NASKAH PUBLIKASI

PRARANCANGAN PABRIK ASAM OKSALAT DIHIDRAT

DARI MOLASSES DAN ASAM NITRAT

KAPASITAS 15.000 TON/TAHUN

PUBLIKASI ILMIAH

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata 1 pada Jurusan

Teknik Kimia Fakultas Teknik

Oleh :

Efany Sara

D 500 110 038

Dosen Pembimbing :

1. Dr. Ir Ahmad M. Fuadi, M.T.

2. Emi Erawati, S.T., M.Eng

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2016

HALAMAN PERSETUJUAN

PRARANCANGAN PABRIK ASAM OKSALAT DIHIDRAT

DARI MOLASSES DAN ASAM NITRAT DENGAN

KAPASITAS 15.000 TON/TAHUN

PUBLIKASI ILMIAH

oleh:

EFANY SARA

D 500 110 038

Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh:

Dosen Pembimbing

PERNYATAAN KEASLIAN NASKAH PUBLIKASI

Saya yang bertanda tangan dibawah ini :

Nama : Efany Sara

NIM : D 500 110 038

Fakultas/Jurusan : Teknik/Teknik Kimia

Judul : Prarancangan Pabrik Asam Oksalat Dihidrat dari

Molasses dan Asam Nitrat dengan Kapasitas 15.000

Ton/Tahun.

Menyatakan bahwa naskah publikasi yang saya buat dan serahkan ini

meruakan hasil karya sendiri, kecuali kutipan-kutipan dan ringkasan-ringkasan

yang semuanya telah saya jelaskan dari mana sumbernya. Apabila dikemudian

hari dapat dibuktikan bahwa tugas akhir ini hasil jiplakan, maka saya akan

bersedia menerima sanksi sesuai dengan peraturan yang telah dibuat.

Surakarta, April 2016

Yang menyatakan

PRARANCANGAN PABRIK ASAM OKSALAT DIHIDRAT DARI MOLASSES DAN ASAM NITRAT KAPASITAS 15.000 TON/TAHUN

ABSTRAK Perancangan pabrik asam oksalat dihidrat dari molasses dan asam nitrat dengan

kapasitas 15.000 ton/tahun direncanakan didirikan pada tahun 2020 di Kawasan Industri Gresik, Jawa Timur. Pabrik direncanakan akan didirikan beroperasi secara kontinyu selama 330 hari per tahun dengan jumlah karyawan 115 orang. Di Indonesia sendiri pabrik asam oksalat belum ada, sehingga jika didirikan pabrik asam oksalat maka akan memenuhi kebutuhan dalam negeri dan mengurangi impor produk asam oksalat dari luar negeri. Tahap pembuatan asam oksalat dengan proses oksidasi asam nitrat dimulai dengan persiapan bahan baku molasses sebanyak 1861,134 kg/jam dan asam nitrat sebesar 3400,95 kg/jam, dilanjutkan dengan tahap reaksi pembentukan asam oksalat, tahap pengkristalan, dan tahap pengeringan produk. Reaksi pembentukan asam oksalat, dibantu dengan katalis H2SO4 dan V2O5 sebanyak 646,21 kg/jam dan 0,063 kg/jam menggunakan reaktor Continous Strired Tank Reaktor (CSTR). Reaksi berlangsung pada fase cair-cair, reversible, eksotermis, dan bersifat nonisothermal pada suhu 71oC dan tekanan 1 atm. Untuk menunjang proses produksi, maka perlu didirikan unit pendukung proses atau utilitas yang meliputi unit penyediaan air sebesar 68.428,286 kg/jam, listrik yang dipelukan sebesar 567,338 kW, udara tekan sebesar 150 m3/jam, dan kebutuhan bahan bakar sebesar 367,775 liter/jam serta laboratorium. Dari analisa ekonomi yang dilakukan terhadap pabrik ini dengan modal tetap Rp 24.765.546.310 dan modal kerja sebesar Rp 30.945.467.632,0 diperoleh Return of Investment (ROI) sebelum pajak yaitu 33,7% dan setelah pajak adalah 25,3%. Sedangkan Pay Out Time (POT) setelah dan sesudah pajak yaitu 2,29 tahun dan 2,83 tahun. Break Event Point dan Shut Down Point sebesar 40,8% dan 21,5%. Untuk Internal Rate of Return yang didasari perhitungan DCF terhitung sebesar 38%. Berdasarkan perhitungan analisa ekonomi maka dapat disimpulkan bahwa pabrik ini layak didirikan. Kata kunci : Asam Oksalat Dihidrat, Proses Oksidasi Asam Nitrat, CSTR

ABSTRACT

The manufacture of oxalic acid dihydrate from molasses and nitric acid with a capacity of 15,000 ton/year was planned to be established in 2020 in the Industry Area of Gresik, East Java. The manufacturer was planned to be established to operate continuously for 330 days per year with an amount of employees as many as 115 people. In Indonesia itself, there is no manufacturer of oxalic acid, therefore, if the manufacturer oxalic acid is established, it will fulfill the domestic needs and will reduce the import of oxalic acid product from foreign countries. The stages of making oxalic acid through an oxidation process of nitric acid is begun with the preparation of the raw material of molasses as much as 1861.134 kg/hours and nitric acid as much as 3400.95 kg/hours, continued with the stage of reaction of forming oxalic acid, the stage of crystallization, and the stage of drying the product. The reaction of forming oxalic acid is helped by catalysts H2SO4 and V2O5 as much as 646.21 kg/hours and 0.063 kg/hours using the reactor of Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR). The reaction takes place in the phase of liquid-liquid, reversible, exothermic, and non isothermal at temperature of 71oC and pressure of 1 atm. To support the process of production, the supporting unit of process or utilities is needed to establish comprising a unit of water supply as much as 68,428.286 kg/hours, the electricity needed is as much as 567.338 kW, the compressed air is as much as 150 m3/hours, and the needs of fuel as much as 367,775 liters/hours as well as laboratory. From the economic analysis conducted to this manufacturer with a fixed capital as much as IDR 24,765,546,310 and the working capital as much as IDR 30,945,467,632, it obtains Return of Investment (ROI) before tax as much as 33.7% and after tax as much as 25.3%. Meanwhile, Pay Out Time (POT) before and after tax

are 2,29 years and 2,83 years. Break Event Point and Shut Down Point are as much as 40,8% and 21,5%. For Internal Rate of Return based on DCF is counted as much as 38%. Based on the calculation of the economic analysis, it can be concluded that this manufacturer is reasonable to establish.

Keywords: Oxalic acid dihydrate, Oxidation Process of Nitric acid, CSTR

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Perkembangan dan pertumbuhan industri merupakan bagian dari usaha dalam

rangka memasuki pembangunan jangka panjang yang ditunjukan untuk menciptakan

struktur ekonomi yang kuat dan seimbang, yaitu struktur dan titik berat pada industri

maju yang didukung dengan sektor pertanian yang tangguh. Sedangkan Indonesia sendiri

merupakan Negara yang masih ketergantungan terhadap produk–produk impor dari luar

negeri.

Indonesia masih banyak mengimpor bahan baku maupun produk kimia dari pada

memproduksi sendiri untuk kebutuhan dalam negeri untuk ekspor ke luar negeri. Oleh

karena itu, perlu dilakukan usaha untuk mencukupi produksi bahan kimia dalam negeri

dan untuk mengurangi konsumsi bahan kimia dari luar negeri (impor). Salah satu dari

produk tersebut adalah asam okasalat.

Asam oksalat mempunyai rumus molekul H2C2O4 dengan nama sistematis asam

etanadinoat. Adapun kegunaan asam oksalat dalam sector industri antara lain pewarnaan

kain dalam industry tekstil, pelapis besi (anti karat), elektrolit, pemutih pada gabus,

produksi cobalt, bahan baku agrochemical, farmasi, dan sebagainya.

1.2 Penentuan Kapasitas Pabrik Penentuan kapasitas suatu rancangan pabrik merupakan faktor yang paling penting

dalam perhitungan teknis dan ekonomi. Pabrik asam oksalat dyhidrate dari molasses dari

asam nitrat direncanakan akan didirikan deengan kapasitas 15.000 ton/tahun, dengan

pertimbangan sebagai berikut :

a. Kebutuhan asam oksalat di Indonesia yang setiap tahunnya mengalami kenaikan.

Hal tersebut menjadi peluang untuk mendirikan pabrik asam oksalat di Indonesi.

Tabel 1 merupakan data impor asam oksalat di Indonesia dari tahun 2009-2013.

Tabel 1. Data Impor Asam Oksalat (BPS, 2009-2014)

Tahun Jumlah (kg)

2009 1183856

2010 1498327

2011 1321355

2012 1438517

2013 1469626

b. Berdasarkan kapasitas pabrik yang sudah berdiri dan jumlah permintaan asam

oksalat di dunia dapat dilihat pada tabel 2.

Tabel 2. Kapasitas Pabrik yang Sudah Berdiri (Krik and Othmer, 1994)

Proses Company Lokasi Kapasitas(ton/tahun)

Sodium Formate

China 100000

Diakyl Oxalate UBE Industries Japan 6000

Propylene Rhốne - Paulenc France 65000

Ethylene Glycol Mitsubishi Gas

Chemical Japan 12000

Oxidation of

Carbonhydrates

Brazil, China, Taiwan,

India, Korea, and Spain ±1800

c. Ketersediaa bahan baku utama asam oksalat adalah molasses, yang dimana

kebutuhan molasses dipenuhi oleh PTPN X.

2. DISKRIPSI PROSES

2.1 Dasar Reaksi

Reaksi oksidasi molasses dengan asam nitrat adalah sebagai berikut :

C6H12O6 + 6HNO3 3(COOH)2 + 6H2O + 6NO ……(1)

Reaksi berlangsung dalam reaktor CSTR pada suhu 71oC dan tekanan atmosferis

dengan perbandingan mol 1:6. Reaksi bersifat reversible, eksotermis, dan nonisothermal.

Dalam proses ini dibantu dengan katalis HNO3 dan V2O5 sebesar 30% dan 0,0030%

dari bahan baku untuk mempercepat reaksi.

2.2 Tinjauan Termodinamika

Tabel 3. Data ∆H Reaksi (Yaws, C., 1999)

komponen ∆H (J/mol)

C6H12O6 -1262190.00

HNO3 -174100.00

H2C2O4 -826780.00

H2O -285830.00

NO(g) 90300.00

Reaksi :

C6H12O6 + 6HNO3 3(COOH)2 + 6H2O + 6NO ……(2)

∆Hr = ∆𝐻°𝑓 produk - ∆𝐻°𝑓 reaktan

=((3 × −197,7055) + (6 × 21,5703) + (6 × −68,315)) −

((−304,7323) + (6 × −41,5703))

= −319,187 kKal/mol

Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa harga entalphi pembentukan negatif, hal

tersebut berarti reaksi bersifat eksotermis.

2.3 Langkah-langkah Proses

a) Tahap persiapan bahan baku

Bahan baku molasses disimpan dalam tangki penyimpanan (F-101). Kapasitas

tangki dibuat untuk persediaan molasses selama 15 hari dengan kondisi operasi pada

suhu kamar. Kemudian dipompakan ke dalam tangki treatment molasses (R-100) untuk

dihidrolisis dan menghasilkan monosakarida (C6H12O6). Kemudian campuran C6H12O6

dan impuritasnya dipisahkan menggunakan centrifuge 1 (H-110) untuk mendapatkan

C6H12O6 yang benar–benar bebas dari impuritasnya. Lalu, C6H12O6 dipompa ke

reaktor sebagai umpan.

Bahan baku asam nitrat disimpan dalam tangki penyimpanan (F-122).

Sebelum dipompakan ke reaktor, asam nitrat dipanaskan dalam HE hingga suhu 71oC.

Kapasitas tangki dibuat untuk persediaan selama 15 hari. Kemudian asam nitrat

dipompa ke reaktor sebagai umpan. Selain dari tangki penyimpanan, asam nitrat

didapatkan dari recovery gas nitrogen monosida yang dihasilkan dari reaksi oksidasi

glukosa dengan asam nitrat dan dari hasil atas menara distilasi.

b) Tahap Reaksi Pembentukan Asam Oksalat

Pada proses pembentukan asam oksalat, reaksi berlang pada fase cair-cair

pada suhu 71oC dan tekanan 1 atm. Reaksi bersifat reversible, eksotermis, dan non-

isothermal. Untuk menjaga suhu agar tidak berubah, maka digunakan jaket pendingin.

c) Tahap Pengkristalan Asam Oksalat

Asam oksalat yang keluar dari reaktor dimasukan ke cryslallizer untuk

mengkristalkan asam oksalat menjadi asam oksalat dihidrat. Tipe kritalizer yang

digunakan adalah swensons walker crystallizer dan suhu yang keluar yaitu 40oC.

Kemudian campuran asam oksalat dehydrate dan cairan induk dipisahkan dengan

menggunakan centrifuge (H-140). Untuk mendapatkan kemurnian asam oksalat yang

tinggi, hasil kristal asam oksalat dicuci dengan air dalam tangki redissolving (M-150).

Sedangkan cairan induknya dipompa menuju ke tangki mother liquor (M-190).

Kemudian hasil produk dari tangki redissolving dikristalkan kembali menggunakan

kristalizer 2 (S-160) lalu dipisahkan dari cairan induknya menggunakan centrifuge (H-

170).

d) Tahap Pengeringan

Kristal asam oksalat dehydrate (C2H2O4.2H2O) yang keluar dari centrifuge 3 (H-170)

diumpankan ke rotary dryer (B-180) dengan menggunakan bucket elevator (J-181) untuk

dikeringkan. Pada rotary dryer digunakan udara panas suhu 131oC yang telah dipanaskan

menggunakan heat exchanger (E-186). Udara yang keluar dari rotary dryer masih sedikit

mengandung asam nitrat, sehingga dimasukan ke unit pengolahan limbah.

e) Tahap Pengemasan Asam Oksalat

Kristal C2H2O4.2H2O yang telah kering diangkut menggunakan bucket elevator (J-

171) kemudian dibawa ke bin produk (F-183). Selanjutnya dilakukan pengemasan di

unit pengemasan (gudang).

3. SPESIFIKASI ALAT PROSES

3.1 REAKTOR Kode : R-120

Tugas : Mereaksikan glukosa (C6H12O6) dengan asam nitrat

(HNO3) menjadi asam oksalat (H2C2O4) sebanyak

769,86277 kg/jam.

Jenis alat : Silinder tegak berpengaduk

Kondisi operasi : T = 71oC, P = 1 atm

Dimensi :

D : 3,062 m

H : 4,4634 m

Bahan : Stainless steel SA 167 type 304 grade 3

3.2 KRISTALIZER

Kode : S-130

Tugas : Mengkristalkan asam oksalat menjadi asam oksalat

dihidrat (H2C2O4.2H2O) sebanyak 3.335,6917

kg/jam.

Jenis alat : Swenson Walker Crystallizer

Kondisi operasi : T = 40oC, P = 1 atm

Dimensi :

Diameter : 3,9734 ft

Panjang : 20 ft

Bahan konstruksi : Stainless steel SA 240 type 347 grade C

Putaran pengadukan : 7 rpm

Power : 1 HP

3.3 ROTARY DRYER

Kode : B-180

Tugas :Mengeringkan kristal asam oksalat dihidrat

(H2C2O4.2H2O).

Jenis alat : Rotary dryer counter courent direct heat single

shell

Kondisi operasi : P = 1 atm

Dimensi :

Panjang : 12,669 m

Diameter : 1,6553 m

Bahan : Stainless steel SA 240 type 347 grade C

3.4 ABSORBER

Kode : D-230

Tugas : Menjerap gas NO2 dengan menggunakan air

menjadi HNO3 sebanyak 1.645,43230 kg/jam.

Kondisi operasi : T = 72,32oC, P = 1 atm

Diameter : 1 m

Tinggi : 6,7 m

Bahan konstruksi : Stainless steel SA 240 type 410 grade A

3.5 MENARA DISTILASI

Kode : D-210

Tugas : Memurnikan asam nitrat yang keluar dari

evaporator sebanyak 1778,2137 kg/jam.

Jenis : Sieve Tray

Spesifikasi :

Diameter : 2,3 m

Tinggi : 16,91 m

Bahan konstruksi : Stainless steel SA 240 type 347 grade C

3.6 CENTRIFUGE

Kode : H-110

Tugas : Memisahkan C6H12O6 sebanyak 1.319,3644

kg/jam dari impuritasnya.

Jenis alat : Sedimenting Centrifuge Noozle Discharge

Kondisi operasi : T = 60oC, P = 1 atm

Dimensi :

Diameter : 10 in

Panjang : 25 in

Tenaga motor : 20 HP

Bahan konstruksi : Carbon steel SA 283 grade C

3.7 MOLASSES TREATMENT TANK (HIDROLIZER)

Kode : R-100

Fungsi : Menghidrolisis monosakarida menjadi disakarida

sebanyak 2.784,61 kg/jam

Kondisi operasi : T = 71oC, P = 1 atm

Diameter : 3,9 m

Tinggi : 5,7 m

3.8 REDISOLVING TANK

Kode : M-160

Fungsi : Melarutkan asam oksalat dihidrat sebanyak

3521,54 kg/jam.

Kondisi operasi : T = 65oC, P = 1 atm

Diameter : 1,321 m

Tinggi : 1,906 m

Bahan konstruksi : Stainless steel SA 240 type 347 grade C

3.9 MOTHER LIQUOR TANK (MLT)

Kode : M-190

Fungsi : Menampung larutan induk dari centrifuge 2 dan

centrifuge 3 sebanyak 2.603,0526 kg/jam.

Kondisi operasi : T = 39,02 dan P = 1 atm

Diameter : 1,522 m

Tinggi : 2,045 m

Bahan konstruksi : Stainless steel SA 240 type 347 grade C

3.10 EVAPORATOR

Kode : V-200

Fungsi : Menguapkan air dan asam nitrat sebanyak

1.778,213 kg/jam.

Kondisi operasi : T = 110oC, P = 1 atm

Diameter : 11,551 ft

Tinggi : 18 ft

Bahan konstruksi : Stainless steel SA 240 type 347 grade C

3.11 REAKTOR PIPA (PLUG FLOW REACTOR)

Kode : R-220

Fungsi : Mereaksikan gas NO dengan udara menjadi NO2

sebanyak 3640,94 kg/jam

Kondisi operasi : T = 71oC, P = 5,9 atm

Diameter pipa : 3 in

Panjang pipa : 20 ft

Jumlah pipa : 24 pipa

Bahan konstruksi : Stainless steel SA 167 type 304 grade 3

4. UTILITAS

Unit pendukung proses atau biasa disebut dengan unit utilitas merupakan bagian

penting yang menunjang kelancaran proses produksi. Dalam perancangan pabrik Asam

Oksalat Dihidrat ini, sumber air yang digunakan berasal dari air sungai.

Dalam pabrik asam oksalat ini, utilitas yang dibutuhkan antara lain :

a. Unit penyediaan air = 68.428,286 kg/jam

b. Unit penyediaan steam = 6.399,19 kg/jam

c. Unit penyediaan listrik = 567,338 kW

d. Unit penyediaan bahan bakar = 367,775 L/jam

e. Unit penyediaan udara tekan = 150 m3/jam

5. MANAJEMEN PERUSAHAAN

Pabrik asam oksalat dihidrat dari molasses atau tetes tebu dengan molasses yang

direncanakan didirikan berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dengan lokasi perusahaan di

Gresik, Jawa Timur dengan jumlah karyawan 115 orang yang terbagi atas karyawan non-

shift dan karyawan shift.

6. ANALISA EKONOMI

Untuk mendapatkan perkiraan tentang kelayakan investasi, besarnya keuntungan,

lamanya modal investasi akan kembali dan titik impas dimana total biaya produksi sama

dengan keuntunga (tidak rugi tidak untung) maka diperlukan analisa ekonomi. Selain itu,

hal tersebut juga dimaksudkan untuk mengetahui pabrik tersebut layak didirikan atau

tidak.

Dari analisa ekonomi yang dilakukan terhadap pabrik ini dengan modal tetap Rp

24.765.546.310 dan modal kerja sebesar Rp 30.945.467.632,0 diperoleh Return of Investment

(ROI) sebelum pajak yaitu 33,7% dan setelah pajak adalah 25,3%. Sedangkan Pay Out Time

(POT) setelah dan sesudah pajak yaitu 2,29 tahun dan 2,83 tahun. Break Event Point dan

Shut Down Point sebesar 40,8% dan 21,5%. Untuk Discount Cash Flow (DCF) terhitung

sebesar 38%.

Gambar 1. Grafik Analisa Kelayakan Ekonomi Pabrik Asam Oksalat Dihidrat

dari Molasses dan Asam Nitrat.

7. KESIMPULAN

Pabrik Asam Oksalat Dihidrat digolongkan pabrik beresiko rendah. Karena

beroperasi pada tekanan atmosferis. Hasil kelayakan ekonomi ditunjukkan dalam tabel

berikut :

Tabel 3. Analisa Kelayakan Ekonomi

Keterangan Perhitungan Batasan

1. Persen Return on Investment

ROI sebelum pajak 33,7% min. 11 %

ROI setelah pajak 25,3% -

2. Pay Out Time (POT)

POT sebelum pajak 2,29 maks. 5 tahun

POT setelah pajak 2,83 -

3. Break Even Point (BEP) 40,8% 40 – 60 %

4. Shut Down Point (SDP) 21,5% 20 – 30 %

5. Discounted Cash Flow (DCF) 38% min 10% (Kredit)

min 7% (Deposito)

Berdasarkan hasil analisa kelayakan, dapat disimpulkan bahwa Pabrik Asam Oksalat

Dihidrat dari Molasses dan Asam Nitrat dengan kapasitas 15.000 ton/tahun ini layak

untuk didirikan.

DAFTAR PUSTAKA

Aries, R.S., and Newton, R.D., 1955, “Chemical Engineering Cost Equipment”, Mc Graw Hill

Book Company, New York.

BPS, 2014, “Badan Pusat Statistik Ekspor dan Impor”,

http://www.bps.go.id/all_newtemplate.php. Diakses pada 14 Juni 2015 pukul 10.13

WIB

Brownell, L.E., and Young, E.H., 1979, “Process Engineering Design”, 3rded, Willey Eastern

Itd. New Delhi.

Kirk, R.E., and Othmer, D.F., 1994, “Encyclopedia of Chemcal Technology” 3rd ed., Vol.19,

Intersience Publishing Inc., New York.

Levenspiel, O., 1976, “Chemical Reaction Engineering”, 2sd ed., John Willley and Sons Inc.,

New York.

Matches, 2014, “Matche’s Process Equipment Cost Estimates”,

http://www.matche.com/equipcost/Default.html, Diakses pada 2 Februari 2016

pukul 09.18 WIB.

Perry, R.H., and Green, D., 1999, “Perry’s Chemical Engineering Hand Book”, 7th ed., Mc

Graw Hill Book Company Inc., New York.

Subagyo, P., 2000, “Manajemen Operasi”, BPFE UGM, Yogyakarta.

Sutojo, S., 1986, “Manajemen Perusahaan Indonesia”, Pustaka Binaman Pressindo,

Jakarta.

Syukron, A., 2010, “Pengantar Manajemen Industri”, Graha Ilmu, Jakarta.

Ulrich, G.D., 1984, “A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economic”, John

Willey and Sons Inc., Canada.

Yaws, C.L., 1999, “Chemical Properties Handbook”, Mc Graw Hill Inc., New York.

Zulfikarijah, F., 2005, “Manajemen Operasional”, UMM-Press, Malang.