prarancangan pabrik asam borat dari boraks dan …eprints.ums.ac.id/44389/28/naskah publikasi...
TRANSCRIPT
PRARANCANGAN PABRIK ASAM BORAT DARI BORAKS
DAN ASAM SULFAT DENGAN PROSES ASIDIFIKASI
KAPASITAS PRODUKSI 11.000 TON/TAHUN
PUBLIKASI ILMIAH
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata 1 pada Jurusan
Teknik Kimia Fakultas Teknik
Oleh :
FIKRI FARID BAWAZIER
D500 140 162
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
i
ii
iii
PRARANCANGAN PABRIK ASAM BORAT
DARI BORAKS DAN ASAM SULFAT DENGAN PROSES ASIDIFIKASI
KAPASITAS PRODUKSI 11.000 TON/TAHUN
Abstrak
Asam borat dengan rumus molekul H3BO3 memiliki peran penting dalam berbagai industri, baik sebagai
bahan pembantu dalam industri kaca, industri keramik, bahan pemutih dalam industri kertas serta bahan
dalam pembuatan obat di industri farmasi. Pabrik asamborat ini dirancang untuk memenuhi kebutuhan
dalam negeri. Pabrik asam borat ini dirancang dengan kapasitas 11.000 ton/tahun. Proses pembuatan
asamborat ini menggunakan proses asidifikasi dengan perbandingan mol boraks : asam sulfat = 1:1,01.
Reaksi bersifat eksotermis dan dijalankan dalam reaktor alirtangkiberpengaduk (RATB), fase cair-cair,
irreversible serta kondisi operasi dijaga isothermal (100 oC) dan tekanan 1 atm dengan bahan baku boraks
sebanyak 1.223,07 kg/jam dan asam sulfat sebanyak 384.56 kg/jam. Utilitas pendukung proses meliputi
penyediaan air sebesar 5.579,87 kg/jam yang diperoleh dari air sungai Brantas, unit penyediaan steam
sebesar 52,646 kg/jam, kebutuhan udara tekan sebesar 60,48 m3
per jam, kebutuhan listrik diperoleh dari
PLN dan generator set sebesar 400 kW sebagai cadangan, bahan bakarberupa IDO sebanyak 58,72
liter/jam. Pabrik ini direncanakan akan didirikan di kawasan industri Gresik, Jawa Timur dengan luas
tanah 25.550 m2 dan jumlah karyawan 139 orang.Dari analisis ekonomi, pabrik asamborat ini
membutuhkan modal tetap sebesar Rp346.313.089.667,77 dan modal kerja sebesar Rp
79.924.962.676,07. Keuntungan sebelum pajak sebesar Rp 105.233.369.792,84/th. Keuntungan sesudah
pajak sebesar Rp 94.710.032.813,56/th. Analisis kelayakan ini memberikan hasil bahwa Return On
Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 30,39% dan setelah pajak sebesar 27,35%. Pay Out Time (POT)
sebelum pajak sebesar 2,48 tahun dan setelah pajak sebesar 2,68 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar
46,59 %, dan Shut Down Point (SDP) sebesar 24,05 %. Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 33,66 %.
Berdasarkan data–data di atas maka pabrik asamborat dari boraks dan asam sulfat ini cukup menarik
untuk didirikan.
Kata kunci :asamborat, boraks, proses asidifikasi , reaktoralirtangkiberpegaduk (RATB).
Abstract
Boric acid has the molecular formula H3BO3 have an important role in various industries, both as an
adjuvant in the glass industry, ceramic coatings industry, bleach in chemical industry, and materials in the
manufacture of drugs in the pharmaceutical industry. The boric acid plant designed to meet domestic
demand. The boric acid plant designed capacity of 11.000 ton/year. The process of making this boric acid
using the acidification process with mole ratio of borax:sulfuric acid = 1:1,01. The reaction is exothermic
and is run in a continue strirred tank reactor (CSTR), liquid-liquid phase, irreversible and kept isothermal
operating conditions and pressure of 1 atmosphere with raw materials borax as many as 1.223,07 kg/hr
and sulfuric acid as many as 384,56 kg/hr. Process support unit includes a water supply unit as many as
5.579,87 kg/hr is obtained from Brantas river water, units procurement steam with the needs of 52,646
kg/hr, units procurement of compressed air at 60,48 m3 per hour, units procurement of electricity from
PLN and generator set as many as 400 kW for backup, as well as fuel procurement unit of IDO at 58,72
liter/hour. The factory is planned to be established in the industrial area of Gresik, East Java with land
area of 25.550 m2 and the number of employees as many as 139 people. The results of the economic
analysis, the boric acid plant requires a fixed capital of Rp 346.313.089.667,77 and working capital of Rp
79.924.962.676,07.Profit before tax of Rp 105.233.369.792,84/year. Profit after tax of Rp
94.710.032.813,56/year. Feasibility analysis results obtained from the Return On Investment (ROI) before
tax of 30,39%and after tax of 27,35%. Pay Out Time (POT) before tax of 2,48 years and aftertax of 2,68
years. Break Even Point(BEP) of 46,59%, andShut Down Point(SDP) of 24,05%. Discounted Cash Flow
(DCF) of 33,66%. The results of the economic analysis concluded that the plant boric acid from borax
and sulfuric acid using acidification process capacity of 11.000 ton/year feasible to set.
Keywords :boric acid, borax, acidification process, continue stirred tank reactor (CSTR)
1
1. PENDAHULUAN
Keberhasilan proses industrialisasi pada era perdagangan bebas sekarang ini sangat
ditentukan oleh adanya sumber daya alam dan sumber daya manusia yang berkualitas.
Indonesia sebagai salahsatu negara yang mempunyai Sumber Daya Alam maupun
Sumber Daya Manusia yang berlimpah sangat berpotensi mengembangkan industri
dalam negeri terutama industri-industri yang bersifat padat modal maupun padat
teknologi dan mempunyai prospek pemasaran yang menguntungkan. Salah satu industri
yang mempunyai persyaratan di atas adalah industri pembuatan asam borat.
Asam borat merupakan suatu senyawa kimia anorganik yang dapat digunakan
sebagai bahan baku untuk industri kimia lain seperti industri farmasi, industri keramik,
industri kaca, dan lain-lain (Mc. Ketta, 1992). Kegunaan asam borat antara lain sebagai
reagen untuk analisis kimia, dalam bidang farmasi asam borat berfungsi sebagai
antiseptik dan desinfektan. Pada saat ini kebutuhan asam borat di Indonesia masih
didatangkan dari negara-negara lain seperti Amerika Serikat, China dan Turki.
Proyek kebutuhan asam borat dalam negeri semakin meningkat seiring dengan
berkembangnya industri-industri yang menggunakan bahan baku berupa asam borat.
Oleh karena itu, dikarenakan pada saat ini pabrik yang memproduksi asam borat di
Indonesia belum ada, pendirian pabrik asam borat ini diharapkan bias memenuhi
permintaan dalam negeri serta dapat mengurangi ketergantungan asam borat dari
negara-negara importir.
Keuntungan pendirian pabrik asam borat antara lain; dapat memenuhi kebutuhan
asam borat dalam negeri sehingga mengurangi impor dalam negeri yang diharapkan
dapat memberi keuntungan finansial dan menambah devisa negara, selain itu dapat
membantu pemerintah dalam mengatasi masalah tenaga kerja dan sekaligus dapat
mendukung berkembangnya industri-industri di Indonesia dan memacu tumbuhnya
industri baru terutama diversivikasi industri asam borat.
2. TINJAUAN PUSTAKA
Penulis melakukan berbagai analisis dalam menentukan kapasitas pabrik asam
borat yang akan didirikan tahun 2020, yaitu :
2
Tabel 1. Data Impor Asam Borat di Indonesia
Tahun Impor (Kg/Tahun)
2007 2.795.300
2008 4.028.666
2009 3.245.506
2010 4.069.174
2011 4.856.326
2012 4.336.127
2013 4.900.638
2014 4.299.977
(www.bps.go.id)
Tabel 1 menunjukkan impor asam borat dari luar negeri. Dari data impor di atas,
kemudian dilakukan regresi linier untuk mendapatkan nilai kenaikan impor asam borat
di Indonesia. Data impor dan regresi linier ditunjukkan dalam Gambar 1
Gambar 1.Grafik ImporAsam Borat Indonesia
Perkiraan kebutuhan asam borat di Indonesia pada tahun yang akan datang
dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
(1)
kg/tahun
3
ton/tahun
Dari pertimbangan di atas maka pabrik asam borat dari boraks dan asam sulfat
ini akan didirikan pada tahun 2020 dengan kapasitas perancangan sebesar 11.000
ton/tahun dengan harapan dapat memenuhi kebutuhan asam borat dalam negeri serta
membuka kesempatan berdirinya industri-industri lainnya yang menggunakan asam
borat sebagai bahan baku maupun bahan pembantu mengingat banyaknya kegunaan
asam borat, sisanya dapat diekspor ke negara-negara tetangga.
3. DISKRIPSI PROSES
3.1 DasarReaksi
Proses pembuatan asam borat dari bahan baku boraks dan asam sulfat
dinamakanproses asidifikasi. Reaksi pembentukan asam borat adalah sebagai berikut:
Na2B4O7.10H2O(aq) + H2SO4(l) 4H3BO3(aq) + Na2SO4(aq) + 5H2O(l) (2)
3.2 TinjauanTermodinamika
Tinjauan termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi serta arah
reaksi. Maka dari itu perlu dilakukan peninjauan terhadap energi gibbs (ΔGo).
Perubahan energi gibbs dapat dihitung dengan persamaan:
ΔGo298= ΣΔG
oProduk - ΣΔG
oReaktan (3)
= {(4ΔGoH3BO3+ΔG
oNa2SO4+5ΔG
oH2O)
(ΔGoNa2B4O7.10H2O+ΔG
oH2SO4)}
={(4 x (-968,75))+ (-1268,36) + (5 x (-237,129)) - ((-5516) + (-690,003}
= -122,462 kJ/mol
= -122462 kJ/kmol
Harga konstanta kesetimbangan dapat diketahui dengan rumus:
ΔGo
= - R.T.ln K (4)
Dimana: R = 1,987 kal/mol.K = 1,987.10 -3
kkal/mol
Sehingga:
Ln K = ΔGo / (- R.T)
= -(-122462) / (8,314 x 298)
= 49,4282
K = 2,9268.1021
Pada T = T operasi
4
ref
ref
298
operasi
TxT
TTx
R
ΔH
K
Kln
298x373
373298x
8,314
5351KlnKln 298operasi
Koperasi = 1,8957 x 1021
3.3 Langkah Proses
Bahan baku yang dibutuhkan untuk kegiatan proses asidifikasi dipersiapkan
terlebih dahulu. Bahan-bahan tersebut meliputi larutan boraks dan asam sulfat 98%.
Larutan boraks dibuat dengan melarutkan padatan boraks dengan air dalam tangki mixer
(M-120) pada suhu 32oC dan tekanan 1 atm. Sedangkan asam sulfat 98% merupakan
cairan tak berwarna yang disimpan dalam tangki silinder vertikal (F-130) yang
dikondisikan pada suhu 32oC dan tekanan 1 atm. Selanjutnya larutan boraks yang keluar
dari mixer (M-120) dan asam sulfat dari tangki (F-130) diumpankan dan direaksikan di
dalam reaktor (R-210) pada suhu 100oC dan tekanan 1 atm dan berlangsung selama 1
jam, sehingga menghasilkan produk berupa larutan asam borat dan produk samping
natrium sulfat. Reaktor yang digunakan berjumlah 6 buah dan dilengkapi dengan
pendingin berupa koil dan jaket. Setelah direaksikan di reaktor, proses selanjutnya
adalah mereaksikan asam sulfat yang masih tersisa dengan NaOH 48% dari tangki (F-
140) di dalam netrallizer (D-310). Larutan dari netrallizer kemudian diumpankan ke
evaporator (E-410) untuk memekatkan larutan dengan jalan menguapkan pelarut yang
dikondisikan pada suhu 99oC dan tekanan 1 atm. Selanjutnya larutan pekat keluaran
evaporator diturunkan terlebih dahulu suhunya mengunakan heat exchanger (E-420)
dengan media pendingin berupa air. Produk keluar evaporator akan dikristalkan dengan
crystallizer (V-430) pada suhu 32oC dan dipisahkan menggunakan centrifuge I (H-510)
untuk memperoleh kristal asam boratnya dan dikeringkan di dalam rotary dryer (B-610)
sehingga dihasilkan produk kristalasam borat 99,5%. Produk samping centrifuge I
kemudian diumpankan ke centrifuge II (H-520) untuk memperoleh produk samping
natrium sulfat.
4. SPESIFIKASI ALAT PROSES
4.1 Mixer
Kode : M-120
5
Tipe : Tangki silinder tegak berpengaduk
Bentuk : Torispherical head
Tinggi : 1,02 m
Volume : 0,24 m3
Diameter : 0,67 m
Tebal shell : 3/16 in
Tebal head : 3/16 in
Tinggi head : 0,17 m
Pengaduk : Turbin 6 blade disk
Diameter : 0,23 m
Kecepatan : 354,28 rpm
Daya : 2 Hp
Jumlah : 1 pengaduk
Material : Carbon steel SA 283 grade C
4.2 Reaktor
Kode : R-210 sampai R-260
Tipe : Tangki silinder tegak berpengaduk
Bentuk : Torispherical head
Tinggi : 1,29 m
Volume : 0,54 m3
Diameter : 0,88 m
Tebal shell : 3/16 in
Tebal head : 3/16 in
Tinggi head : 0,20 m
Pengaduk : Turbin 6 blade disk
Diameter : 0,29 m
Kecepatan : 260,81 rpm
Daya : 3 Hp
Jumlah : 2 pengaduk
Pendingin : R-210 = Koil pendingin
R-220 sampai R-260 = Jaket pendingin
6
Material : Stainless steel SA 213 grade T9
4.3 Netrallizer
Kode : D-310
Tipe : Tangki silinder tegak berpengaduk
Bentuk : Torispherical head
Tinggi : 1,70 m
Volume : 1,32 m3
Diameter : 1,19 m
Tebal shell : 3/16 in
Tebal head : 3/16 in
Tinggi head : 0,26 m
Pengaduk : Turbin 6 blade disk
Diameter : 0,40 m
Kecepatan : 187,81 rpm
Daya : 4 Hp
Jumlah : 1 pengaduk
Material : Stainless steel SA 213 grade T9
4.4 Evaporator
Kode : V-410
Jumlah (unit) : 1
Tipe : Single effect evaporator
Kondisi operasi
Suhu : 99oC
Tekanan : 1 atm
Dimensi shell
Diameter : 1,52 m
Tinggi : 3,80 m
Tebal : 0,5 in
Dimensi tube
Diameter : 0,05 m
Tinggi : 2 m
7
Tebal : 0,1875 in
Pitch : 0,1 m triangular
Jumlah : 492 buah
Dimensi head&bottom
Tipe : Torispherical dished
Tinggi : 0,13 m
Tebal : 0,1875 in
Material : Stainless Steel SA 167 grade 3
Media pemanas : Steam
4.5 Crystallizer
Kode : V-430
Jenis : Swenzon Walker
Spesifikasi :
Tekanan : 1 atm
Suhu : 50 oC
Panjang : 3,048m
Tinggi :0,6604 m
Lebar : 0,6096 m
Tebal dinding : 3/16 in
Pengaduk :
Jenis : Spiral agitator
Kecepatan : 72 rpm
Daya : 1 Hp
Diameter : 0,6046 m
Pendingin :
Jenis : Jaket
Media pendingin : Air
Jumlah : 1
Bahan konstruksi : Stainless Steel SA 167 grade 3
4.6 Centrifuge
Kode : H-510
8
Jenis : Disk Bowl Centrifuge
KondisiOperasi :
Tekanan : 1 atm
Suhu : 32oC
Diameter bowl : 13 in
Kecepatan motor :7500 rpm
Power motor : 6 Hp
Jumlah : 1
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 grade C
4.7 Rotary Dryer
Kode : B-610
Jenis : Direct contact cocurrent rotary dryer
Tekanan : 1 atm
Diameter : 0,5963 m
Panjang : 4,1742 m
Tebal shell : 0,1875 in
Suhu padatan :
T in : 32oC
T out : 40oC
Waktu tinggal : 0,106 jam
Media pengering : Udara panas
Suhu udara panas :
T in : 163oC
T out : 60oC
Kecepatan putar : 8,139 rpm
Daya : 5 Hp
Jumlah : 1
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 grade C
5. ANALISIS EKONOMI
Hasil analisis ekonomi adalah keuntungan sebelum pajak yaitu Rp
105.233.369.792,84/th dan keuntungan setelah pajak yaitu Rp 94.710.032.813,56.
9
Persen ROI sebelum pajak sebesar 30,39% dan ROI setelah pajak sebesar 27,35%.
Syarat ROI untuk pabrik kimia dengan resiko rendah minimum adalah 11%. POT
sebelum pajak selama 2,48 tahun dan POT setelah pajak selama 2,68 tahun. Syarat POT
sebelum pajak untuk pabrik kimia dengan resiko rendah, maksimal 5 tahun. BEP pada
46,59%, sedangkan SDP pada 24,05%. BEP untuk pabrik kimia pada umunya adalah
40-60%. DCF sebesar 33,66%.
Gambar 2. Analisis kelayakan pabrik asam borat
6. KESIMPULAN
Dalam perancangan pabrik asam borat dari boraks dan asam sulfat dengan kapasitas
11.000 ton/tahun dapat diambil kesimpulan bahwa Pabrik Asam Borat ini berbentuk
Perseroan terbatas (PT) didirikan di Kawasan Industri Gresik, Jawa Timur, Indonesia
pada tanah seluas 25.550 m2. dengan jumlah karyawan 139 orang dan beroperasi selama
330 hari/tahun.
Hasil analisis ekonomi didapat POT sebelum pajak selama 2,48 tahun dan POT
setelah pajak selama 2,68 tahun. BEP pada 46,59%, sedangkan SDP pada 24,05%. BEP
untuk pabrik kimia pada umunya adalah 40-60%. DCF sebesar 33,66%.
FA
10
DAFTAR PUSTAKA
Badan Pusat Statistik, Data Import-Eksport 2007-2014. (http://www.bps.go.id,
Diakses pada 20 Agustus 2015).
Bank Indonesia, 2016.Info Kurs.[Online] Available at: www.bi.go.id [Accessed
8 Maret 2016].
Blasius, J.R., 1979, “Method for Making Crude Boric Acid from Borate and Sulfuric
Acid”, US Patent No. 4.156.654
Erdogdu, A., 2004,“Dissolution of Colemanite and Crystallization of Gypsum During
Boric Acid Production in a Batch Reactor”, Middle East Technical University
Kirk, R.E. and Othmer, D.F., 2004, “Encyclopedia of Chemical Technology”, 3rd
ed.,
Vol. 4, The Inter Science Encyclopedia, Inc., New York
McKetta, J.J. and Cunningham, W.A., 1992, “Encyclopedia of Chemical Processing
and Design”, Vol 5, Marcel Decker inc., New York
Perry, R.H. and Green, D.W., 2008, “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, 8th
ed.,
McGraw-Hill Book Company, New York
Peters, M.S. and Timmerhaus, K.D., 1991, “Plant Design and Economic for Chemical
Engineering”, 4th
ed., McGraw-Hill International Book Company Inc., New
York
Smith, J.M. and Van Ness, H.C., 1996, “Introduction to Chemical Engineering
Thermodynamics”, 4th
ed., McGraw-Hill Book Co., New York
Ullmann’s, 1998, “Encyclopedia of Industrial Chemistry”, A-1, VCH Verlagsgesell
Schaff mb, Germany
Anonim, 1980,“Source Category Survey : Borax and Boric Acid Industry”, U.S.
Environmental Protection Agency, North Carolina
Vibrandt, F.C. & Dryden, C.E., 1959,“Chemical Engineering Plant Design”, 4th
ed.,
McGraw-Hill Book Co., Japan
Wagman, D.D., Evans, W.H., Parker., V.B., Schumm, R.H., Halow, I., Bailey, S.M., ...
Nuttall, R.L., 1982, “The NBS Tables of Chemical Thermodynamic
Properties”, Journal of Physical and Chemical Reference Data, National
Bureau of Standards, Washington
http://www.alibaba.com, diakses pada 3 Maret 2016
http://www.chemengonline.com, diakses pada 5 Maret 2016
http://www.matche.com , diakses pada 28 Februari 2016
11