NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK …eprints.ums.ac.id/30473/16/02._NASKAH_PUBLIKASI.pdf · 2014-10-15 · ditempatkan dalam tangki bahan baku (T-03) dengan kapasitas untuk memenuhi

1

NASKAH PUBLIKASI

PRARANCANGAN PABRIK

NITROGLISERIN DARI ASAM NITRAT DAN GLISERIN

DENGAN PROSES BIAZZI

KAPASITAS 30.000 TON PER TAHUN

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh

Gelar Kesarjanaan Strata 1 Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Oleh :

Tika Andriani

D 500 100 039

Dosen pembimbing :

1. Emi Erawati, ST., MEng

2. Rois Fathoni, ST., MSc., PhD

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

SURAKARTA

2014

2

3

ABSTRACT

Nitroglycerin is a chemical explosive in dynamite makers asplasticizer and

multi-phase propelant and also as a remedy forthe relief of angina pectoris attacks in

medical science. Nitroglycerin-making process takes place in an isothermal manner

Biazzi using CSTR reactor (Continuous Stirred Tank Reactor) conditions at 1 atm

pressure and temperature 15oC. The reaction is exothermic, so as to keep the

temperature constant reactor equipped with a cooling coil.

Nitroglycerin is a chemical produced from the nitration process between

glycerin and a mixture of nitric acid and sulfuric acid as a dehydrating agent. Plants

operating with a capacity of 30,000 tons / year requires as much glycerin 1542.1096

kg / h, total nitric acid 4202.9191 kg / h, and sulfuric acid as 5431.4648 kg / h.

20.000M3 have a factory covering employees 257 people operating 24 hours for 330

days. Nitroglycerin plant needs water is as much 3844.4523 kg / h and needs as much

electricity as 380.0485 kg / h.

From the economic analysis done on this factory with a fixed capital and

working capital of Rp387,446,652,250.73 and Rp133,041,739,274.43. From the

economic analysis of these plants showed a profit before tax of Rp93,346,006,480.17

per year after tax profits 30% to Rp65,342,204,536.12 per year.Return On Investment

(ROI )before taxes 24,093% and 16,865% after tax. Pay Out Time (POT) is2.933

years before tax and after tax 3,722 years. Break Even Point (BEP) of 45,118% and

Shut Down Point (SDP) of 16.438%. From the data summarized above step, the

feasibility, the plant is profitable and feasible set.

Keywords: Nitroglycerin, nitration, ContinuousStirred Tank Reactor

4

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pertumbuhan industri petrokimia

di Indonesia semakin berkembang,

perkembangan industri petrokimia

selain akan memberi nilai tambah pada

migas sebagai bahan bakunya juga

akan mendorong beragamnya produk

yang dihasilkan. Salah satu industri

yang mempunyai kegunaan penting

adalah nitrogliserin.

Nitrogliserin merupakan senyawa

kimia yang mempunyai prospek besar

untuk berkembang secara komersial.

Nitrogliserin termasuk bahan peledak

di dalam dinamit dan propelan jenis

double base dan triple base.

Nitrogliserin juga digunakan

dalam bidang pertambangan dan

bidang farmasi, baik sebagai bahan

baku ataupun bahan pembantu.

Nitrogliserin digunakan sebagai obat

untuk meredakan rasa sakit dan

mengurangi frekuensi serangan angina

pektoris.

Kebutuhan nitrogliserin di

Indonesia diperkirakan akan terus

meningkat dengan berkembangnya

industri – industri yang berbahan baku

nitrogliserin di Indonesia. Selain itu

nitrogliserin belum diproduksi dalam

negeri sehingga untuk mencukupi

kebutuhan di dalam negeri masih harus

mengimpor. Keuntungan pendirian

pabrik nitrogliserin antara lain, dapat

memenuhi kebutuhan nitrogliserin

dalam negeri sehingga mengurangi

impor dalam negeri yang diharapkan

dapat menambah devisa negara dan

dapat mendukung perkembangan

industri-industri di Indonesia.

1.2. Kapasitas Rancangan Produksi

Berdasarkan data impor yang

diperoleh dari Biro Pusat Statistik

kebutuhan nitrogliserin dari tahun

2006-2011 dapat dilihat pada tabel 1.

Tabel 1. Data Impor Nitrogliserin di

Indonesia

No. Tahun Jumlah

(Ton/Tahun)

1 2006 1.462,038

2 2007 1.671,176

3 2008 1.906,095

4 2009 1.972,256

5 2010 2.176,639

6 2011 2.564,244

(Badan Pusat Statistik, 2006-2011)

5

Berdasarkan pertimbangan di atas,

maka dalam perancangan pabrik

nitrogliserin ini dipilih kapasitas

perancangan sebesar 30.000 ton/tahun.

1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik

Pemilihan lokasi pabrik sangat

penting dalam perancangan pabrik

karena hal ini dapat mempengaruhi

kedudukan pabrik dalam persaingan

maupun kelangsungan hidup pabrik

tersebut. Pemilihan lokasi pabrik yang

tepat dapat memberikan keuntungan

maksimal.

Berdasarkan faktor sumber bahan

baku, letak pasar, sarana transportasi,

tenaga kerja, utilitas dan kebijakan

pemerintah, lokasi pendirian pabrik

nitrogliserin di Cikarang, Bekasi, Jawa

Barat.

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Proses Pembuatan Nitrogliserin

Nitrogliserin dibuat dengan

mereaksikan gliserin dengan asam

nitrat. Reaksi ini merupakan reaksi

nitrasi, dimana fase campuran di dalam

reactor berbentuk fase emulsi. Reaksi

yang terjadi adalah:

Asam sulfat sebagai dehydrating

agent ini mencegah asam nitrat

membentuk hydrogen dan ion nitrat.

Asam sulfat bereaksi dengan asam

nitrat membentuk ion nitronium yang

sangat penting dalam suatu reaksi

nitrasi.

HNO3 + H2SO4 + 2e- SO4

-2 + H3O

+ + NO2

-

Ada beberapa macam proses

pembuatan nitrogliserin, diantaranya:

1. Biazzi Continous Process

2. Schmid-Meissner Continous

Process

3. Nitro nobel injector proses

Berdasarkan pertimbangan faktor

keamanan dan konversi, dipilih proses

biazzi dalam perancangan pabrik ini.

Dalam proses biazzi nitrogliserin yang

terakumulasi dalam suatu sistem

sedikit terakumulasi sehingga lebih

aman, mengingat sifat dasar

nitrogliserin yang mudah meledak,

selain itu dalam proses ini reaksi

berlangsung pada suhu rendah (15oC)

dan konversi pembentukannya

mencapai 99,43%.

2.2 . Dasar Reaksi

Dasar reaksi pembuatan

nitrogliserin adalah reaksi esterifikasi

6

antara gliserin dan asam nitrat yang

merupakan reaksi nitrasi, dimana fase

campuran di dalam reaktor berbentuk

fase emulsi seperti terlihat pada reaksi

dibawah ini:

C3H5(OH)3+ 3HNO3

H2SO4 C3H5(ONO2)

3+ 3H2O

Pada reaksi tersebut, reaktan asam

berupa asam nitrat dan asam sulfat,

dimana asam sulfat sebagai

dehydrating agent sehingga hanya

asam nitrat yang bereaksi. Reaksi

nitrasi antara gliserin dan asam nitrat

merupakan fase cair-cair bersifat

eksotermis, berlangsung pada suhu

operasi 15oC, tekanan sebesar 1 atm

dengan konversi 99,43%.

Perbandingan mol reaktan antara

gliserin dan asam adalah 1 : 4.

Campuran asam terdiri dari asam nitrat

dan asam sulfat dengan perbandingan

52% : 48%.

(Kai, 2008)

2.3. Tinjauan Thermodinamika

Reaksi pembuatan nitrogliserin:

C3H5(OH)3+ 3HNO3

H2SO4 C3H5(ONO2)

3+ 3H2O

Data-data entalpi tiap komponen (T

operasi = 25oC):

ΔHfo C3H8O3 : -665,9250 kJ/mol

ΔHfo HNO3 : -173,0080 kJ/mol

ΔHfo C3H5(ONO2)3 : -368,4620 kJ/mol

ΔHfo H2O : -285,8380 kJ/mol

(Kai, 2008)

Panas pembentukan:

ΔH298 K = ΔHproduk - ΔHreaktan

= -41,0270 kJ/mol

= -41027 J/mol

Data-data ∫CpdT tiap komponen

(Toperasi = 15oC) :

∫CpdT C3H8O3: -2425,0125 J/mol

∫CpdT HNO3 : -1104,9311 J/mol

∫CpdT C3H5(ONO2)3: -3390,0000J/mol

∫CpdT H2O : -756,8168 J/mol

(Kai, 2008)

∫CpdT 291 K = ∫CpdT produk - ∫CpdT reaktan

= 0,0793554 kJ/mol

Menghitung panas reaksi pada suhu

reaksi (15oC):

ΔHR = ΔH298 K + ∫CpdT

= -40,9476446 kJ/mol

Berdasarkan perhitungan didapat

harga enthalpi reaksi pada suhu 15oC

sebesar -40,9476 kJ/mol. Harga

enthalpi didapat negatif, berarti reaksi

pembuatan nitrogliserin merupakan

7

reaksi eksotermis, artinya pada reaksi

pembentukan nitrogliserin dibutuhkan

sejumlah pendingin tertentu, sehingga

reaktor memerlukan pendingin.

2.4. Diagram Alir Proses

Secara umum proses produksi

nitrogliserin terdiri dari tiga langkah

proses yaitu:

1. Persipan bahan baku

Bahan baku yang terdiri dari asam

nitrat dan gliserin serta bahan

pembantu katalis asam sulfat. Asam

nitrat dan asam sulfat masing-masing

ditempatkan dalam tangki bahan baku

(T-01) dan (T-02), sedangkan gliserin

ditempatkan dalam tangki bahan baku

(T-03) dengan kapasitas untuk

memenuhi kebutuhan proses selama

tujuh hari.

2. Proses reaksi

Asam nitrat dari tangki bahan baku

(T-01) dicampurkan dengan asam

sulfat dari tangki bahan baku (T-02) di

dalam Mixer-1(M-01). Asam

campuran dari M-01 didinginkan

dengan Cooler-1 (HE-01) hingga suhu

15oC dan dipompa menuju reaktor

untuk direaksikan dengan gliserin dari

tangki bahan baku (T-03) yang terlebih

dahulu didinginkan dengan Cooler-2

(HE-02) hingga suhu 15oC. Dari reaksi

tersebut dihasilkan konversi sebesar

99,43%. Pada reaksi ini timbul panas

reaksi, untuk mempertahankan reaksi

tetap pada 15oC maka kelebihan panas

ini didinginkan dengan medium

pendingin freon dengan suhu 5oC.

Nitrogliserin hasil reaksi, gliserin

sisa dan asam sisa keluar secara

overflow dari reaktor menuju heater 1

(HE-03) untuk dipanaskan hingga suhu

30oC, dan kemudian menuju dekanter

1 (D-01). Di dalam dekanter 1 (D-01)

nirogliserin dipisahkan dari sisa asam

berdasarkan perbedaan densitas. Sisa

asam selanjutnya dipompa ke unit

pengolahan lanjut, sedangkan

nitrogliserin masuk ke dalam

netralizer (N-01) untuk dinetralkan

dengan natrium karbonat. Larutan

penetral menetralkan sisa asam yang

terdapat dalam larutan nitrogliserin,

selanjutnya dialirkan ke tangki pencuci

(TP-01) untuk melarutkan garam-

garam hasil netralisasi.

3. Proses Pemisahan

Garam-garam hasil netralisasi

masuk tangki pencuci (TP-01) untuk

8

dicuci dengan air. Selanjutnya

nitrogliserin dan garam-garam hasil

netralisasi dipisahkan pada dekanter 2

(D-02) berdasarkan perbedaan

densitas. Garam-garam hasil netralisasi

keluar menuju Unit Pengolahan

Limbah (UPL), sedangkan larutan

nitrogliserin 99% dipompa menuju

tangki produk (T-04) untuk disimpan

sebagai produk.

SPESIFIKASI ALAT

3.1. Alat Proses

Reaktor

Kode : R-01

Tugas : Mereaksikan asam nitrat

4.202,9192 kg/jam dan

gliserin 1.542,1096 kg/jam

menghasilkan nitrogliserin

dan air dengan katalis asam

sulfat.

Tipe : Reaktor Alir Tangki

Berpengaduk

Kondisi Operasi

Suhu : 150C

Tekanan : 1 atm

Dimensi Reaktor

Tinggi shell : 1,4206 m

Tinggi head : 0,3375 m

Tinggi reaktor : 2,0957 m

Diameter shell : 1,4206 m

Volume shell : 2,2505 m3

Volume head : 0,6464 m3

Volume reaktor : 2,8970 m3

Tebal shell : 3/16 in

Tebal head : 3/16 in

Bahan konstruksi : Stainless steel

type 304(SA 167)

Jumlah : 1 buah

Harga : $ 461.145,23

Pengaduk

Jenis : Turbin dengan 6

blade disk standar (2 Impeler)

Diameter impeller : 0,4735 m

Lebar pengaduk : 0,1184 m

Lebar Baffle : 0,1421 m

Power motor : 200 Hp

Luas perpindahan panas

Ao : 15,0996 m2

Pendingin

Jenis : Coil Helix

Diameter : 2,50 in

Volume coil : 0,017 m3

Jumlah lilitan : 18

Tinggi puncak coil : 0,9265 m

Tinggi coil total : 0,7844 m

Jarak coil dari silinder : 0,14206 m

Mixer 01

Kode : M-01

9

Tugas : Mencampur asam nitrat

6.004,1703 kg/jam dengan asam sulfat

5.542,3110 kg/jam sebelum

direaksikan dengan gliserin di dalam

reaktor

Tipe : Reaktor Alir Tangki

Berpengaduk

Kondisi Operasi

Suhu : 300C

Tekanan : 1 atm

Dimensi mixer

Tinggi mixer total : 2,5962 m



Volume tangki : 6,1009 m3






type 304(SA 167)

Pengaduk

Jenis : Turbin 6 blade disk standar

Jumlah baffle : 6 buah

Jumlah pengaduk : 2

Diameter impeller : 0,6095m

Panjang impeller : 0,1219 m

Lebar baffle : 0,1828 m

Putaran pengaduk : 130,7340 rpm

Power motor : 15 Hp

Jumlah : 1 buah

Harga : $ 595.578,80

Netralizer

Kode : N-01

Tugas : Menetralkan asam sulfat

108,6293 kg/jam dan asam nitrat

sebanyak 10,6870 kg/jam dalam

nitrogliserin 3.757,1930 kg/jam

Tipe : Tangki berpengaduk.

Kondisi Operasi

Suhu : 300C

Tekanan : 1 atm

Dimensi netralizer








Pengaduk



Diameter impeller : 0,4247m



Power motor : 7,50 Hp

10


type 304 (SA167)

Jumlah : 1 buah

Harga : $ 407.857,34

Luas perpindahan panas

Ao : 31,6644 m2

Pendingin

Jenis : Coil Helix

Diameter : 2,50 in

Volume coil : 0,580 m3

Jumlah lilitan : 43

Tinggi puncak coil : 1,6033 m

Tinggi coil total : 1,4751 m

Jarak coil dari silinder : 0,1282 m

Tangki Pencuci

Kode : TP-01

Tugas : Melarutkan garam-garam

hasil netralisasi 4.265,9870 kg/jam

Tipe : Tangki berpengaduk.

Kondisi Operasi

Suhu : 300C

Tekanan : 1 atm

Dimensi Tangki



Volume head : 0.5368 m3





Pengaduk



Diameter impeller : 0,4425 m



Power motor : 7,50 Hp

Jumlah : 1 buah


type 304 (SA 167)

Harga : $ 390.185,81

Dekanter 01

Kode : D-01

Tugas : Memisahkan produk

reaktor menjadi fase organik dan fase

anorganik 13.088,5909 kg/jam

Tipe : Continuous Gravity Decanter

Silinder Vertical

Kondisi Operasi

Suhu : 300C

Tekanan : 1 atm

Bahan konstruksi : Stainless steel type

304 (SA 167)

Dimensi Tangki

Volume total : 1,0411 m3




11


Tinggi head : 0,4012 m

Tinggi dekanter : 1,5579 m



Jumlah : 1 buah

Harga : $ 50.739,38

MANAJEMEN PERUSAHAAN

4.1. Bentuk Perusahaan

Pabrik nitrogliserin yang akan

didirikan direncanakan mempunyai:

Bentuk : Perseroan Terbatas (PT)

Lapangan usaha : Industri Nitrogliserin

Lokasi perusahaan : Bekasi, Jawa

Barat, Indonesia

Alasan dipilihnya bentuk perusaan

dengan perseroan terbatas didasarkan

pada beberapa faktor, sebagai berikut:

1. Tanggung jawab yang terbatas dari

para pemegang saham terhadap

hutang-hutang perusahaan.

2. Kontinyuitas perusahaan sebagai

badan hukum lebih terjamin, tidak

tergantung pada beberapa peserta,

pemilik dapat berganti-ganti.

3. Mudah untuk memindahkan hak

milik dengan menjual saham

kepada pihak lain.

4. Mudah memperoleh tambahan

modal, dengan mengeluarkan

saham baru.

5. Manajemen dan spesialisasinya

memungkinkan pengelolaan modal

yang efisien.

Ciri-ciri perseroan terbatas (PT)

yaitu perseroan terbatas didirikan

dengan akta notaris berdasarkan kitab

undang-undang hukum dagang.

Besarnya modal ditentukan dalam akta

pendirian dan terdiri dari saham-

saham. Pemiliknya adalah para

pemegang saham serta yang memilih

suatu direksi yang memimpin jalannya

perusahaan. Pembinaan personalia

sepenuhnya diserahkan kepada direksi

tersebut dengan memperhatikan

hukum-hukum perburuhan.

ANALISIS EKONOMI

Pabrik yang akan didirikan

dianalisisi secara ekonomi untuk

mengetahui apakah pabrik yang akan

didirikan dapat menguntungkan atau

tidak dan layak atau tidak jika

didirikan.

12

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Kapasitas Produksi per Tahun (%)

SaVa

Mil

ya

r (R

up

iah

) P

er T

ah

un

Kapasitas Produksi per Tahun (%)

Sa

Ra

Fa

Perhitungan Analisis Ekonomi

Total cost =

Manufacturing cost + General

expenses

=

Rp 687.736.993.519,83

Keuntungan :

Harga jual (Sa) =

Rp 781.110.000.000,00

Total cost =

Rp 687.763.229.394,23

Keuntungan sebelum pajak =

Rp 93.346.006.480,17

Pajak 30% dari keuntungan =

Rp 28.003.801.944,05

Keuntungan sesudah pajak =

Rp 65.342.204.536,12

Return on investment (ROI)

Salah satu cara yang paling umum

untuk menganalisis keuntungan dari

suatu pabrik baru adalah percent

return on investment yaitu kecepatan

tahunan dimana keuntungan-

keuntungan akan mengembalikan

investasi (modal).

ROI sebelum pajak : 24,093 %

ROI sesudah pajak : 16,865 %

Pay Out Time (POT)

Pay out time adalah jangka waktu

pengembalian modal yang ditanam

berdasarkan keuntungan yang dicapai

POT sebelum pajak = 2,933 tahun

POT sesudah pajak = 3,722 tahun

13

Break Even Point (BEP)

Break even point merupakan titik

batas suatu pabrik dapat dikatakan

tidak untung tidak rugi

100%xRa0,7VaSa

0,3RaFa BEP

= 45,118 %

(antara 40 % sampai 60 %)

Shut Down Point (SDP)

Shut down point adalah suatu titik

di mana pabrik merugi sebesar fixed

cost.

SDP = %100xRa7,0VaSa

Ra3,0

= 16,438 %

Discounted Cash Flow (DCF)

Analisis kelayakan ekonomi

dengan menggunakan “Discounted

Cash Flow” merupakan perkiraan

keuntungan yang diperoleh setiap

tahun didasarkan pada jumlah investasi

yang tidak kembali pada setiap tahun

selama umur ekonomi. Rated of return

based on discounted cash flow adalah

laju bunga maksimal di mana suatu

pabik atau proyek dapat membayar

pinjaman beserta bunganya kepada

bank selama umur pabrik.

(FC +WC) (1+i)n – (SV+ WC) =

C((1+i)n-1

+ (1+i)n-2

+…+ (1+i) + 1)

Dengan :

C = Annual cost

= Rp 138.475.069.437,18

SV = Salvage value (harga tanah)

= Rp 38.552.915.496,28

WC = Working capital

= Rp 133.508.739.274,43

FC = Fixed capital

= Rp 387.446.652.250,73

Dengan trial and error diperoleh i =

22,12 %

KESIMPULAN

Setelah melakukan perancangan

awal terhadap pabrik nitrogliserin

dengan proses biazzi kapasitas 30.000

ton/tahun, baik dari segi teknik

maupun segi ekonomi, dapat

disimpulkan bahwa pabrik ini layak

untuk didirikan, karena memiliki

indicator perekonomian yang relative

baik, yakni:

14

Tabel2. Analisa Kelayakan Ekonomi

No Analisis Kelayakan Kriteria Hasil Perhitungan

1 Laba sebelum pajak

Rp 93.346.006.480,17

Laba sesudah pajak Rp 65.342.204.536,12

2 ROI sebelum pajak Minimum 11% 24,093%

ROI sesudah pajak

16,865%

3 POT sebelum pajak Maksimum 5 tahun 2,933 tahun

POT sesudah pajak

3,722 tahun

4 BEP (40-60)%

Resiko sedang 45,118%

5 SDP

16,438%

6 DCF 1,5 - 2 kali bunga bank 22,12%

DAFTAR PUSTAKA

Badan Pusat Statistik. (2006).

Retrieved februari 19, 2014,

from www.bps.go.id:

http://www.bps.go.id/impor

Brown, G.G., 1950, Unit Operations,

John Wiley and Sons, Inc.,

New York.

Brownell, L.E. and Young, E.H., 1979,

Process Equipment Design,

John Wiley and Sons, Inc.,

New York.

Coulson, J.M. and Richardson, J.F.,

1983, Chemical Engineering,

Vol. 6, Pergamon Press,

Oxford.

Holman, J. P., 1988, Perpindahan

Kalor, alih bahasa Jasifi E.,

edisi ke-6, Erlangga, Jakarta.

Kai, T. L. (2008). The kinetic

parameters and safe operating

cinditions of nitroglycerine

manufacture in the CSTR of

Biazzi process. Process Safety

and Enviromental Protection

Science Direct 86 , 37-47.

Kern, D.Q., 1950, “Process Heat

Transfer”, McGraw-Hill

International Book Company

Inc., New York.

Kirk, R. E., & Othmer, D. F. (1965).

Encyclopedia of Chemical

Technology, Vol 17, 1st. New

York: Interscience

Encyclopedia, Inc.

Mc.Ketta, J. J., & Cunningham, W. A.

(1977). Encyclopedia of

Chemichal Processing and

Design. New York: Marcel

Dekker, Inc.

Documents

NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK …eprints.ums.ac.id/30473/16/02._NASKAH_PUBLIKASI.pdf · 2014-10-15 · ditempatkan dalam tangki bahan baku (T-03) dengan kapasitas untuk memenuhi