PRARANCANGAN

PABRIK SORBITOL DENGAN

PROSES HIDROGENASI KATALITIK

KAPASITAS 65.000 TON/TAHUN

Oleh:

DUWI MARYANTO

D 500 120 023

Dosen Pembimbing:

1. TRI WIDAYATNO, M.Sc., PhD. NIK: 960

2. M. MUJIBUROHMAN, M.T., PhD. NIK: 794

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2016

ii

INTISARI

Sorbitol merupakan produk setengah jadi yang didapatkan dengan mereaksikan glukosa dengan gas hidrogen. Dalam industri kimia sorbitol banyak

digunakan untuk bahan tambahan dalam produk jadi. Sorbitol banyak digunakan sebagai pemanis buatan pengganti glukosa bagi penderita diabetes, sebagai bahan baku pembuatan vitamin C. Dalam industri kosmetik digunakan sebagai bahan

tambahan dalam krim, salep, emulsi, lotion, gel serta pasta gigi. Pabrik sorbitol dengan bahan baku glukosa dan hidrogen direncanankan akan didirikan

dikawasan industri Kendal, Jawa Tengah dengan kapasitas 65.000 ton per tahun. Pabrik ini diharapkan dapat mengurangi kebutuhan import sorbitol Indonesia dan mencukupi kebutuhan dalam negeri serta dapat meningkatkan eksport sorbitol

Indonesia. Proses pembuatan sorbitol dengan proses hidrogenasi katalitik dilakukan

didalam reaktor fixed bed dengan bantuan katalis raney nickel. Reaksi pembuatan sorbitol berlangsung pada fase gas-cair, bersifat eksothermis. Kondisi operasi reaktor dirancang bersifat nonisothermal pada range suhu operasi 130-180oC

tanpa ada energi yang ditambahkan maupun yang diambil (Adiabatis) dan tekanan operasi 70 atm. Untuk kapasitas pabrik sorbitol 65.000 ton per tahun

membutuhkan bahan baku glukosa sebesar 11.712,9602 kg/jam dan hidrogen sebanyak 66,2697 kg/jam serta membutuhkan karbon aktif untuk pemurnian sebanyak 1.177,9230 kg /jam. Pabrik sorbitol mempunyai unit pendukung proses

yakni unit utilitas meliputi unit penyedian air, steam dan listrik. Kebutuhan air untuk utilitas pabrik sebanyak 5020,6295 kg/jam yang diperoleh dari sungai, unit

penyedia steam yang mampu memproduksi steam sebesar 6.459,715 kg/jam, untuk kebutuhan listrik pabrik sebanyak 370,9852 kWh yang diperoleh dari PLN. Pabrik juga memiliki generator cadangan sebesar 500 kWh dengan bahan bakar

solar sebanyak 632 liter/jam, yang digunakan apabila terjadi masalah suplai listrik dari PLN. Kebutuhan tanah yang digunakan untuk pendirian pabrik sorbitol

sebesar 65.600 m2 serta membutuhkan karyawan sebanyak 139 orang. Pabrik sorbitol memilih Perseroan terbatas sebagai bentuk badan usaha

perusahaan. Pabrik sorbitol beroperasi selama 330 hari tiap tahun. Pabrik sorbitol

membutuhkan modal tetap sebesar Rp 472.841.072.286,65 dan modal kerja

sebesar RP 203.903.938.277,50. Analisis ekonomi terhadap pabrik sorbitol

menunjukkan keuntungan sebelum pajak sebesar Rp 182.571.489.244,74 pertahun

dan setelah pajak keuntungan menjadi Rp 136.928.616.933,55 per tahun. Percent

Return On Investment (ROI) sebelum pajak 39,23 % dan setelah pajak 29,42 % .

Pay Out Time (POT) sebelum pajak 2,03 tahun dan setelah pajak 2,54 tahun.

Break Even Point (BEP) yakni sebesar 52,75 %, Shut Down Point (SDP) sebesar

37,69 %. Discounted Cash Flow (DCF) terhitung 25,24%. Dari pertimbangan

analisis aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa pabrik sorbitol layak untuk

didirikan.

iii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb

Alhamdulillahirobil’alamin, segala puji syukur penulis panjatkan kehadirat

Allah SWT yang telah melimpahkan segala rahmat, hidayah, serta taufik-Nya,

sholawat serta salam penyusun sampaikan kepada Nabi Muhammad SAW,

sehingga penyusunan Tugas Akhir Prarancangan pabrik dengan judul

”Prarancangan Pabrik Sorbitol Dengan Proses Hidrogenasi Katalitik Kapasitas

65.000 Ton/Tahun” dapat terselesaikan.

Tugas akhir Prarancangan pabrik merupakan salah satu syarat yang wajib

dipenuhi oleh setiap mahasiswa teknik kimia Universitas Muhammadiyah

Surakarta demi mendapat gelar strata satu (S1).

Terselesaikannya laporan tugas akhir prarancangan pabrik sorbitol ini

tidak lepas dari bantuan, petunjuk dan bimbinngan dari berbagai pihak. Ucapan

terimakasih yang tulus penulis sampaikan kepada:

1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak Tri Widayatno, M.Sc., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing 1 yang

membimbing, menasehati dan memberi arahan kepada penyusun hingga

terselesaikannya tugas akhir ini.

3. Bapak M. Mujiburohman, M.T., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing 2 yang

selalu sabar dalam memberikan bimbingan dan arahan dalam penyusunan

tugas akhir ini.

4. Bapak Rois Fatoni, M.Sc, Ph.D. selaku Ketua Program Studi Teknik

Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

5. Bapak Ibu Dosen dan Karyawan di lingkungan Fakultas Teknik serta

perpustakaan Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah

memberikan pengetahuan, kelancaran dan bekal ilmu kepada penulis.

iv

6. Ringga sonifa rekan skripsi yang senantiasa memberi semangat dan

keyakinan skripsi pasti berlalu dan hanya sebagain kecil ujian hidup.

7. Orang tua tercinta yang selalu menyemangati dalam penyusunan skripsi

ini.

8. Semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan skripsi ini, yang

tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Terimakasih untuk semuanya

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir ini

masih jauh dari kata sempurna dan masih banyak kekurangannya, karenanya

kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penyusun harapkan. Akhir kata,

penyusun berharap semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat yang berarti

bagi pembaca dan semua pihak yang membutuhkan.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb

Surakarta, Januari 2017

Penyusun

v

DAFTAR ISI

HALAMAN PENGESAHAN...................................................................................i

INTISARI ................................................................................................................. ii

KATA PENGANTAR............................................................................................. iii

DAFTAR ISI ............................................................................................................v

DAFTAR TABEL ................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. xi

DAFTAR SIMBOL................................................................................................ xii

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

1.1 Latar Belakang.......................................................................................... 1

1.2 Penetapan Kapasitas Rancangan .............................................................. 4

1.3 Lokasi Pabrik ............................................................................................ 7

1.4 Tinjauan Pustaka ...................................................................................... 9

1.4.1 Macam-macam proses pembuatan sorbitol ....................................... 9

1.4.2 Kegunaan Sorbitol ........................................................................... 12

1.4.3 Sifat Fisis dan Sifat kimia bahan baku dan produk ......................... 13

1.4.4 Tinjauan Proses secara umum ......................................................... 16

BAB II DESKRIPSI PROSES .............................................................................. 18

2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk....................................................... 18

2.1.1 Hidrogen .......................................................................................... 18

2.1.2 Sirup glukosa ................................................................................... 18

2.1.3 Sorbitol ............................................................................................ 19

2.1.4 Katalis Nikel.................................................................................... 19

2.2 Konsep proses......................................................................................... 20

2.2.1 Dasar reaksi ..................................................................................... 20

2.2.2 Tinjauan Termodinamika ................................................................ 20

2.2.3 Tinjauan kinetika ............................................................................. 23

2.3 Uraian Proses .......................................................................................... 24

2.3.1 Tahap persiapan bahan baku ........................................................... 24

vi

2.3.2 Tahap Reaksi didalam reaktor ......................................................... 25

2.3.3 Tahap Pemurnian............................................................................. 26

2.4 Neraca Massa dan Neraca Energi ........................................................... 29

2.4.1 Neraca Massa .................................................................................. 29

2.4.2 Neraca Energi .................................................................................. 33

2.5 Tata letak Pabrik ..................................................................................... 40

BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ................................................. 44

3.1 Tangki Bahan Baku Glukosa (F-101)..................................................... 44

3.2 Heat Exchanger (E-101)......................................................................... 45

3.3 Kompressor (C-101) ............................................................................... 46

3.4 InterCooler (E-102) ................................................................................ 46

3.5 Kompressor (C-102) ............................................................................... 47

3.6 Cooler (E-103)........................................................................................ 48

3.7 Reaktor (R-101) ...................................................................................... 49

3.8 Flash Drum (D-101) ............................................................................... 50

3.9 Cooler (E-104)........................................................................................ 50

3.10 Mixer (M-101)..................................................................................... 51

3.11 Hopper (F-103) ................................................................................... 52

3.12 Screw Conveyor (SC-101)................................................................... 53

3.13 Filter (H-101) ...................................................................................... 53

3.14 Evaporator (V-101) ............................................................................. 54

3.15 Cooler (E-105) .................................................................................... 55

3.16 Cooler (E-106) .................................................................................... 56

3.17 Tangki Sorbitol (F-102) ...................................................................... 57

3.18 Pompa (L-101) .................................................................................... 58

3.19 Pompa (L-102) .................................................................................... 59

3.20 Pompa (L-103) .................................................................................... 60

3.21 Pompa (L-104) .................................................................................... 60

3.22 Pompa (L-105) .................................................................................... 61

3.23 Pompa (L-106) .................................................................................... 62

3.24 Pompa (L-107) .................................................................................... 63

vii

3.25 Pompa (L-108) .................................................................................... 63

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM .................. 65

4.1 Unit Pendukung Proses ( Utilitas) .......................................................... 65

4.1.1 Unit pengolahan dan penyedia air ................................................... 65

4.1.2 Unit pengadaan steam ..................................................................... 69

4.1.3 Unit pembangkit listrik.................................................................... 70

4.1.4 Unit penyedian bahan bakar ............................................................ 71

4.1.5 Unit pengadaan udara tekan ............................................................ 72

4.2 LABORATORIUM ................................................................................ 73

4.2.1 Laboratorium proses........................................................................ 73

4.2.2 Laboratorium utilitas ....................................................................... 74

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN............................................................. 75

5.1 Bentuk Perusahaan ................................................................................. 75

5.2 Struktur Organisasi Perusahaan.............................................................. 76

5.3 Tugas dan Wewenang............................................................................. 80

5.3.1 Pemegang Saham ............................................................................ 80

5.3.2 Dewan Komisaris ............................................................................ 80

5.3.3 Direktur Utama................................................................................ 81

5.3.4 Manager Produksi ........................................................................... 81

5.3.5 Manager Keuangan ......................................................................... 82

5.3.6 Manager Administrasi ..................................................................... 82

5.3.7 Manager Pemasaran ........................................................................ 82

5.3.8 Manager Utilitas .............................................................................. 82

5.3.9 Staff Ahli ......................................................................................... 83

5.3.10 Kepala Seksi Produksi dan Pengendalian Proses ............................ 83

5.3.11 Kepala Seksi Utilitas ....................................................................... 83

5.3.12 Kepala Seksi Teknik dan Pemeliharaan Peralatan .......................... 84

5.3.13 Kepala Seksi Laboratorium ............................................................. 84

5.3.14 Kepala Seksi Pengendalian Limbah ................................................ 84

5.3.15 Kepala Seksi Administrasi .............................................................. 84

5.3.16 Kepala Seksi Pembelian Dan Pemasaran ........................................ 85

viii

5.3.17 Kepala Seksi Personalia Dan Humas .............................................. 85

5.3.18 Kepala Seksi Keamanan .................................................................. 85

5.3.19 Sekretaris ......................................................................................... 86

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan............................................................ 86

5.4.1 Sistem Kerja .................................................................................... 86

5.5 Sistem Kepegawaian dan Upah .............................................................. 88

5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji............................... 89

5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ............................................................. 89

5.8 Manajemen Produksi .............................................................................. 92

5.8.1 Perencanaan Produksi ..................................................................... 93

5.8.2 Pengendalian Produksi .................................................................... 94

5.9 Kesehatan dan Keselamatan Kerja ......................................................... 95

BAB VI ANALISIS EKONOMI ........................................................................ 100

6.1 Total Capital Investment ...................................................................... 105

6.2 Working Capital ................................................................................... 106

6.3 Manufacturing Cost .............................................................................. 107

6.4 General Expenses ................................................................................. 108

6.5 Analisis Keuntungan ............................................................................ 108

6.6 Analisis Kelayakan ............................................................................... 108

BAB VII KESIMPULAN ................................................................................... 113

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 114

LAMPIRAN ........................................................................................................ 116

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Pabrik Sorbitol di Dunia............................................................................ 3

Tabel 2. Produsen Sorbitol Di Indonesia dan Kapasitasnya ................................... 4

Tabel 3. Data Kapasitas Impor Dan Ekspor Indonesia ........................................... 5

Tabel 4. Perbandingan Proses Reduksi Elektrolitik, Hidrogenasi Katalitik Dan

Proses Bioteknologi................................................................................ 11

Tabel 5. Ethalpy Pembentukan Bahan .................................................................. 21

Tabel 6. Harga ΔGof .............................................................................................. 22

Tabel 7. Neraca Massa Overall ............................................................................. 29

Tabel 8. Neraca Massa di Reaktor ........................................................................ 30

Tabel 9. Neraca Massa di Flash Drum .................................................................. 30

Tabel 10. Neraca Massa di Mixer ......................................................................... 31

Tabel 11. Neraca Massa di Filter .......................................................................... 31

Tabel 12. Neraca Massa di Evaporator ................................................................. 32

Tabel 13. Nilai Kapasitas Panas ............................................................................ 33

Tabel 14. Neraca Energi sekitar Heater 01 (E-101) .............................................. 34

Tabel 15. Neraca Energi sekitar kompressor 01 ( C-101) ..................................... 34

Tabel 16. Neraca Energi sekitar Intercooler 2 (E-102) ......................................... 35

Tabel 17. Neraca Energi sekitar Kompressor 02 (C-102) ..................................... 35

Tabel 18. Neraca Energi sekitar Cooler 3 (E-103) .............................................. 35

Tabel 19. Neraca Energi sekitar Reaktor (R-101) ................................................. 36

Tabel 20. Neraca Energi sekitar Flash Drum (D-101) .......................................... 36

Tabel 21. Neraca Energi sekitar Cooler 4 (E-106) ................................................ 37

x

Tabel 22. Neraca Energi sekitar Cooler 5 (E-104) ................................................ 37

Tabel 23. Neraca Energi sekitar Mixer (M-101) ................................................ 38

Tabel 24. Neraca Energi sekitar Filter (H-101)..................................................... 38

Tabel 25. Neraca Energi sekitar Evaporator (V-101) ........................................... 39

Tabel 26. Neraca Energi sekitar Cooler 6 (E-105) ............................................... 39

Tabel 27. Daftar Luas Tanah dan Bangunan ......................................................... 42

Tabel 28. Kebutuhan air pendingin dalam pabrik sorbitol.................................... 67

Tabel 29. Kebutuhan steam ................................................................................... 68

Tabel 30. Kebutuhan air make up didalam pabrik sorbitol .................................. 69

Tabel 31. Kebutuhan Steam Pabrik Sorbitol ......................................................... 70

Tabel 32. Jadwal Kerja Masing – Masing Regu ................................................... 87

Tabel 33. Daftar Karyawan Pabrik Sorbitol .......................................................... 89

Tabel 34. Potensi bahaya keselamatan dan kesehatan kerja ................................. 97

Tabel 35. Harga Index Chemical Engineering Plant ........................................... 101

Tabel 36. Total Capital Investment ..................................................................... 105

Tabel 37. Working Capital .................................................................................. 106

Tabel 38. Manufacturing Cost............................................................................. 107

Tabel 39. General Expenses ................................................................................ 108

Tabel 40. Fixed Cost (Fa).................................................................................... 109

Tabel 41. Variable cost (Va) ............................................................................... 110

Tabel 42. Regulated Cost (Ra) ............................................................................ 110

Tabel 43. Perbandingan Perhitungan Ekonomi dan Referensi............................ 112

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Struktur Kimia Sorbitol ......................................................................... 1

Gambar 2. Konsumsi Sorbitol Dunia Tahun 2013 .................................................. 2

Gambar 3. Grafik Impor Sorbitol di Indonesia ....................................................... 5

Gambar 4. Grafik Perkembangan Ekspor Sorbitol Indonesia ................................. 6

Gambar 5. Peta Kawasan Industri Kendal .............................................................. 9

Gambar 6. Reaksi Pembuatan Sorbitol ................................................................. 20

Gambar 7. Diagram Alir Kualitatif Pabrik Sorbitol .............................................. 27

Gambar 8. Diagram Alir Kuantitatif Pabrik Sorbitol ............................................ 28

Gambar 9. Denah Pabrik Sorbitol ......................................................................... 43

Gambar 10. Diagram alir unit pengolahan air sungai ........................................... 66

Gambar 11. Struktur Organisasi Pabrik Sorbitol .................................................. 99

Gambar 12. Grafik Hubungan Tahun Vs Cost Index .......................................... 102

Gambar 13. Grafik Perhitungan Analisis Ekonomi ............................................ 112

Gambar 14. Profil Konversi Sorbitol Terhadap Panjang Bed ............................. 130

Gambar 15. Profil Suhu Bed terhadap Panjang Bed............................................ 131

Gambar 16. Profil Tekanan Terhadap Panjang Bed ............................................ 132

xii

DAFTAR SIMBOL

ΔHRo = Entalphy reaksi pada suhu referensi

ΔHR = Entalphy reaksi pada suhu operasi

ΔHof = Entalphy pembentukan zat pada suhu standar

ΔGo = Energi Gibbs pada suhu referensi

ΔG = Energi Gibbs pada suhu operasi

ΔGof = Energi Gibbs pembentukan zat pada suhu standar

T = Suhu

R = Tetapan gas ideal (8,314 J/mol K)

𝐶𝐶6𝐻12𝑂6,CA = Konsentrasi glukosa

𝐾𝐶6𝐻12 𝑂6, KA = Konstanta kesetimbangan adsorbsi glukosa

𝑃𝐻2, PB = Tekanan hidrogen

𝐾𝐻2, KB = Konstanta kesetimbangan adsorbsi hidrogen

K = Konstanta kesetimbangan reaksi

k = Konstanta kecepatan reaksi

r = Kecepatan reaksi

θA = Kecepatan adsorbsi glukosa

θB = Kecepatan adsorbsi hidrogen

θV = Kecepatan reaksi permukaan

kad = Konstanta kecepatan adsorbsi

k-ad = Konstanta kecepatan desorbsi