JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS … · perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK ZAT WARNA ALAMI

DARI BIJI KESUMBA (BIXA ORELLANA)

DENGAN PROSES EKSTRAKSI CO2 SUPERKRITIS

KAPASITAS 100 TON/TAHUN

Oleh :

1. Ester Dwi Agustina Santoso ( I 0510013 )

2. Firna Niwang Jati ( I 0510015 )

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2014


commit to user

i

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK ZAT WARNA ALAMI

DARI BIJI KESUMBA (BIXA ORELLANA)

DENGAN PROSES EKSTRAKSI CO2 SUPERKRITIS

KAPASITAS 100 TON/TAHUN

Oleh :

1. Ester Dwi Agustina Santoso ( I 0510013 )

2. Firna Niwang Jati ( I 0510015 )

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2014


commit to user

ii


commit to user

iii

KATA PENGANTAR

Puji Syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa., karena rahmat dan ridho-Nya,

penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan

Pabrik Zat Warna Alami dari Biji Kesumba (Bixa Orellana)

dengan Proses Ekstraksi CO2 Superkritis Kapasitas

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan

dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Dr. Sunu H Pranolo selaku Ketua Program Studi S1 Reguler Jurusan

Teknik Kimia FT UNS.

2. Ir. Paryanto, M.S. selaku Dosen Pembimbing I dan Endang Kwartiningsih,

S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan dan bantuannya

dalam penulisan tugas akhir.

3. Dr. Margono, S.T., M.T. selaku Pembimbing Akademik.

4. Seluruh dosen, laboran, dan administrasi Jurusan Teknik Kimia atas ilmu

dan bantuannya selama ini.

5. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa, materi dan

semangatnya.

6. Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS khususnya angkatan

2010.

Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari

sempurna. Oleh karena itu penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik

yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis

pada khususnya dan pembaca pada umumnya.

Surakarta, Juni 2014

Penulis


commit to user

iv

DAFTAR ISI

Halaman Judul .................................................................................................. i

Lembar Pengesahan ......................................................................................... ii

Kata Pengantar ................................................................................................. iii

Daftar Isi........................................................................................................... iv

Daftar Tabel ..................................................................................................... viii

Daftar Gambar .................................................................................................. x

Intisari .............................................................................................................. xi

BAB I PENDAHULUAN ......................................................................... 1

1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik .......................................... 1

1.2. Kapasitas Perancangan .......................................................... 3

1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik ....................................................... 6

1.4. Tinjauan Pustaka ................................................................... 8

1.4.1 Proses Pembuatan Zat Warna ................................... 8

1.4.2 Kegunan Produk ........................................................ 13

1.4.3 Bixa Orellana ............................................................ 13

1.4.4 Sifat sifat Fisis dan Kimia ...................................... 16

1.4.3.1 Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku ................ 16

1.4.3.2 Sifat Fisik dan Kimia Produk ........................ 18

1.4.4 Konsep Proses ........................................................... 19

BAB II DESKRIPSI PROSES .................................................................... 20

2.1. Spesifikasi Bahan baku dan Produk ...................................... 20

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku............................................. 20


commit to user

v

2.1.2 Spesifikasi Produk ..................................................... 21

2.2. Konsep Proses ....................................................................... 21

2.2.1 Dasar Ekstraksi.......................................................... 21

2.2.2 Kondisi Operasi ......................................................... 22

2.3. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ............................. 22

2.3.1 Diagram Alir Proses .................................................. 23

2.3.2 Tahapan Proses.......................................................... 25

2.3.2.1 Tahap Penyiapan Bahan Baku ...................... 25

2.3.2.2 Tahap Proses Ekstraksi ................................. 25

2.3.2.3 Tahap Pemurnian Produk .............................. 26

2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas ........................................... 27

2.4.1 Neraca Massa ............................................................ 27

2.4.2 Neraca Panas ............................................................. 30

2.5. Lay Out Pabrik dan Peralatan ............................................... 31

2.5.1 Lay Out Pabrik .......................................................... 31

2.5.2 Lay Out Peralatan ...................................................... 33

BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ....................................... 35

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM .......... 43

4.1. Unit Pendukung Proses ......................................................... 43

4.1.1 Unit Pengadaan Air ................................................... 44

4.1.2 Unit Pengadaan Steam............................................... 50

4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan.................................... 52

4.1.4 Unit Pengadaan Listrik .............................................. 54

4.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar.................................... 58


commit to user

vi

4.1.6 Unit Refrigerasi ......................................................... 59

4.2. Unit Pengolahan Limbah....................................................... 60

4.2.1 Pengolahan Limbah Padat ......................................... 60

4.3. Laboratorium ......................................................................... 60

4.4. Unit Keselamatan dan Kesehatan Kerja ................................ 65

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ................................................... 67

5.1 Bentuk Perusahaan ................................................................ 67

5.2 Struktur Organisasi ............................................................... 68

5.3 Tugas dan Wewenang ........................................................... 71

5.3.1 Pemegang Saham ...................................................... 71

5.3.2 Dewan Komisaris ...................................................... 71

5.3.3 Dewan Direksi ........................................................... 72

5.3.4 Kepala Bagian ........................................................... 73

5.3.5 Kepala Seksi .............................................................. 75

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan .......................................... 76

5.4.1 Karyawan non shift .................................................. 76

5.4.2 Karyawan Shift ......................................................... 76

5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah ....................................... 78

5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji ............ 79

5.7 Jaminan Sosial Tenaga Kerja ................................................ 81

BAB VI ANALISA EKONOMI .................................................................. 83

6.1 Penaksiran Harga Peralatan................................................... 84

6.2 Dasar Perhitungan ................................................................. 86

6.3 Penentuan (Total Capital Investment) ................................... 87


commit to user

vii

6.4 Hasil Perhitungan .................................................................. 88

Daftar Pustaka .................................................................................................. 98

Lampiran


commit to user

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Daftar Pabrik Zat Warna dari Biji Kesumba ................................ 4

Tabel 1.2 Perbandingan Sifat Fase Cair, Superkritik dan Gas. .................... 9

Tabel 1.3 Macam-macam Pelarut Superkritis .............................................. 10

Tabel 1.4 Perbandingan Proses Ekstraksi Berdasarkan Jenis Pelarutnya. .... 11

Tabel 2.1 Neraca Massa Overall .................................................................. 27

Tabel 2.2 Neraca Massa di Sekitar Ekstraktor (E-01 A/B/C/D) .................. 28

Tabel 2.3 Neraca Massa di Sekitar Siklon (S-01) ........................................ 28

Tabel 2.4 Neraca Massa di Sekitar Siklon (S-02) ........................................ 29

Tabel 2.5 Neraca Massa di Sekitar Tangki (T-01) ....................................... 29

Tabel 2.6 Neraca Panas di Sekitar Siklon (S-01) ......................................... 30

Tabel 2.6 Neraca Panas di Sekitar Tangki (T-01) ........................................ 30

Tabel 4.1 Kebutuhan Air Pendingin ............................................................. 45

Tabel 4.2 Kebutuhan Air Umpan Boiler ..................................................... 48

Tabel 4.3 Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi ............................ 48

Tabel 4.4 Kebutuhan Air Sungai .................................................................. 49

Tabel 4.5 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas .............. 54

Tabel 4.6 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan ............................... 56

Tabel 4.7 Total Kebutuhan Daya Listrik Pabrik .......................................... 57

Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift .............................................. 77

Tabel 5.2 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji .................... 79

Tabel 6.1 Indeks Harga Alat ......................................................................... 85


commit to user

ix

Tabel 6.2 Fixed Capital Invesment ............................................................... 88

Tabel 6.3 Working Capital Investment ......................................................... 89

Tabel 6.4 Direct Manufacturing Cost .......................................................... 89

Tabel 6.5 Indirect Manufacturing Cost ........................................................ 90

Tabel 6.6 Fixed Manufacturing Cost ............................................................ 90

Tabel 6.7 General Expense ........................................................................... 91

Tabel 6.8 Analisa Kelayakan ........................................................................ 94


commit to user

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Impor Zat Warna Alami di Indonesia .................................... 3

Gambar 1.2 Lokasi Pabrik Zat Warna Alami ............................................. 8

Gambar 1.3 Skema Diagram Fase Superkritis ........................................... 10

Gambar 1.4 Skema Diagram Fase CO2 Superkritis ................................... 12

Gambar 1.5 Tumbuhan Kesumba .............................................................. 15

Gambar 1.6 Buah Kesumba ....................................................................... 16

Gambar 1.7 Biji Kesumba .......................................................................... 16

Gambar 1.8 Rumus Bangun Bixin ............................................................. 18

Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif .......................................................... 23

Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif ........................................................ 24

Gambar 2.3 Lay Out Pabrik Zat Warna Alami........................................... 32

Gambar 2.4 Lay Out Peralatan Proses ........................................................ 34

Gambar 4.1 Skema Pengolahan Air Sungai ............................................... 50

Gambar 4.2 Diagram Siklus Rankine ......................................................... 58

Gambar 4.3 Diagram Siklus Refrigerasi .................................................... 59

Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Zat Warna Alami ........................ 70

Gambar 6.1 Grafik Linierisasi Indeks Harga ............................................. 86

Gambar 6.2 Grafik Analisa Kelayakan ...................................................... 96


commit to user

xi

INTISARI

Ester Dwi Agustina Santoso, Firna Niwang Jati, 2014, Prarancangan Pabrik Zat Warna Alami dari Biji Kesumba (Bixa Orellana) dengan Proses Ekstraksi CO2 Superkritis Kapasitas 100 Ton/Tahun, Jurusan Teknik Kimia, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.

Dewasa ini, kasus penyalahgunaan bahan pewarna sintetik sebagai pewarna makanan marak ditemukan di Indonesia. Padahal, Indonesia merupakan Negara yang kaya dengan komoditas hayati yang mengandung zat warna alami. Salah satu komoditas yang dapat dijadikan zat warna adalah biji kesumba (Bixa Orellana). Biji kesumba mengandung pigmen karetenoid dengan komposisi terbesarnya adalah bixin yang berwarna merah oranye. Pabrik zat warna alami dari biji kesumba akan didirikan di Gresik, Jawa Timur pada tahun 2018 dengan kebutuhan biji kesumba sebesar 4.545 ton/tahun akan dihasilkan kapasitas pabrik 100 ton/tahun.

Pembuatan zat warna alami ini melalui 3 tahap yaitu tahap persiapan bahan baku, ekstraksi, serta pemurnian produk. Pada tahap persiapan bahan baku, gas karbondioksida hasil recovery ampas dilewatkan pada lubang pengeluaran silo biji kesumba SI-01. Kemudian biji kesumba masuk bersama-sama recovery gas CO2 ke ekstraktor. Setelah itu, karbondioksida superkritis dimasukkan melaui lubang bagian bawah ekstraktor.Tahap ekstraksi dilakukan dalam ekstraktor menggunakan pelarut karbondioksida superkritis selama 60 menit dengan kondisi operasi suhu 600C dan tekanan 400 atm. Tahap pemurnian produk, larutan ekstrak diturunkan tekanannya sampai 40 atm sehingga karbondioksida berubah fase menjadi gas dan dapat dipisahkan dari zat warna alami dengan menggunakan siklon.

Unit pendukung proses meliputi unit pengadaan air (air pendingin, umpan boiler, konsumsi umum & sanitasi) yang bersumber dari Sungai Bengawan Solo dengan kebutuhan sebesar 44.966,60 kg/jam, unit pengadaan steam dengan kebutuhan umpan boiler 3.067,734 kg/jam, unit pengadaan listrik sebesar 1.400 kW dari power plant, unit pengadaan bahan bakar biomassa 3.428,14 kg/jam, unit pengadaan udara tekan sebesar 60 m3/jam dan unit refrigerasi. Limbah padat dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar boiler. Pabrik juga didukung dengan laboratorium yang berfungs untuk mengontrol kualitas bahan baku (oven), produk (oven) dan proses produksi (spektrofotometer).

Bentuk perusahaan yang dipilih adalah Perseroan Terbatas dengan struktur line and staff. Jumlah kebutuhan tenaga kerja sebanyak 178 orang.

Hasil analisis ekonomi didapatkan Rate of Return (ROI) sebesar 44,02% sebelum pajak dan 30,87% sesudah pajak. Pay Out Time (POT) didapatkan sebesar 1,85 tahun sebelum pajak dan 2,45 tahun sesudah pajak. Break Even Point (BEP) sebesar 44,24%, Shut Down Point (SDP) sebesar 27,77%, dan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 28,42%. Dari hasil analisa ekonomi dapat disimpulkan pabrik zat warna alami layak didirikan.

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS … · perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id...

Documents

Transcript of JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS … · perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id...