taufik

dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul

“Prarancangan Pabrik Sodium Nitrat dari Sodium Klorida dan Asam Nitrat Kapasitas

55.000 Ton/Tahun”. Sholawat serta salam selalu penulis haturkan kepada Nabi Besar

Muhammad SAW yang kita nantikan syafa’atnya di Yaumul Qiyamah nanti.

Tugas Prarancangan Pabrik merupakan salah satu syarat yang wajib ditempuh

untuk menyelesaikan program strata 1 di Program Studi Teknik Kimia, Fakultas

Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada pihak-

pihak yang telah memberikan dukungan, bimbingan, dan bantuan hingga

terselesaikannya laporan tugas akhir ini. Adapun pihak-pihak tersebut, antara lain:

1. Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D., sebagai dosen pembimbing I

2. Kun Harismah, Ph.D., sebagai dosen pembimbing II

3. Seluruh dosen dan staf Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta

4. Segenap civitas akademika dan teman-teman mahasiswa Teknik Kimia FT UMS

khususnya angkatan 2010.

Penulis berharap semoga laporan ini bermanfaat bagi semua pihak yang

membaca.

Surakarta, Juni 2015

Penulis

vi

DAFTAR ISI Halaman Judul................................................................................................................i HALAMAN PENGESAHAN.......................................................................................ii PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI.....................................................................iii INTISARI......................................................................................................................iv MOTTO..........................................................................................................................v PERSEMBAHAN.........................................................................................................vi KATA PENGANTAR.................................................................................................vii DAFTAR ISI...............................................................................................................viii DAFTAR TABEL.........................................................................................................xi DAFTAR GAMBAR...................................................................................................xii BAB I PENDAHULUAN..............................................................................................1

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik.........................................................................1 1.2 Kapasitas Pabrik..................................................................................................2

1.2.1 Proyeksi Kebutuhan Sodium Nitrat di Indonesia....................................2 1.2.2 Kapasitas Pabrik Minimal dan Maksimal di Luar Negeri.......................3 1.2.3 Ketersediaan Bahan Baku........................................................................3

1.3 Lokasi Pabrik.......................................................................................................4 1.4 Tinjauan Pustaka..................................................................................................6

1.4.1 Macam-macam Proses.............................................................................6 1.4.2 Kegunaan Produk.....................................................................................7 1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk.......................................8 1.4.4 Tinjauan Proses......................................................................................10

BAB II DESKRIPSI PROSES....................................................................................11 2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk..................................................................11

2.1.1 Bahan Baku............................................................................................11 2.1.2 Produk Utama........................................................................................11 2.1.3 Produk Samping.....................................................................................11

2.2 Konsep Proses....................................................................................................11 2.2.1 Mekanisme Reaksi.................................................................................11 2.2.2 Tinjauan Kinetika..................................................................................12 2.2.3 Tinjauan Termodinamika.......................................................................12 2.2.4 Kondisi Operasi.....................................................................................15

2.3 Tahapan Proses..................................................................................................15 2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas.......................................................................17

2.4.1 Neraca Massa.........................................................................................17 2.4.2 Neraca Panas..........................................................................................19

2.5 Tata Letak Peralatan..........................................................................................21 2.5.1 Tata Letak Pabrik...................................................................................21 2.5.2 Tata Letak Peralatan Proses...................................................................24

BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES...................................................................26 3.1 Spesifikasi Alat Utama......................................................................................26

3.1.1 Mixer......................................................................................................26 3.1.2 Reaktor..................................................................................................26 3.1.3 Evaporator.............................................................................................27 3.1.4 Kristaliser...............................................................................................27

vii

3.1.5 Centrifuge..............................................................................................28 3.1.6 Rotary Dryer..........................................................................................28 3.1.7 Menara Distilasi.....................................................................................28

3.2 Spesifikasi Alat Penunjang................................................................................29 3.2.1 Silo.........................................................................................................29 3.2.2 Tangki....................................................................................................29 3.2.3 Boiler.....................................................................................................30 3.2.4 Conveyor................................................................................................30 3.2.5 Blower....................................................................................................31 3.2.6 Pompa....................................................................................................31 3.2.7 Hopper...................................................................................................32 3.2.8 Screw Conveyor.....................................................................................32 3.2.9 Kompresor.............................................................................................32 3.2.10 Kondensor..............................................................................................33 3.2.11 Accumulator..........................................................................................33 3.2.12 Heat Exchanger.....................................................................................34

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM.......................35 4.1 Unit Pendukung Proses......................................................................................35

4.1.1 Unit Pengadaan Air................................................................................35 4.1.2 Unit Pengadaan Steam...........................................................................40 4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan................................................................41 4.1.4 Unit Pengadaan Listrik..........................................................................42 4.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar................................................................44

4.2 Laboratorium.....................................................................................................45 4.2.1 Laboratorium Fisik................................................................................46 4.2.2 Laboratorium Analitik...........................................................................46 4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan........................................46 4.2.4 Analisa Air.............................................................................................46

4.3 Unit Pengolahan Limbah...................................................................................47 BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN...................................................................51

5.1 Bentuk Perusahaan.............................................................................................51 5.2 Struktur Organisasi............................................................................................51 5.3 Tugas dan Wewenang........................................................................................54

5.3.1 Pemegang Saham...................................................................................54 5.3.2 Dewan Komisaris...................................................................................54 5.3.3 Dewan Direksi.......................................................................................55 5.3.4 Staf Ahli.................................................................................................55 5.3.5 Penelitian dan Pengembangan (Litbang)..............................................55 5.3.6 Kepala Bagian........................................................................................56 5.3.7 Kepala Seksi..........................................................................................57

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan.......................................................................58 5.4.1 Karyawan NonShift...............................................................................58 5.4.2 Karyawan Shift.......................................................................................58

5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah....................................................................59 5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji.........................................59

5.6.1 Penggolongan Jabatan ...........................................................................59

viii

5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji....................................................................60 5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan........................................................................61 5.8 Kesehatan dan Keselamatan Kerja....................................................................61 5.9 Manajemen Produksi.........................................................................................62

5.9.1 Perencanaan Produksi............................................................................62 5.9.2 Pengendalian Produksi...........................................................................63

BAB VI ANALISIS EKONOMI.................................................................................64 6.1 Dasar Perhitungan..............................................................................................64 6.2 Perhitungan Biaya..............................................................................................66

6.2.1 Investasi Modal (Capital Investment)...................................................66 6.2.2 Biaya Produksi (Manufacturing Cost)..................................................66 6.2.3 Pegeluaran Umum (General Expenses)................................................66

6.3 Analisis Kelayakan............................................................................................67 6.3.1 Percent Return On Investment (ROI)...................................................67 6.3.2 Pay out time (POT)...............................................................................67 6.3.3 Break Event Point (BEP)......................................................................67 6.3.4 Shut Down Point (SDP)........................................................................67 6.3.5 Discounted Cash Flow...........................................................................68

6.4 Hasil Perhitungan...............................................................................................68 6.4.1 Total Fixed Capital Investment.............................................................68 6.4.1 Working Capital.....................................................................................68 6.4.2 Total Capital Investment (TCI)............................................................69 6.4.3 Direct Manufacturing Cost....................................................................69 6.4.4 Indirect Manufacturing Cost.................................................................69 6.4.5 Fixed Manufacturing Cost.....................................................................69 6.4.6 Total Manufacturing Cost (TMC)........................................................69 6.4.7 General Expenses..................................................................................70 6.4.8 Total Production Cost (TPC)................................................................70 6.4.9 Perhitungan Keuntungan Produksi........................................................70 6.4.10 Analisis Kelayakan................................................................................70

6.5 Kesimpulan..................................................................................................73 DAFTAR PUSTAKA.................................................................................................xiii LAMPIRAN................................................................................................................xiv

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Data impor NaNO3 di Indonesia.....................................................................2 Tabel 1.2 Kapasitas produksi sodium nitrat konvensional..............................................3 Tabel 2.1 Harga ΔHf° dan ΔGf°.....................................................................................13 Tabel 2.2 Neraca massa pada Mixer (M-121)..............................................................17 Tabel 2.3 Neraca massa pada Reaktor (R-101)............................................................17 Tabel 2.4 Neraca massa pada Evaporator 1 (V-101)...................................................18 Tabel 2.5 Neraca massa pada Kristaliser (S-101).........................................................18 Tabel 2.6 Neraca massa pada Centrifuge (H-141)........................................................18 Tabel 2.7 Neraca massa pada Rotary Dryer (B-121)...................................................18 Tabel 2.8 Neraca massa pada Evaporator 2 (V-102)...................................................19 Tabel 2.9 Neraca massa pada Menara Distilasi (D-111)..............................................19 Tabel 2.10 Neraca panas pada Mixer (M-121).............................................................20 Tabel 2.11 Neraca panas pada Reaktor (R-101)...........................................................20 Tabel 2.12 Neraca panas pada Evaporator 1 (V-101)..................................................20 Tabel 2.13 Neraca panas pada Kristaliser (S-101).......................................................20 Tabel 2.14 Neraca panas pada Centrifuge (H-141)......................................................20 Tabel 2.15 Neraca panas pada Rotary Dryer (B-121)..................................................21 Tabel 2.16 Neraca panas pada Evaporator 2 (V-102)...................................................21 Tabel 2.17 Neraca panas pada Menara Distilasi (D-111).............................................21 Tabel 2.18 Perincian luas tanah sebagai bangunan pabrik............................................24 Tabel 4.1 Kebutuhan air pendingin...............................................................................39 Tabel 4.2 Kebutuhan air proses.....................................................................................39 Tabel 4.3 Kebutuhan air untuk steam............................................................................39 Tabel 4.4 Kebutuhan air konsumsi umum dan sanitasi.................................................39 Tabel 4.5 Kebutuhan listrik untuk keperluan proses.....................................................42 Tabel 4.6 Kebutuhan listrik untuk keperluan utilitas.....................................................42 Tabel 4.7 Jumlah Lumen berdasarkan luas bangunan...................................................43 Tabel 4.8 Total kebutuhan listrik pabrik........................................................................44 Tabel 5.1 Jadwal pembagian kelompok shift.................................................................59 Tabel 5.2 Jumlah karyawan menurut jabatannya..........................................................60 Tabel 5.3 Perincian golongan dan gaji karyawan..........................................................61 Tabel 6.1 Cost index chemical plant..............................................................................65 Tabel 6.2Total fixed capital investment........................................................................68 Tabel 6.3 Working capital.............................................................................................68 Tabel 6.4 Direct manufacturing cost.............................................................................69 Tabel 6.5 Indirect manufacturing cost...........................................................................69 Tabel 6.6 Fixed manufacturing cost..............................................................................69 Tabel 6.7 Total manufacturing cost...............................................................................69 Tabel 6.8 General expenses...........................................................................................70 Tabel 6.9 Analisis kelayakan.........................................................................................72

x

DAFTAR GAMBAR Gambar 1 Data impor NaNO3 di Indonesia....................................................................2 Gambar 2 Peta lokasi pabrik di Provinsi Banten.............................................................6 Gambar 3 Tata letak pabrik...........................................................................................23 Gambar 4 Tata letak peralatan proses............................................................................25 Gambar 5 Diagram alir pengolahan air sungai..............................................................36 Gambar 6 Blok diagram instalasi pengolahan air limbah (IPAL).................................50 Gambar 7 Struktur organisasi pabrik NaNO3 ...............................................................54 Gambar 8 Grafik hubungan tahun dengan cost index...................................................65 Gambar 9 Grafik analisis kelayakan..............................................................................72

xi

INTISARI

Pabrik sodium nitrat dengan bahan baku sodium klorida dan asam nitrat dengan kapasitas 55.000 Ton per tahun direncanakan beroperasi selama 330 hari per tahun. Proses pembuatan NaNO3 dengan cara sintesis NaCl dengan HNO3 pada suhu 60⁰C dan tekanan 1 atm di dalam reaktor alir tangki berpengaduk dengan kondisi isothermal.

Kebutuhan NaCl untuk pabrik ini sebesar 4.776,3557 kg/jam dan HNO3

11.922,9102 kg/jam. Produk yang dihasilkan berupa NaNO3 sebanyak 6.944,4444 kg/jam. Dengan memperhatikan beberapa faktor seperti aspek penyediaan bahan baku, transportasi, tenaga kerja, utilitas, serta pemasaran, maka lokasi pabrik yang cukup strategis adalah Cilegon, Banten untuk didirikan pada tahun 2020. Unit pendukung proses didirikan untuk menunjang proses produksi yang terdiri dari unit penyediaan air, steam, tenaga listrik, penyediaan bahan bakar, serta unit pengolahan limbah. Agar mutu bahan baku dan kualitas produk tetap terkendali, maka keberadaan laboratorium sangat diperlukan. Dalam pabrik natrium nitrat ini mempunyai tiga buah laboratorium, yaitu laboratorium analitik, laboratorium fisik, serta laboratorium penelitian dan pengembangan. Bentuk perusahaan adalah Perseroan Terbatas (PT) dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pada pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift dengan jumlah karyawan 246 orang.

Pabrik sodium nitrat ini menggunakan modal tetap sebesar Rp495.334.366.859,00 dan modal kerja sebesar Rp68.399.925.322,00. Dari analisis ekonomi terhadap pabrik ini menunjukkan keuntungan sebelum pajak Rp202.400.097.693,00 per tahun setelah dipotong pajak 25% keuntungan mencapai Rp151.800.073.269,00. Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak 35,61% dan setelah pajak 26,70%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak 2,29 tahun dan setelah pajak 2,88 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 47,80%, dan Shut Down Point (SDP) sebesar 28,92% dan Discounted Cash Flow (DCF) terhitung sebesar 28,95%. Dari data analisis kelayakan di atas disimpulkan, bahwa pabrik ini menguntungkan dan layak untuk didirikan.

xii