perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
i
TUGAS AKHIR
PRA RANCANGAN PABRIK HIDROGEN MELALUI PROSES
GASIFIKASI BATUBARA KAPASITAS 25.000 TON/TAHUN
Oleh :
1. Wisnu Indriyanto I 0507014
2. Agusta Ali Akbar I 0507018
Dosen Pembimbing : Dr. Sunu Herwi Pranolo
Ir. Endang Mastuti
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2012
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena rahmat dan hidayah-
Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir
dengan judul “Prarancangan pabrik hidrogen melalui gasifikasi batu bara
kapasitas 25.000 ton/tahun”. Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis
memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun material dari
berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa, materi dan semangat
yang senantiasa diberikan tanpa kenal lelah.
2. Dr. Sunu H. Pranolo selaku Dosen Pembimbing I dan Ir. Endang Mastuti
selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan dan bantuannya dalam
penulisan tugas akhir.
3. Teman-teman CGC (Agung, Pewe, Alfian, Rais, Annas, Encik, Tino),
Harum, Anggit, Arwan, Atika, dan Nur Halimah Murdiyati.
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari
sempurna, 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, April 2012
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... ii
KATA PENGANTAR ........................................................................................... iii
DAFTAR ISI .......................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. vi
DAFTAR TABEL ................................................................................................. vii
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG....................................................... viii
INTISARI ............................................................................................................... xi
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik .......................................................... 1
1.2 Kapasitas Pabrik .................................................................................... 3
1.3 Lokasi Pabrik ........................................................................................ 3
1.4 Tinjauan Pustaka ................................................................................... 5
BAB II DESKRIPSI PROSES .............................................................................. 15
2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ................................................... 15
2.2 Konsep Reaksi ..................................................................................... 16
2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ........................................... 23
2.4 Tata Letak Pabrik dan Peralatan Proses .............................................. 30
BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES .............................................................. 34
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM .................. 45
4.1 Unit Pendukung Proses ....................................................................... 45
4.2 Unit Penyediaan dan Pengolahan Air ................................................. 45
4.3 Unit Penyediaan Udara Instrumen ...................................................... 48
4.4 Unit Pembangkit dan Pendistribusian Listrik ..................................... 48
4.5 Unit Pengolahan Limbah..................................................................... 49
4.6 Laboratorium ....................................................................................... 49
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ............................................................. 54
5.1 Bentuk Perusahaan .............................................................................. 54
5.2 Struktur Organisasi ............................................................................. 54
5.3 Tugas dan Wewenang ......................................................................... 57
5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ........................................................ 60
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah ..................................................... 63
5.6 Kesejahteraan Sosial Karyawan .......................................................... 64
BAB VI ANALISA EKONOMI ........................................................................... 66
6.1 Penaksiran Harga Peralatan ................................................................. 68
6.2 Dasar Perhitungan ............................................................................... 70
6.3 Hasil Perhitungan ................................................................................ 70
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 75
LAMPIRAN A DATA SIFAT FISIS
LAMPIRAN B NERACA MASSA
LAMPIRAN C NERACA PANAS
LAMPIRAN D PERANCANGAN REAKTOR (R-01)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Impor hidrogen di Indonesia tahun 2005-2009 ................................... 2
Gambar 1.2 Cadangan batu bara di Indonesia tahun 2009...................................... 2
Gambar 1.3 Produksi batu bara di Indonesia tahun 1996-2009 .............................. 3
Gambar 1.4 Peta lokasi pendirian pabrik ................................................................ 5
Gambar 1.5 Prinsip proses gasifikasi (Pranolo, 2010) .......................................... 13
Gambar 2.1 Diagram Alir Proses .......................................................................... 21
Gambar 2.2 Diagram Alir Proses Kualitatif .......................................................... 25
Gambar 2.3 Diagram Alir Proses Kuantitatif ........................................................ 26
Gambar 2.4 Tata letak pabrik hidrogen ................................................................ 30
Gambar 2.5 Tata letak peralatan proses ................................................................ 33
Gambar 4.1 Skema pengolahan air ....................................................................... 47
Gambar 5.1 Struktur organisasi............................................................................. 56
Gambar 6.1 Chemical engineering cost index ...................................................... 69
Gambar 6.2 Grafik analisa kelayakan pabrik ........................................................ 74
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Klasifikasi batu bara Indonesia ............................................................. 11
Tabel 1.2 Perbandingan karakteristik gasifier ....................................................... 13
Tabel 1.3 Karakteristik berbagai jenis gasifier ..................................................... 14
Tabel 2.1 Sifat fisika dan kimia bahan baku ......................................................... 15
Tabel 2.2 Sifat fisika dan kimia produk ................................................................ 16
Tabel 2.3 Harga ∆Go reaksi gasifikasi ................................................................... 20
Tabel 2.4 Persamaan laju reaksi ........................................................................... 21
Tabel 2.5. Neraca massa total ............................................................................... 29
Tabel 2.6. Neraca panas total ................................................................................ 30
Tabel 3.1 Spesifikasi alat – alat proses ................................................................. 36
Tabel 3.2 Spesifikasi alat penukar panas (Heat Exchanger) ................................ 39
Tabel 3.3 Spesifikasi pompa proses ...................................................................... 42
Tabel 4.1 Perhitungan kebutuhan air proses ......................................................... 46
Tabel 4.2 Spesifikasi pompa utilitas .................................................................... 46
Tabel 4.3 Spesifikasi kompresor utilitas ............................................................... 48
Tabel 5.1 Jadwal pembagian kelompok shift ........................................................ 62
Tabel 5.2 Perincian golongan,kualifikasi, jumlah dan gaji karyawan ................. 64
Tabel 6.1 Indeks harga alat ................................................................................... 69
Tabel 6.2 Fixed Capital Invesment (FCI) ............................................................ 71
Tabel 6.3 Working Capital Investment (WCI) ..................................................... 71
Tabel 6.4 Direct Manufacturing Cost (DMC) ...................................................... 72
Tabel 6.5 Indirect Manufacturing Cost (IMC) ..................................................... 72
Tabel 6.6 Fixed Manufacturing Cost (FMC) ....................................................... 72
Tabel 6.7 General Expense (GE) ......................................................................... 73
Tabel 6.8 Analisa kelayakan ................................................................................ 73
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG
SINGKATAN
Nama Pemakaian
pertama kali
pada halaman
AC
ADB
BEP
BOD
BPS
BWG
COD
DAF
DCF
D-3
ESDM
ft
ft2
gpm
g
HE
HP
ID
IDO
In
kcal
kg
kJ
kPa
KPC
kWh
Air Conditioning
Air Dried Basis
Break Even Point
Biologyc Oxygen Demand
Biro Pusat Statistik
Birmingham Wire Gage
Chemicals Oxygen Demand
Dried Ash Free
Discounted Cash Flow
Diploma Tiga
Energi dan Sumber Daya Mineral
Feet
Feet persegi
Gallon per minutes
Gram
Heat Exchanger
Horse Power
Inner Diameter
Industrial Diesel Oil
Inchi
Kilo kalori
Kilogram
Kilo Joule
Kilo Pascal
Kaltim Prima Coal
Kilo Watt Hour
39
14
x
43
1
33
43
14
x
53
1
33
33
36
11
33
32
33
44
30
8
x
5
17
5
x
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
L
m
m2
m3
MDEA
mL
MMBtu
MPa
MW
NPSH
OD
pH
PLN
POT
ppm
PSA
psi
PT
Rp
rpm
ROI
RUPS
SDP
SLTA
SN
Syngas
S-1
TSCF
vpm
WGSR
Liter
Meter
Meter persegi
Meter kubik
Metil Dietanol Amin
Mili Liter
Metric Milion British Thermal Unit
Mega Pascal
Mega Watt
Net Pressure Static Head
Outer Diameter
Potensial Hummidity
Perusahaan Listrik Negara
Pay Out Time
Part Per million
Pressure Swing Adsorbtion
Pounds Square Inchi
Perseroan Terbatas
Rupiah
Radian Per Minutes
Return Of Investment
Rapat Umum Pemegang Saham
Shut Down Point
Sekolah Lanjutan Tingkat Atas
Schedule Number
Syntethic Gases
Strata Satu
Ton Standard Cubic feet
Volume per milion
Water Gas Shift Reactor
x
x
x
12
22
13
59
x
10
36
33
11
4
x
15
5
33
x
x
32
x
47
x
53
36
7
53
5
15
16
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
LAMBANG
US$
ΔHR
ΔP
Dollar of United States
Panas Reaksi
Delta Pressure
59
15
33
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
INTISARI
Agusta Ali Akbar, Wisnu Indriyanto, 2012, Prarancangan Pabrik Hidrogen
Melalui Gasifikasi Batu Bara Kapasitas 25.000 ton/tahun. Program Studi
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Hidrogen digunakan sebagai energi alternatif, bahan baku pembuatan
ammonia, hydrocracking dan bahan baku industri kimia lainnya. Untuk
pemenuhan kebutuhan hidrogen didalam negeri maka direncanakan pendirian
pabrik hidrogen melalui proses gasifikasi batu bara dengan cara mereaksikan
oksigen dan batu bara dalam bentuk slurry pada 1250-1600 °C dan 30 MPa di
dalam reaktor entrained flow.
Pabrik hidrogen dirancang dengan kapasitas 25.000 ton/tahun. Bahan
bakunya adalah batu bara sebanyak 8,37 kg/kg produk, oksigen (kemurnian
99,9%) sebanyak 6,75 kg/kg produk dan produk yang dihasilkan adalah hidrogen
dengan kemurnian 99%. Lokasi pabrik direncanakan di daerah Sangatta,
Kalimantan Timur dan dibangun di atas tanah seluas 20.785 m2, pabrik beroperasi
selama 24 jam per hari dan 300 hari per tahun dengan jumlah tenaga kerja 0,04
manhour/kg produk. Kebutuhan utilitas meliputi air (air laut) sebanyak 208
liter/kg produk dan listrik sebesar 0,22 kWh/kg produk.
Bentuk perusahaan dipilih Perseroan Terbatas (PT), dengan struktur
organisasi line and staff, sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja
yang terdiri dari karyawan shift dan non shift. Pabrik direncanakan mulai
dikonstruksi akhir 2012 dan bisa beroperasi pada awal tahun 2015 dengan umur
pabrik 10 tahun. Modal tetap pabrik sebesar Rp 36.717.320.505 dan biaya
produksi total sebesar Rp 36.246/kg produk. Analisis kelayakan menunjukkan
bahwa Return of Investment (ROI) sebelum pajak 63,18%, setelah pajak 44,22%,
Pay Out Time (POT) sebelum dan sesudah pajak adalah 1,40 tahun dan 1,91
tahun, Break Even Point (BEP) 51,24%, dan Shut Down Point (SDP) 39,27%.
Sedangkan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 32,59%. Hasil evaluasi
ekonomi menunjukkan bahwa pabrik hidrogen melalui gasifikasi batu bara
kapasitas 25.000 ton/tahun layak didirikan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik
Hidrogen merupakan salah satu bahan yang dibutuhkan dalam industri.
Hidrogen berfungsi sebagai bahan baku pembuatan ammonia, bahan bakar
alternatif, startup cracking, perengkahan fraksi-fraksi minyak bumi
(hidrocracking), hidrogenasi, proses hidrodesulfurisasi dan bahan baku berbagai
zat kimia lainnya. Dengan alasan kebutuhan hidrogen makin lama makin
meningkat yang ditandai dengan kenaikan impor hidrogen berdasarkan data Biro
Pusat Statistik (BPS) permintaan pasar terhadap hidrogen semakin meningkat dari
tahun 2005 sampai tahun 2009 sebesar 13.096 ton menjadi 54.924 ton (Gambar
1.1) maka perlu dipikirkan pendirian suatu pabrik hidrogen.
Beberapa hal yang menjadi landasan pemikiran pendirian pabrik hidrogen:
(1) keuntungan finansial yang akan didapatkan, (2) bahan baku pembuatan
hidrogen yaitu batu bara tersedia dalam jumlah banyak di Indonesia sesuai data
data ESDM tahun 2010 cadangan batu bara terhitung di Indonesia pada tahun
2009 juga termasuk besar yaitu sebesar 24.574,57 juta ton (Gambar 1.2) dan
berdasarkan data BPS, produksi batu bara meningkat dari tahun 1996 sampai 2009
sebesar 50,33 juta ton menjadi 228,81 juta ton (Gambar 1.3), sehingga
kelangsungan proses dapat dipertahankan, (3) peningkatkan nilai guna batu bara
yang selama ini hanya langsung diekspor dalam kondisi mentah menjadi bahan
bernilai ekonomis tinggi, (4) penciptaan lapangan kerja baru bagi masyarakat, (5)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
sebagai lahan investasi bagi para investor baik dari dalam maupun luar negeri,
sehingga dapat menambah devisa negara.
Gambar 1.1 Impor hidrogen di Indonesia tahun 2005-2009
Gambar 1.2 Cadangan batu bara di Indonesia tahun 2009
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
2005 2006 2007 2008 2009
Kap
asi
tas
(ton
)
Tahun
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
Hipotetik Terduga Tertunjuk Terhitung
Kap
asi
tas
(ju
ta t
on
)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
Gambar 1.3 Produksi batu bara di Indonesia tahun 1996-2009
1.2 Kapasitas Pabrik
Kapasitas pabrik hidrogen ini ditentukan atas dasar kebutuhan impor (lihat
kembali Gambar 1.1), dan jumlah produksi batu bara per tahun (lihat kembali
Gambar 1.3). Dari data tesebut, maka ditentukan kapasitas pabrik hidrogen ini
sebesar 25.000 ton per tahun dengan tujuan memenuhi kebutuhan sepertiga
kebutuhan impor, karena pabrik tidak bertujuan memonopoli pasar dan jika
sewaktu-waktu pabrik tidak beroperasi, pasokan kebutuhan hidrogen Indonesia
masih bisa dipenuhi oleh pabrik lain.
1.3 Lokasi Pabrik
Pemilihan lokasi pabrik yang tepat, ekonomis dan menguntungkan
dipengaruhi oleh faktor primer dan faktor sekunder. Faktor primer terdiri dari
letak pabrik terhadap pasar, letak pabrik terhadap bahan baku, transportasi,
tersedianya tenaga kerja, dan tersedianya sumber air dan tenaga. Faktor sekunder
0
50
100
150
200
250
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
Kap
asi
tas
(ju
ta t
on
)
Tahun
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
terdiri dari harga tanah dan gedung, kemungkinan perluasan pabrik, tersedianya
air yang cukup, peraturan daerah setempat, keadaan masyarakat setempat, iklim
dan keadaan tanah.
Berdasarkan pertimbangan-pertimbangan tersebut lokasi pabrik ditentukan
di daerah Sangatta, Kalimantan Timur (Gambar 1.4) karena (1) bahan baku
pembuatan hidrogen ini menggunakan batu bara berjenis bituminous (Prima) hasil
pertambangan PT. Kaltim Prima Coal Indonesia di Kalimantan Timur yang
mudah didapatkan dan tersedia dalam jumlah besar untuk pemenuhan kebutuhan
pabrik, sehingga proses dapat berlangsung secara kontinyu, harga bahan baku
lebih murah dibandingkan dengan harga bahan baku yang lain dan sesuai dengan
proses yang ada. Berdasarkan data PT. Kaltim Prima Coal, dari penambangan
batu bara dihasilkan sebanyak 40.300.000 ton pada tahun 2009 dan diperkirakan
selalu naik tiap tahun. (2) Tenaga kerja mudah didapatkan yang berasal dari
masyarakat sekitar maupun didatangkan dari luar daerah. (3) Kebutuhan air proses
diambil dari air laut dikarenakan lokasi pabrik dekat dengan Selat Makassar
sedangkan air minum karyawan terpenuhi dari perusahaan air minum setempat.
(4) Kebutuhan listrik didapatkan dari PLN dan diesel generator sebagai cadangan
apabila listrik dari PLN mengalami gangguan sedangkan bahan bakarnya
diperoleh dari Pertamina. (5) Selama ini bencana banjir, gunung meletus, atau
bencana alam lainnya belum pernah menimpa daerah Sangatta selain itu memiliki
akses baik dan memadai dalam berbagai keperluan seperti sarana transportasi,
energi, keamanan lingkungan, faktor sosial, serta perluasan pabrik.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5
Gambar 1.4 Peta lokasi pendirian pabrik
1.4 Tinjauan Pustaka
1.4.1. Macam-macam Proses Pembuatan Hidrogen
Hidrogen dapat disintesa dengan berbagai macam metode dan bahan baku,
yaitu :
1. Steam reforming
Bahan baku proses ini adalah steam dan gas alam. Proses ini sekarang
banyak digunakan tetapi untuk kelangsungannya terhambat pada ketersediaan gas
alam. Sesuai data tahun 2011 dari Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral
(ESDM) cadangan gas alam semakin menipis dari tahun 2000 sampai 2009 terjadi
penurunan sebesar 170 TSCF menjadi 160 TSCF. Proses ini bersifat endotermis,
Lokasi Pabrik
PT. KPC
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
memerlukan panas sebesar 206 kJ/mol (Persamaan (1.1)). H2 dipisahkan dari CO
dengan menggunakan shift converter dan PSA ( Pressure Swing Adsorption).
CH4 + H2O CO + 3H2 (1.1)
(Austin,1984)
2. Partial oxidation
Proses ini lebih ekonomis dan lebih bersifat eksotermis sebesar 249 kJ/mol
(Pers. (1.2)) dibandingkan dengan steam reforming. Bahan bakunya adalah gas
alam dan fuel oil tapi ketersediannya juga semakin menipis dari tahun 2000
sebesar 9,61 milyar barel menjadi 8 milyar barel pada tahun 2009 (ESDM).
CH4 + ½ O2 CO + 2H2 (1.2)
(Austin,1984)
3. Elektrolisa air
Pembuatan hidrogen dengan proses ini berbahan baku air dengan bantuan
energi listrik dan larutan elektrolit NaOH 15% , menghasilkan O2 sebagai produk
samping. Katoda yang digunakan adalah besi sedangkan anoda yaitu nikel
berlapis besi. Proses ini membutuhkan energi listrik tinggi sebesar 2 sampai 2,25
volt maka tidak cocok digunakan untuk skala yang besar karena tidak ekonomis.
H2O electricity H2 + ½ O2 (1.3)
(Austin,1984)
4. Biological process
Hidrogen dapat diproduksi dengan cara fermentasi dari biomassa (tongkol
jagung, sekam padi, cangkang sawit, dan kayu karet) dengan bantuan
mikroorganisme diantaranya dari genus enterobacter, clostridium, thermotoga,
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
thermoanaerobacter, pyrococcus, thermococcus dan caldicellulosiruptor.
Kekurangan dari proses ini yaitu bahan baku bersaing dengan bahan pangan, yield
hidrogen yang dihasilkan kecil yaitu 10%-20% dan harga mikroorganisme
cenderung mahal maka kurang cocok digunakan pada skala besar.
C6H10O5 + 7 H2O → 12 H2 + 6 CO2 (1.4)
5. Gasifikasi biomassa
Gasifikasi biomassa adalah proses konversi biomassa dari fasa solid
menjadi fasa gas dengan komposisi kimia yaitu CO, CH4, CO2, H2O dan H2.
Campuran gas-gas tersebut biasa disebut sebagai gas sintetis (syngas). Pada
pembuatan hidrogen dibutuhkan pemisahan hidrogen dari gas sintetis. Kualitas
biomassa sebagai bahan baku gasifikasi sangat bervariasi yang ditentukan oleh
jenis, lokasi dan iklim biomassa berasal (Higman, 2008).
6. Gasifikasi batu bara
Seperti halnya gasifikasi biomassa, gasifikasi batu bara juga menghasilkan
gas sintetis. Pembuatan hidrogen pada proses ini juga memerlukan pemisahan
hidrogen dari gas sintetis. Di Indonesia, cadangan batu bara besar (lihat kembali
Gambar 1.2) dan diproduksi secara besar (lihat kembali Gambar 1.3). Jadi
ketersedian bahan baku pada proses ini dapat terjaga. Hasil samping dalam proses
ini adalah CO2 (karbondioksida) yang dapat diproses lagi menjadi produk dry ice
(es kering) yang dapat menambah keuntungan (Higman, 2008).
Dari proses-proses pembuatan hidrogen yang ada, maka gasifikasi batu
bara dipilih sebagai proses pembuatan hidrogen dalam pendirian pabrik ini dengan
alas an ketersediaan bahan baku batu bara mencukupi proses jangka panjang dan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
hasil samping dalam proses ini adalah CO2 (karbondioksida) yang dapat diproses
lagi menjadi produk dry ice (es kering) yang dapat menambah keuntungan.
1.4.2 Kegunaan Produk
Kegunaan dari hidrogen sebagai bahan baku pembuatan ammonia, bahan
bakar alternatif, startup cracking, perengkahan fraksi-fraksi minyak bumi
(hidrocracking), hidrogenasi, proses hidrodesulfurisasi dan bahan baku berbagai
zat kimia lainnya.
Produk samping karbondioksida sebgai bahan baku pembuatan urea, dry
ice, pemadam kebakaran dan bahan kimia lain. Sedangkan slag hasil bawah
gasifier dapat digunakan sebagai resin ion exchanger dan bahan additif pada
aspal.
1.4.3 Sifat Fisika dan Kimia
1.4.3.1 Sifat fisika dan kimia bahan baku
1. Batu bara (Bituminous)
a. Sifat Fisika
Nilai kalor : 6100-7100 kcal/kg
Bulk density : 1346 kg/m³
b. Sifat Kimia
Karbon : 60-80% (w/w)
Kadar air : 5-10% (w/w)
(www.wikipedia.com,2011)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9
2. Air
a. Sifat Fisika
Rumus Molekul : H2O
Berat Molekul : 18,02 g/mol
Warna : tidak berwarna (jernih)
Titik Didih (1 atm) : 100 oC
(Perry, 2007)
b. Sifat Kimia
Pelarut kimia yang baik (paling sering digunakan).
Merupakan reagen penghidrolisa pada reaksi hidrolisa.
Memiliki sifat netral (pH 7)
(www.uk.airliquid.com,2011)
3. Oksigen
a. Sifat Fisika
Rumus Molekul : O2
Berat Molekul : 31,9988 g/mol
Warna : Tidak berwarna
Titik Didih : -183 oC
(Perry, 2007)
b. Sifat Kimia
Pengoksidasi yang sangat reaktif
Pemisahan dari udara dengan cara liquifikasi dan distilasi
(www.uk.airliquid.com,2011)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
1.4.3.2 Sifat fisis dan kimia produk
1. Hidrogen
a. Sifat Fisika
Rumus Molekul : H2
Berat Molekul : 2,016 g/mol
Titik Didih (1 atm) : -253 oC
Densitas (15 oC,1 atm) : 0.085
kg/m
3
(Perry, 2007)
b. Sifat Kimia
Bereaksi dengan oksigen menghasilkan H2O :2 H2 + O2 2 H2O
Sangat mudah terbakar dan meledak pada suhu temperature 560 oC
Akan terbakar pada konsentrasi serendah 4% H2 di udara bebas.
(www.uk.airliquid.com)
2. Karbon dioksida
a. Sifat Fisika
Rumus Molekul : CO2
Berat Molekul : 44,01 g/mol
Titik Beku (1 atm) : -78,5 oC
Densitas (15 oC, 1 atm) : 1,87
g/ml
(Perry, 2007)
b. Sifat Kimia
Tidak dapat terbakar.
Dalam konsentrasi yang tinggi ( >10.000 ppm ) bersifat racun
(www.uk.airliquid.com,2011)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum
Batu bara merupakan batuan hidrokarbon padat yang terbentuk dari
tumbuhan dalam lingkungan bebas oksigen, serta terkena pengaruh tekanan dan
panas yang berlangsung sangat lama. Berdasarkan tingkat proses pembentukannya
yang dikontrol oleh tekanan, panas dan waktu, batu bara umumnya dibagi dalam
empat kelas yaitu antrasit, bituminus, sub bituminous dan lignit (Tabel 1.1)
Tabel 1.1 Klasifikasi batu bara Indonesia (ESDM,2010)
Kategori Kadar Air Nilai Kalori ( Kcal/kg)
Antrasit 1%-3% >7100
Bituminus 5%-10% 6100-7100
Sub Bituminus 10%-25% 5100-6100
Lignit 30%-45% < 5100
Pada tahun 2006, jumlah sumberdaya batu bara Indonesia tercatat
sebanyak 90.451,87 juta ton. Dari jumlah tersebut sebanyak 67% berupa batu bara
dengan kalori sedang, 22% berupa batu bara dengan kalori rendah, 10% berupa
batu bara dengan kalori tinggi dan 1% berupa batu bara dengan kalori sangat
tinggi.
Batu bara Indonesia tergolong batubara bersih dengan kandungan abu
<5% dan kandungan sulfur yang rendah (<1%), sehingga tidak terlalu mencemari
lingkungan. Karakteristik tersebut membuat batu bara Indonesia mampu bersaing
di dunia perdagangan Internasional. Batu bara Indonesia yang memiliki kalori
tinggi sebagian besar diekspor ke luar negeri, sedangkan batu bara peringkat
rendah dan sedang dipergunakan sebagai sumber energi pembangkit tenaga listrik
maupun sebagai bahan bakar pada berbagai industri di Indonesia, seperti industri
semen, teksil maupun pupuk (ESDM,2010).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
Salah satu pemanfaatan batu bara melalui gasifikasi. Gasifikasi terdiri dari
empat proses, yaitu pengeringan, pirolisis, oksidasi, dan reduksi. Proses
pengeringan, pirolisis, dan reduksi bersifat menyerap panas (endotermik),
sedangkan proses oksidasi bersifat melepas panas (eksotermik).
Tahapan prosesnya ialah sebagai berikut (lihat juga Gambar 1.7.):
1. Tahap pengeringan. Akibat pengaruh panas, batu bara mengalami
pengeringan pada temperatur sekitar 100oC.
2. Tahap pirolisis. Bila temperatur mencapai 250oC, batu bara mulai mengalami
proses pirolisis yaitu perekahan molekul besar menjadi molekul-molekul
kecil akibat pengaruh temperatur tinggi. Proses ini berlangsung sampai
temperatur 500oC. Hasil proses pirolisis ini adalah arang, uap air, uap tar, dan
gas-gas.
3. Tahap reduksi. Pada temperatur di atas 600oC arang bereaksi dengan uap air
dan karbon dioksida sehingga terbentuk hidrogen dan karbon monoksida
sebagai komponen utama gas hasil.
4. Tahap oksidasi. Sebagian kecil batu bara atau hasil pirolisis dibakar dengan
udara sehingga menghasilkan panas yang diperlukan oleh ketiga tahap
tersebut di atas. Proses oksidasi (pembakaran) ini dapat mencapai temperatur
1200oC, yang berguna untuk proses perekahan tar lebih lanjut.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
Gambar 1.5 Prinsip proses gasifikasi (Pranolo, 2010)
Atas dasar laju alir fluida, jenis-jenis gasifier dapat dikelompokkan
menjadi tiga jenis yaitu moving bed, fluidized bed dan entrained flow gasifier
(lihat Tabel 1.1 dan Tabel 1.2).
Tabel 1.2 Perbandingan karakteristik gasifier (Higman, 2008)
Kategori Moving Bed Fluid-Bed Entrained-
Flow
Tipe Proses Lurgi BGL Winkler,
HTW,
KBR, CFB,
HRL
KRW, U-
gas
Shell,
GEE,
Siemens,
E-gas
Kondisi Abu Dry bottom Slagging Dry ash Agglomer
ating
Slagging
Ukuran
Umpan
6–50 mm 6–50 mm 6–10 mm 6–10 mm <100 μm
Temperatur
Gas Keluar
(425–650°C) (425–650°C) (900–
1050°C)
(900–
1050°C)
(1250–
1600°C)
Karaketristik
lain
Banyak
senyawa
hidrokarbon
dalam syngas
Banyak
senyawa
hidrokarbon
dalam syngas
Konversi
karbon
rendah
Konversi
karbon
rendah
Konversi
karbon
tinggi
Oksidasi
+ 1200 oC
gas panas:
CO2, H2O, N2,
dll.
H2O
arang, tar, H2O
bahan bakar
kering
panas
panas
panas Pengeringan
100 – 200 oC
Pirolisis
200 – 500 oC
Reduksi
+ 800 oC
bahan bakar udara,
oksigen atau
uap air
gas produser:
CO, H2, CH4
CO2, H2O, N2.
arang,
abu
abu
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
Tabel 1.3 Karakteristik berbagai jenis gasifier (Kuncoro,2009)
Didasarkan pada kelebihan nya maka pada perancangan pabrik hidrogen
ini dipilih gasifikasi batu bara dengan metode entrained flow bed dengan kondisi
operasi sesuai Tabel 1.2 dan Tabel 1.3.
Moving beds Fluid beds
Entrained beds Co-
current
Counter
current Bubbling Circulating
Suhu °C 700-
1200 700-900 Intermediete Intermediete ± 1500
Tar Rendah Tinggi Sedang Sedang Tidak ada
Kontrol Mudah Paling
Mudah Sedang Sedang Kompleks
Skala < 5 MW < 20 MW 10 – 100 MW > 20 MW >100 MW
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
BAB II
DESKRIPSI PROSES
2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk
Sifat-sifat fisika dan kimia dari bahan baku yang digunakan dapat dilihat
pada Tabel 2.1 di bawah.
Tabel 2.1 Sifat fisika dan kimia bahan baku
Senyawa Sifat fisis Sifat Kimia
Batu bara
(Bitomious)*
Nilai kalor: 26,750 kJ/kg
HGI : 46
Proximate analysis (adb)
Kadar air : 5,0%
Kadar abu : 5,0%
Bahan mudah menguap : 41,0%
Fixed carbon : 49,0%
Ultimate analysis (daf)
Karbon : 80,00%
Hidrogen : 5,53%
Nitrogen : 1,6%
Belerang : 0,67%
Oksigen : 12,20%
O2** Fase : Cair
Berat molekul :31,99 g/mol
Titik didih : -183 oC
Kemurnian : 99% (% v/v)
Pengoksidasi yang sangat
reaktif
Pemisahan dari udara dengan
cara liquifikasi dan distilasi
H2O** Berat molekul :
18,02 g/mol
Densitas (25 oC) :
1,027 g/cm3
Impuritas :
Silika ≤ 0,02 ppm
Oksigen ≤ 1 ppm
Kesadahan : ≤ 70 ppm
Pelarut kimia yang baik
(paling sering digunakan).
Merupakan reagen pada reaksi
hidrolisa
Memiliki sifat netral (pH 7)
*sumber : www.kaltimprimacoal.com,2011
**sumber : www.uk.airliquid.com,2011
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
Sifat-sifat fisika dan kimia dari bahan baku yang digunakan dapat dilihat
pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Sifat fisika dan kimia produk
Senyawa Sifat fisis Sifat Kimia
H2**
Fase : Cair
Berat molekul : 2,016 g/mol
Densitas (15 oC) :0,085
kg/m
3
Titik didih (1 atm) :-253 oC
Kemurnian :
≥ 99,999% (% v/v)
Impuritas : O2 ≤ 2 vpm
N2 ≤ 5vpm
H2O ≤ 3 vpm
THC ≤ 0.5 vpm
CO2 ≤ 0.5 vpm
CO ≤ 0.5 vpm
Bereaksi dengan
oksigen menghasilkan
H2O (air)
2 H2 + O2 2H2O
Sangat mudah terbakar
dan meledak padasuhu
temperatur 560 oC
Akan terbakar pada
konsentrasi serendah
4% H2 di udara bebas.
CO2** Fase : Gas
Berat molekul: 44,01 g/mol
Titik Beku (1 atm): -78,5 oC
Densitas (15 oC) : 1,87
g/ml
Suhu penyimpanan :
-109.3 oC
Tidak dapat terbakar.
Dalam konsentrasi yang
tinggi (>10.000 ppm)
bersifat racun
**sumber : www.uk.airliquid.com,2011
2.2 Konsep Reaksi
Pada sub bab ini akan dibahas mengenai konsep reaksi gasifikasi batubara
ditinjau dari dasar reaksi, kondisi operasi, mekanisme reaksi, termodinamika dan
kinetika yang terjadi.
2.2.1 Dasar Reaksi
Pada proses gasifikasi karbon padat dari batu bara maupun biomassa
terjadi proses reaksi kimia yang menghasilkan karbon dan gas CO, CO2, CH4,
H2O yang didapat dari reaksi-reaksi berikut.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17
Reaksi pembakaran,
C + ½ O2 → CO ΔHf = −111 MJ/kmol (2.1)
CO + ½ O2 → CO2 ΔHf = −283 MJ/kmol (2.2)
H2 + ½ O2 → H2O ΔHf = −242 MJ/kmol (2.3)
Reaksi Boudouard,
C + CO2 2 CO ΔHf = +172 MJ/kmol (2.4)
water gas reaction,
C + H2O CO+H2 ΔHf = +131 MJ/kmol (2.5)
dan reaksi metanasi,
C + 2 H2 CH4 ΔHf = −75 MJ/kmol (2.6)
Pada reaksi pembakaran diasumsikan terjadi reaksi sempurna, sehingga
tidak diperhitungkan dalam komposisi kesetimbangan gas sintesis. Reaksi
Boudouard, water gas reaction, dan reaksi metanasi dapat disederhanakan
menjadi reaksi CO shift reaction dan reaksi steam methane reforming.
CO shift reaction:
CO + H2O CO2 + H2 ΔHf = − 41 MJ/kmol (2.7)
dan reaksi steam methane reforming:
CH4 + H2O CO+ 3 H2 ΔHf = + 206 MJ/kmol (2.8)
(Higman, 2008)
Sedangkan pada water gas shift reactor (WGSR) reaksi yang terjadi adalah:
CO + H2O CO2 + H2 ΔHf = − 41 MJ/kmol (2.9)
(Smith,2010)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
2.2.2 Kondisi Operasi
Reaksi dalam pembuatan hidrogen dengan gasifikasi batu bara ini
berlangsung dalam 2 tahap proses utama, yaitu:
1. Pembentukan gas hidrogen pada gasifier
Reaksinya :CO + H2O CO2 + H2 dan CH4 + H2O CO+ 3 H2
- Temperatur : 1550 K
- Tekanan : 3000 kPa
- Fase : gas-padat
- Sifat reaksi : eksotermis
- Reaktor : entrained flow
- Kondisi reaksi : non isotermal, non adiabatis
(DOE,2003)
2. Pembentukan gas hidrogen tambahan pada WGSR
Reaksinya : CO + H2O CO2 + H2
- Temperatur : 573 K
- Tekanan : 2700 kPa
- Fase : gas
- Katalis : cobalt-mollybdenum
- Sifat reaksi : eksotermis
- Reaktor : fixed bed multitube
- Kondisi reaksi : adiabatis
- Konversi CO : 95-98%
(Cormos,2008)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
19
2.2.3 Mekanisme Reaksi
Mekanisme reaksi gasifikasi dibagi menjadi 3 fase:
1. Fase pemanasan cracking, yaitu fase hidrokarbon mengalami cracking
pada suhu tinggi dan terbentuk menjadi senyawa yang lebih ringan.
2. Fase Reaksi, yaitu bereaksinya hidrokarbon dengan oksigen bersifat
eksotermis.
3. Fase Soaked/Penyelimutan, pada fase ini suhu reaksi sangat tinggi dan
terbentuk CO dan H2.
(Higman, 2008)
Sedangkan mekanisme reaksi di WGSR :
1. Tahap adsorpsi CO dan H2O di permukaan katalis
2. Tahap reaksi CO dan H2O membentuk CO2 dan H2 di permukaan katalis
3. Tahap desorpsi CO2 dan H2
Reaksinya adalah :
CO (g) → CO (ads) (2.10)
H2O (g) → H2O (ads) (2.11)
CO (ads) +H2O (ads) → CO2 (ads) + H2 (ads) (2.12)
CO2 (ads) → CO2 (g) (2.13)
H2 (ads) → H2 (g) (2.14)
(Smith,2010)
2.2.4 Tinjauan Termodinamika
Reaksi gasifikasi berlangsung secara eksotermis, dan reaksi tersebut dapat
berlangsung jika harga ∆Go benilai negatif (-) untuk tiap reaksi.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
Tabel 2.3 Harga ∆Go reaksi gasifikasi
Reaksi ∆Go
CO + H2O CO2 + H2 -27,41 kJ/mol
CH4 + H2O CO2 + 3 H2 -113,85 kJ/mol
Sedangkan pada WGSR adalah:
CO + H2O CO2 + H2 ∆Go = -28618 kJ/mol (2.15)
(Yaws,1999)
2.2.5 Tinjauan Kinetika
Kinetika reaksi proses gasifikasi secara umum adalah sebagai berikut (Barea, 2010):
ra = Kecepatan reaksi (kmol.m-3
s-1
)
c1 = c2 = Konsentrasi reaktan (kmol.m-3
)
A = Konstanta arhenius (m3 kmol
-1 s
-1)
Ea = Energi aktivasi (kJ/mol)
R = Tetapan gas (8,205 x 10-5
m3.atm/kmol.K)
T = Temperatur (K)
dengan asumsi-asumsi sebagai berikut:
1. Biomassa dan batu bara sama-sama berfase padat dan memiliki komposisi
yang sama yaitu C, H, O, N dan S maka dapat diasumsikan sejenis/sama.
2. Gasifikasi untuk biomassa dan batu bara digunakan metode yang hampir
sama maka metode yang digunakan diasumsikan sama.
3. Reaksi yang terjadi pada gasifikasi biomassa dan batu bara diasumsikan sama
karena produk yang dihasilkan sama–sama syngas (H2, CO, CH4, CO2 dan
H2O).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
4. Kinetika reaksi gasifikasi adalah fungsi temperatur, maka kinetika reaksi
dapat digunakan untuk gasifikasi biomassa maupun batu bara, yang
membedakan ialah temperatur operasinya.
Tabel 2.4 Persamaan laju reaksi
Reaksi Persamaan Laju Reaksi
CO + ½ O2 → CO2
H2 + ½ O2 → H2O
CH4 + ½ O2 → CO + 2 H2
CH4 + 1,5 O2 → CO + 2 H2O
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
CO + H2O CO2 + H2
(
)
CH4 + H2O CO2 +3H2
Pada proses Parson, produksi 1 lb/jam hidrogen dibutuhkan 8,4 lb/jam batu bara.
sedangkan proses NREL, membutuhkan 14, 2 lb/jam batu bara. (DOE,2003)
Pada reaktor gasifikasi pengurangan ukuran diameter/partikel batu bara
digunakan persamaan reaksi sebagai berikut:
Dengan rBB = -N . . dp2 . k’BB (Ballester dan Jimenez, 2005)
N = .).(
M . n 6.
3
BBBB
prhopd oo (Ballester dan Jimenez, 2005)
k’BB = A’BB. exp ( .
E- BB
TR) (Ballester dan Jimenez, 2005)
Harga A’BB = Konstanta arhenius (5,97 – 6,13 m/s, diambil rata-rata yaitu
6,05 m/s)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
BBE = Energi aktivasi (36.000 - 42.000 kJ/kmol diambil rata-rata yaitu
39.000 kJ/kmol)
R = Tetapan gas ideal (8,314 kJ/kmol.K)
T = Temperatur reaktor (1550 K)
k’BB = Konstanta kecepatan pengurangan ukuran partikel batu bara pada
reaksi gasifikasi (m/s)
N = Banyaknya partikel batu bara yang bereaksi
Sedangkan persamaan kecepatan reaksi untuk reaksi di WGSR adalah
sebagai berikut :
Reaksi di WGSR :
Persamaan kecepatan reaksinya :
Dengan:
k = Konstanta kecepatan reaksi (2,00x106exp(-67,1/RT))
( ⁄ )
Ka,CO= Konstanta kecepatan reaksi pembentukan CO (8,23 x 10-5
exp(70,65/RT))
Ka,H2 = Konstanta kecepatan reaksi pembentukan H2 (6,12 x 10-9
exp(82,9/RT))
Ka,H2O= Konstanta kecepatan reaksi pembentukan H2O (1,77 x 105exp(88,68/RT))
r = kecepatan pembentukan hidrogen per satuan massa katalis (mol/detik.kg)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
k = konstanta kecepatan reaksi (mol/detik.kg)
P(i) = Tekanan Parsial komponen i
T = Suhu (K)
R = Konstanta Gas (8,314 J/mol.K)
(Smith,2010)
2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses
2.3.1 Diagram Alir Proses
Diagram alir prarancangan pabrik Hidrogen melalui gasifikasi Batu Bara
dapat ditunjukan dalam tiga macam, yaitu :
a. Diagram alir proses (Gambar 2.1)
b. Diagram alir kualitatif (Gambar 2.2 )
c. Diagram alir kuantitatif ( Gambar 2.3 )
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
DIAGRAM ALIR PROSES PRA RANCANGAN PABRIK HIDROGEN MELALUI
GASIFIKASI BATU BARA KAPASITAS 25.000 TON/TAHUN
Digambar Oleh :
Dosen Pembimbing:
Dr. Sunu Herwi Pranolo
Ir. Endang Mastuti
WISNU INDRIYANTO ( I 0507014 )
AGUSTA ALI AKBAR ( I 0507018 )
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
2011
Diagram Alir Proses Pra Rancangan
Pabrik Hidrogen melalui Gasifikasi
Batu Bara Kapasitas 25.000 ton/tahun
FC : PENGONTROL LAJU ALIR
PC : PENGONTROL TEKANAN
TC : PENGONTROL TEMPERATUR
PIC : INDIKATOR TEKANAN
KETERANGAN
ABS : ABSORBER
ACC : AKUMULATOR
C : KOMPRESOR
CD : KONDENSER
HE : PENUKAR PANAS
M : MIXER
P : POMPA
PSA : PRESSURE SWING
ADSORBTION
R : REAKTOR
RB : REBOILER
REG : REGENERATOR
RM : ROLLER MILL
SC : SCREW CONVEYOR
T : TANGKI
TR : TRUK
V : VALVE
WHB : WASTE HEAT BOILER
ALAT UTAMA UTILITAS SIMBOL INSTRUMENTASI
: Elektrik
: Mekanik
: Pneumatik
: Nomor Arus
: Suhu,oC
: Tekanan, Atm
: Trottle Valve
W : AIR
S : STEAM
9
-160
3
7
35
14
35,20
157,78
400
35
572,72
1
35
2
1.1
1
35
3
1.2
35
4
1.2
35
5
30
1720
7
27
1038
6
35
700
243
31
194,20
14
24
40.56
12
27
260
10
35
85
27
458,56
11
35
35
85
35
226,85
20
40
40
39
20
40
18
23
40
151,85
80
21
40
200
50
3520
40
19
2
95,35
300
1.85
80
1,16
21
16
21
21
17
1
35
1
4028
35,40
43
35,52
1
8
35
9
24,7
194,17
13
88,43
570
2.1
100,53
20
35
40 80
570
570
40
T-01
V-01
C-03C-01 C-02
HE-01
SC-01
P-01
RM-01
RM-02
M-01
P-02
P-16
P-16a
P-15
P-15a
Stage 1
R-01
Stage 2
R-01
Stage 1
R-01a
Stage 2
R-01a
R-02
HE-02
WHB-01
P-03
W In
W Out
C-04
HE-03
W In
W Out
W In
W Out
CD-01
ABS-01
REG-01
W In
W Out
W In
W Out
HE-04
HE-06
HE-05
CD-02
W In
W Out
RB-01
S Out
S Out
S In
S In
V-02
S In
S Out
P-08
P-06
P-07
P-09
P-10
P-11
P-12
ACC-01
PSA-01 PSA-04PSA-03PSA-02
T-02
T-03TR-01
TC
TC
TC
TC
TC
TC
TC
TC
TC
TC
TC
TC
TC
PIC
PIC
PC PCPC
PC
FC
LC
LC
TC
FC
FC
W In
Komponen
Arus (Kg/Jam)
Arus 1
Arus 2
Arus 3
Arus 4
Arus 5
Arus 6
Arus 7
Arus 8
Arus 9
Arus 10
Arus 11
Arus 12
Arus 13
Arus 14
Arus 15
Arus 16
Arus 17
Arus 18
Arus 19
Arus 20
Arus 21
Arus
22
Batu Bara 29.054 - - 6.392 22.662 - - - - - - - - - - - - - - - -
O2 - - 23.447 2.712 9.614 - - - - - - - - - - - - - - - -
H2O - 12.326 - - - - - - 31.669 185 11 11 185 185 - 217.075 217.075 217.075 - - -
- - - 39.214 10.065 9.659 548 548 9.659 9.659 - - - - - - -
CO2
- - - - - - 4.159 236 236 4159 854 3.305 - - - - -
CH4
- - - 14.320 60.200 57.598 3.267 3.267 42.780 42.664 116 2.656 17.473 2.796 14.677 -
N2
-
- - 225 221 214 12 12 214 214 - - - - - -
NH3
- - 533 530 512 29 29 512 461 51 - - - -
Batu bara
COS
- 159 156 - - - - - - - - - -
H2S
- 78 - - - - - - - - - - -
MDEA
- 889 918 870 49 49 - - - - 870 - 870
Slagging
- - - - - - - - 207.722 207.722 207.722 -
CO
- - - - - - - - - - - -
Jumlah 9.104 32.276 66.071 109.189 74.247 4.211 4.211 58.560 55.087 3.472 427.453 443.140 427.593 15.547
H2
29.054
---
-
-
-
-
12.326
-
-
-
-
-
-
-
-
23.447
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Waste
Water
24
65
22
7327
2.234
Ar - 1093 1.099 1050 60 60 1050 1.050 - - - - - - -
: Gate Valve
-
- -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
2.967
2.967
54.330
-
54.330
-
--
-
-
-
-
-
43.117
-
43.117
--
-
-
-
-
-
-
-
78
889
7327
2.234
39.214
14.320
1093
225
533
159
-
-
66.071
4.332
-
-
-
30.730
-
-
-
-
-
-
-
30.730
W In
Oksigen
MDEA In
Fuel Gas
Purge Gas
Gambar 2.1 Diagram Alir Proses
24
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25
R-01 PSA-01ABS-01CD-01R-02 REG-01
BATU BARA
P= 1 atm
T= 35oC
H2O P = 1 atm
T = 35oC
O2 P = 43 atm
T = 158oC
CO
H2
CO2
CH4
Ar
H2O
N2
NH3
COS
H2S P = 27 atm
T = 260oC
H2O P = 35 atm
T = 573oC
CO
H2
CO2
CH4
Ar
H2O
N2
NH3
COS
H2S P = 27 atm
T = 458oC
H2O P = 24 atm
T = 65oC
CO
H2
CO2
CH4
Ar
H2O
N2
H2S P = 31 atm
T = 194oC
SiO2 P = 30 atm
T = 1720oC
CO
H2
CO2
CH4
Ar
H2O
N2
P =2 atm
T = 95oC
CO2
H2O
MDEA
P = 24 atm
T = 40oC
CO
H2
CO2
CH4
Ar
H2O
N2
H2S P = 24 atm
T = 40oC
CO2
H2S P = 1,85 atm
T = 80oC
CO
H2
CO2
CH4
Ar
H2O
N2
P = 23 atm
T =40oC
CO
H2
CO2
CH4
Ar
H2O
N2
P = 1,16 atm
T = 21oC
H2
CO2
N2 P = 21 atm
T = 21oC
Gambar 2.2 Diagram Alir Proses Kualitatif
25
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26
R-01 PSA-01ABS-01CD-01R-02 REG-01Arus 1(kg/jam)
BATU BARA=29.054
Arus 2(kg/jam)
H2O = 12.326
Arus 3 (kg/jam)
O2 = 23.447
Arus 5 (kg/jam)
CO =39.214
H2 =2234
CO2 =14.320
CH4 =225
Ar =1093
H2O =7.327
N2 =533
NH3 =159
COS =78
H2S =889
Arus 6 (kg/jam)
H2O = 43.117
Arus 8 (kg/jam)
H2O = 30.730Arus 4 (kg/jam)
SiO2 = 2.967
Arus 13 (kg/jam)
CO2 = 17.473
H2O = 217.075
H2S= 870
MDEA = 207.722
Arus 11 (kg/jam)
CO2 = 2.656
H2O = 217.075
MDEA = 207.722 Arus 14 (kg/jam)
CO2 = 14.678
H2S = 870 Arus 16 (kg/jam)
CO = 9.659
H2 = 854
CO2 = 42.264
CH4 = 214
Ar = 1050
H2O = 185
N2 = 461
Arus 15 (kg/jam)
H2 = 3.305
CO2 = 116
N2 = 51
Arus 7 (kg/jam)
CO =10.065
H2 =4332
CO2 =60.200
CH4 =221
Ar =1099
H2O =31.669
N2 =530
NH3 =156
H2S =918
Arus 10 (kg/jam)
CO =548
H2 =236
CO2 =3.267
CH4 =12
Ar = 60
H2O =11
N2 = 29
H2S =849
Arus 9 (kg/jam)
CO = 9.659
H2 =4159
CO2 =57.598
CH4 =214
Ar =1050
H2O =185
N2 =512
H2S =870
Arus 12 (kg/jam)
CO = 9.659
H2 = 4159
CO2 = 42.780
CH4 = 214
Ar = 1.050
H2O = 185
N2 = 512
Gambar 2.3 Diagram Alir Proses Kuantitatif
26
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
27
2.3.2 Tahapan Proses
Proses pembuatan hidrogen dari gasifikasi batu bara dapat dibagi menjadi
3 tahap, yaitu :
1. Tahap penyiapan bahan baku
2. Tahap pengolahan (proses)
3. Tahap pemurnian produk (finishing)
1. Tahap Penyiapan Bahan Baku
Sebelum masuk reaktor batu bara dikecilkan ukurannya menggunakan
roller crusher sampai ukuran 100 µm agar sesuai dengan persyaratan reaktor.
Setelah batu bara sesuai dengan persyaratan yang diinginkan untuk umpan reaktor
maka batu bara dikeluarkan dari roller crusher dan dicampur air sebelum masuk
ke dalam reaktor/gasifier.
2. Tahap Pengolahan (Proses)
Campuran batu bara dan air diumpankan masuk ke dalam gasifier. Gasifier
yang dipakai ialah jenis Entrained Flow Gasifier. Gasifier ini bekerja pada
kondisi operasi 1550 K dengan tekanan 3000 kPa. Media gasifikasi yang dipakai
adalah oksigen dengan kemurnian 99% (v/v). Dalam gasifier terjadi pembentukan
syngas (H2, CO, CO2, H2O dan CH4) dan terbentuk slagging. Kemudian syngas
yang dihasilkan didinginkan sampai bersuhu 300 °C.
3. Tahap Pemurnian Produk
Setelah didinginkan, steam diinjeksikan ke dalam aliran syngas. Campuran
steam dan syngas masuk shift converter dan mengubah CO yang ada menjadi
CO2. Untuk penghilangan H2S dan CO2 yang terdapat pada syngas dilakukan pada
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28
absorber (acid gas removal). Syngas masuk ke dalam absorber pada 2200 kPa dan
314 K. Dalam absorber, H2S bersama CO2 dipisahkan dari aliran gas dengan
menggunakan MDEA sebagai absorben. Solven MDEA tersebut akan
diregenerasi dalam sebuah regenerator.
Kemudian dari absorber aliran gas yang telah dipisahkan dari CO2 dan
H2S masuk dalam Pressure Swing Adsorber (PSA) untuk pemurnian gas dari
pengotor yang masih tersisa. PSA ini memiliki prinsip adsorbsi gas yang
bertekanan. PSA dilengkapi bed adsorben untuk adsorbsi gas yang bertekanan
tinggi. Hidrogen dari PSA memiliki kemurnian sebesar 99,99%. Hidrogen yang
telah dimurnikan tersebut disimpan dalam fase cair mengunakan tangki berbentuk
bola.
Dalam perhitungan neraca massa, bahan baku batu bara yang dibutuhkan
29,05 ton/jam, oksigen sebanyak 23,45 ton/jam dan air 12,33 ton/jam, untuk
produksi hidrogen sebanyak 3,47 ton/jam, sehingga produk hidrogen dalam satu
tahun mencapai 25.000 ton. Perhitungan neraca massa total dapat dilihat pada
Tabel 2.5 dan perhitungan neraca panas total pada Tabel 2.6.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
29
Tabel 2.5. Neraca massa total
Komponen Input (ton/jam) Output (ton/jam)
Batu bara 29,05
Oksigen (O2) 23,45
Air (H2O) 12,33
Uap air (H2O) 43,12
Recycle 4,21 4,21
Slagging (SiO2) 2,97
Waste water 30,73
Acid gas 17,46
Karbonilsulfid (COS) -
Hidrogen sulfida (H2S) 0,8743
Hidrogen (H2) 0,0016
Karbon dioksida (CO2) 16,54
Karbon monoksida (CO) 7,67
Uap air (H2O) 0,0034
Metana (CH4) -
Argon (Ar) -
Nitrogen (N2) -
Amoniak (NH3) 0,0007
Fuel gas 53,31
Karbonilsulfid (COS) -
Hidrogen sulfida (H2S) 0,0017
Hidrogen (H2) 0,85
Karbon dioksida (CO2) 40,92
Karbon monoksida (CO) 7,67
Uap air (H2O) 0,19
Metana (CH4) 2,15
Argon (Ar) 1,04
Nitrogen (N2) 0,46
Amoniak (NH3) -
Hidrogen 3,47
Karbonilsulfid (COS) -
Hidrogen sulfida (H2S) -
Hidrogen (H2) 3,31
Karbon dioksida (CO2) 0,12
Karbon monoksida (CO) -
Uap air (H2O) -
Metana (CH4) -
Argon (Ar) -
Nitrogen (N2) 0,051
Amoniak (NH3) -
Total 112,16 112,16
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
30
Tabel 2.6. Neraca panas total
No. ARUS INPUT
(MJ/jam)
OUTPUT
(MJ/jam)
1. Batu bara 400,94
2. Oksigen 2912,16
3. Air umpan Gasifier 515,83
4. Q hv baru bara 777193,27
5. Q reaksi Gasifier 101961,07
6. Q recycle gasifier 4043,38
7. Q Cooler 1 49317,00
8. Q Cooler 2 40914,41
9. Q Shift Converter 43899,95
10. Q reaksi Shift Converter 144196,64
11. Q Condenser 487070,30
12. Q Absorber 3999,58
13. Q PSA 2709,59
1. Slagging 3485,26
2. Q raw gas Gasifier 114730,47
3. Q hv gas keluar gasifier 721323,25
4. Lost Gasifier 47487,69
5. Q air pendingin Cooler 1 49317,00
6. Q steam Cooler 2 40914,41
7. Q pendingin Shift Converter 188096,58
8. Q pendingin Condenser 487070,30
9. Q pendingin Absorber 3999,58
10. Q pendingin PSA 2709,59
Total 1659134,12 1659134,12
2.4 Tata Letak Pabrik dan Peralatan Proses
Tata letak pabrik adalah tempat kedudukan dari seluruh bagian pabrik,
meliputi tempat kerja alat, tempat kerja karyawan, tempat penyimpanan barang,
tempat penyediaan sarana utilitas, dan sarana lain bagi pabrik. Beberapa faktor
perlu diperhatikan dalam penentuan tata letak pabrik, antara lain adalah
pertimbangan ekonomis (biaya konstruksi dan operasi), kebutuhan proses,
pemeliharaan keselamatan, perluasan di masa mendatang.
Bangunan pabrik meliputi area proses, area tempat penyimpanan bahan
baku dan produk, area utilitas, bengkel mekanik untuk pemeliharaan, gudang
untuk pemeliharaan dan plant supplies, ruang kontrol, laboratorium untuk
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
31
pengendalian mutu dan pengembangan, unit pemadam kebakaran, kantor
administrasi, kantin, poliklinik, dan tempat ibadah, area parkir, taman dan sarana
olah raga bagi para pegawai.
Pengaturan letak peralatan proses pabrik harus dirancang seefisien
mungkin. Beberapa pertimbangan perlu diperhatikan yaitu ekonomi, kebutuhan
proses, operasi, perawatan, keamanan, perluasan dan pengembangan pabrik.
Peletakan alat–alat proses harus sebaik mungkin sehingga memberikan biaya
kontruksi dengan operasi minimal. Biaya kontruksi dapat diminimalkan dengan
mengatur letak alat sehingga menghasilkan pemipaan terpendek dan
membutuhkan bahan kontruksi paling sedikit.Peletakan alat harus memberikan
ruangan cukup bagi masing–masing alat agar dapat beroperasi dengan baik,
dengan distribusi utilitas mudah. Peralatan membutuhkan perhatian lebih dari
operator harus diletakkan dekat control room. Valve, tempat pengambilan sampel,
dan instrumen harus diletakkan pada ketinggian tertentu sehingga mudah
dijangkau oleh operator. Peletakan alat proses harus memperhatikan ruangan
untuk perawatan. Misalnya pada Heat Exchanger memerlukan cukup ruangan
untuk pembersihan tube. Peletakan alat–alat proses harus sebaik mungkin, agar
jika terjadi kebakaran tidak ada pekerja terperangkap di dalamnya serta mudah
dijangkau oleh kendaraan atau alat pemadam kebakaran.
Susunan tata letak pabrik harus sangat diperhatiakan sehingga
memungkinkan adanya distribusi bahan–bahan dengan baik, cepat dan efisien. Hal
tersebut akan sangat mendukung kelancaran didalam proses produksi pabrik yang
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
32
dirancang. Sketsa tata letak pabrik dapat dilihat pada Gambar 2.4 dan gambar tata
letak peralatan proses dapat dilihat pada Gambar 2.5.
Skala = 1 : 1000
Keterangan
: Taman
: Arah jalan
Pintu
Darurat
1
2 3 4
5
13
1412
8
7
10
6
9
11
1.Pos Keamanan 8.Area perluasan
2.Kantin 9.Control room
3.Klinik 10.Utilitas
4.Masjid 11.Laboratorium
5.Kantor 12.Gudang
6.Parkir 13.Bengkel
7.Area produksi 14.Safety
190 m
130 m
Gambar 2.4 Tata letak pabrik hidrogen
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
33
T-01
RM-01 RM-02
R-01 R-02CD-01
ABS-01REG-01PSA-01
T-02
Keterangan Gambar :
ABS-01 = Absorber
CD-01 = Condenser 1
PSA-1= Pressure Swing Adsorber
R-01 = Gasifier
R-02 = Shift Converter
REG-01 = Regenerator 1
RM-01 = Roller Mill 1
RM-02 = Roller Mill 2
T-01 = Tangki Oksigen
T-02 = Tangki Hidrogen
SKALA 1: 1000
50 m
10
0 m
Gambar 2.5 Tata letak peralatan proses
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
34
BAB III
SPESIFIKASI ALAT PROSES
Spesifikasi alat proses terdiri dari gasifier, shift converter, absorber,
pressure swing adsorption, boiler dan cooler. Alat–alat tersebut merupakan
peralatan proses dengan tugas masing-masing. Gasifier mempunyai tugas
mereaksikan bahan baku batu bara, air, dan oksigen menjadi syngas sebagai
produk. Syngas hasil keluaran gasifier diturunkan temperaturnya dengan raw gas
cooler. Panas syngas dimanfaatkan untuk pembuatan steam oleh boiler yang
nantinya digunakan sebagai umpan shift converter dan juga pada unit utilitas. Shift
converter berfungsi mereaksikan raw gas/syngas hasil keluaran gasifier dengan
steam. Hasil dari shift converter diumpankan ke absorber/acid gas removal,
penghilangan kadar CO2 dan H2S dilakukan pada alat ini dengan menggunakan
larutan MDEA sebagai absorben. Hasil atas absorber berupa sweet gas dengan
kadar CO2 dan H2S yang kecil. Sedangkan hasil bawah berupa larutan MDEA
dengan sour gas yang memiliki kadar CO2 dan H2S besar. Hasil bawah yang
memiliki kadar CO2 dan H2S tinggi ditampung dan dijual ke perusahaan
pengolahan limbah. Hasil atas dari keluaran absorber dimasukan ke PSA untuk
pemurniaan hidrogen. PSA berfungsi memurnikan hidrogen sampai kadar
99,99%. PSA tersusun dari adsorben-adsroben dalam satu vessel. Hasil keluaran
PSA berupa fuel gas dan hidrogen murni. Dalam fuel gas masih terdapat gas-gas
mudah terbakar, nantinya akan dipurge ataupun dijadikan bahan bakar untuk unit
utilitas. Sedangkan hidrogen murni akan ditampung dalam fase gas dalam tangki.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
35
Selanjutnya akan disalurkan langsung ke konsumen. Selain fungsi masing-masing
alat tersebut akan disebutkan spesifikasi lain seperti jumlah, volume, kondisi
operasi, bahan kontruksi, dan dimensi alat. Hal tersebut tercantum pada Tabel 3.1,
selain dari alat proses pada bab ini dapat pula dilihat spesifikasi tangki
penyimpanan bahan baku dan tangki penyimpanan produk pada Tabel 3.1.
Spesifikasi alat penukar panas (heat exchanger) tercantum pada Tabel 3.2 dan
spesifikasi pompa pada Tabel 3.3.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
36
Tabel 3.1 Spesifikasi alat – alat proses
Nama alat Gasifier Shift Converter Absorber Regenerator Pressure Swing
Adsorption
Kode R-01 R-02 ABS-01 REG-01 PSA-01
Fungsi Mereaksikan baru bara,
air dan oksigen
Mereaksikan steam dan
syngas
Mengurangi kadar
CO2dan H2S dari sour gas
Meregenerasi larutan
MDEA Memurnikan Hidrogen
Tipe/jenis Entrained flow reactor Fixed bed multi tubes Packed tower dengan
bahan isian raschig ring
Tray column Packed column
Jumlah 2 1 1 1 4
Volume, m3 15,22 80,94 433 117,98 112,45
Kondisi operasi
P, MPa 3 2,7 2,2 2,2 2,1
T, K 1550 573 313 313 329
t, detik 10 - 300 - -
Bahan kontruksi Carbon Steel SA 213 T3 Carbon Steel SA 213 T3 Carbon steel SA 213 T3 Carbon steel SA 213 T3 Carbon Steel SA 283 T3
Dimensi
Stage 1
Tinggi, m 1,31 13,63 11 33 22,92
Diameter, m 2,5 2,75 3,87 2,14 2,5
Tinggi head, in 39,8 27,51 24,5 16 31,29
Tebal shell, in 4,25 2,25 0,375 0,1875 1,1875
Tebal head, in 6,5 3,5 0,5 0,1875 1,5
Stage 2 - - - -
Tinggi, m 4,98 - - - -
Diameter, m 1,5 - - - -
Tinggi head, in 39,8 - - - -
Tebal shell, in 0,16 - - - -
36
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
37
Lanjutan Tabel 3.1
Nama alat Gasifier Shift Converter Absorber Regenerator Pressure Swing
Adsorption
Tebal head, in 6,5 - - - -
Bahan isolasi Refractory Refractory tidak ada Asbestos tidak ada
Tebal isolasi, cm Stage 1 =65 / Stage 2 =54 36,3 - 1 -
Katalis/packing tidak ada Cobalt-mollybdenum tidak ada Silica
Jenis - - Keramik - Adsorben
Bentuk - - rachig ring - molsieve
Umur aktif, tahun - 3 - - 1
Tinggi tumpukan, m - 3,39 3,3 - 13,38
37
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
38
Lanjutan Tabel 3.1.
Nama alat Roller Mill Roller Mill Screw Conveyor Hopper Tangki Oksigen Tangki Hidrogen
Kode RM-01 RM-01 CO-01 H-01 T-01 T-02
Fungsi
Mengecilkan
ukuran batu bara
sebelum masuk
mixer
Mengecilkan
ukuran batu bara
sebelum masuk
mixer
Mengalirkan batu
bara dari roller mill
ke mixer
Menampung sementara batu
bara dari conveyor sebelum
masuk mixer
Menyimpan bahan baku
oksigen selama 1
minggu
Menyimpan produk
hidrogen selama 1
minggu
Tipe / Jenis Roller Mill Roller Mill Screw Conveyor Conical Hopper Spherical tank Spherical tank
Jumlah 2 2 1 1 3 5
Volume,m3 2,51 2,51 0,0275 21,59 3349 16620,93
Kondisi operasi
P, MPa 0,101 0,101 0,101 0,101 0,912 2,1
T, oC 30 30 30 30 -160 -240
t, detik - - - 3600 - -
Bahan Kontruksi - - - Carbon Steel SA 283 C Stainless steel SA 203 A Stainless Steel SA 203 A
Diameter dalam, m 0,7625
(diameter roll)
0,4175
(diameter roll)
0,0875 (diameter
pipa) 2,6 18,6 18,52
Tinggi, m 4 (lebar roll) 4 (lebar roll) 4,575 (panjang
conveyor) 3,2 - -
Tinggi head, in - - - - - -
Tebal shell, in - - - - 2 5
Tebal head, in - - - - - -
Bahan isolasi - - - - - -
Tebal isolasi, cm - - - - - -
Kapasitas, ton/jam 30 30 30 30 24 3472,22
Daya motor, hp - - 2,25 - - -
Kecepatan putar,rpm - - 55 - - -
Diameter Screw,m - - 0,225 - - -
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
39
Tabel 3.2 Spesifikasi alat penukar panas (Heat Exchanger)
Nama Alat Heat Exchanger – 01 Heat Exchanger - 02 Heat Exchanger - 03 Heat Exchanger - 04
Kode HE-01 HE-02 HE-03 HE-04
Jumlah 1 2 1 1
Fungsi Memanaskan oksigen
sebelum masuk gasifier
Mendinginkan raw gas
dengan air pendingin
Mendinginkan sour gas
dengan air pendingin
Memanaskan MDEA
umpan regenerator
Tipe Shell-Tube Shell-Tube Shell-Tube Shell-Tube
Beban kerja, MJ/jam 12.340,75 23.371,33 47685,77 1.402,321
Luas transfer panas, ft2 768,54 958 4140,46 307
Tube side
Fluida Oksigen produk dari reaktor
(raw gas)
produk dari reactor
(sour gas)
larutan MDEA keluar
absorber
Suhu operasi, oC 35,52/157,78 700/260 458,56 / 226,85 40/88
Debit, kg/jam 23.447 33.000 109189 443.140
OD tube, in 0,75 0,75 0,75 0.75
BWG 16 16 16 16
Layout Triangular Triangular Triangular Triangular
Pitch, in 1 1 1 1
Panjang, ft 15 15 15 15
Jumlah tube 282 342 342 114
Pass 2 2 2 2
Material konstruksi Stainless Stell SA 213 Stainless Stell SA 213 Stainless Stell SA 213 Stainless Stell SA 213
ΔP, psi 0,67 0,97 0,00012 0,687
Shell side
fluida Steam (H2O) Air (H2O) Air (H2O) MDEA keluar regenerator
Suhu operasi, oC 570 /240 35 /243 35/ 85 100,53/50
Debit, kg/jam 411,5 27.165 228844,36 425.439
ID shell, in 19,25 21,25 21,25 13,25
Baffle spacing, in 9,625 10,625 10,625 6,625
Pass 1 1 1 1
Material konstruksi Stainless Stell SA 182 Stainless Stell SA 182 Stainless Stell SA 182 Stainless Stell SA 182
ΔP, psi 0,0005 0,33 0,22 0,,8
39
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
40
Lanjutan Tabel 3.2
Nama Alat Heat Exchanger – 05 Heat Exchanger - 06 Bolier - 01 Condenser - 01
Kode HE-05 HE-06 B-01 CD-01
Jumlah 1 1 1 1
Fungsi Mendinginkan MDEA
umpan absorber
Memanaskan MDEA
umpan regenerator
Membuat steam dari sisa
panas raw gas
Mengembunkan air dalam
sour gas
Tipe Shell-Tube Shell-Tube Shell-Tube Shell-Tube
Beban kerja, MJ/jam 1.370,14 12.340,75 3.702,29 443220,58
Luas transfer panas, ft2 335,47 114,44 423,74 274,88
Tube side
Fluida MDEA dari regenerator produk dari reaktor Raw gas Sour gas
Suhu operasi, oC 50/40 88,43 / 95,35 1038/700 226,85/40,56
Debit, kg/jam 425.439 443.140 12909,63 109188,79
OD tube, in 0,75 0,75 1 0.75
BWG 16 16 16 18
Layout Triangular triangular Triangular Triangular
Pitch, in 1 1 1,25 0,938
Panjang, ft 15 15 10 12
Jumlah tube 114 52 188 224
Pass 2 2 2 2
Material konstruksi Stainless Stell SA 304 Stainless Stell SA 304 Stainless Stell SA 213 Stainless Stell SA 167
ΔP, psi 0,98 0,0042 0,2591 0,00024
Shell side
Fluida Air Steam Saturated water Air
Suhu operasi, oC 30 / 35 570/ 300 243 / 574,85 35/40
Debit, kg/jam 69.081 7.704,25 54333,09 47589,27
ID shell, in 13,25 12 21,25 17,25
Baffle spacing, in 6,625 6 10,625 12,94
Pass 1 1 1 2
Material konstruksi Stainless Stell SA 304 Stainless Stell SA 304 Stainless Stell SA 182 Stainless Stell SA 316
ΔP, psi 0,03 0.0002703 0,3031 0,6601
40
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
41
Lanjutan Tabel 3.2
Nama Alat Condensor-02 Reboiler-01
Kode CD-02 RB-01
Jumlah 1 1
Fungsi Mengkondensasikan hasil
atas regenerator
Memanaskan hasil
bawahregenerator
Tipe Shell-Tube Shell-Tube
Beban kerja, MJ/jam 2.227,93 2.221,30
Luas transfer panas, ft2 260,94 257,74
Tube side
Fluida Hasil atas REG-01 Hasil bawah REG-01
Suhu operasi, oC 82/82 98,36/100,53
Debit, kg/jam 17.718 425.439,35
OD tube, in 0,75 0,75
BWG 16 16
Layout triangular triangular
Pitch, in 1 1
Panjang, ft 20 15
Jumlah tube 67 52
Pass 4 2
Material konstruksi Stainless Stell SA 304 Stainless Stell SA 304
ΔP, psi 0,047 0,014276
Shell side
Fluida Air Steam
Suhu operasi, oC 35 / 39 570/ 250
Debit, kg/jam 62.185 3.350
ID shell, in 29 19,25
Baffle spacing, in 21,75 14,4375
Pass 2 1
Material konstruksi Stainless Stell SA 304 Stainless Stell SA 304
ΔP, psi 0,0011 -
41
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
42
Tabel 3.3 Spesifikasi pompa proses
Nama alat Pompa-01 Pompa-02a Pompa-02b Pompa-03
Kode P-01 P-02a P-02b P-03
Fungsi Mengalirkan air proses
ke M-01
Mengalirkan slurry
ke stage 2 R-01
Mengalirkan slurry
ke stage 1 R-01
Mengalirkan air
pendingin ke HE-
02
Tipe
Radial impeller ,
sentrifugal, single
stage pump
Radial impeller ,
sentrifugal, single
stage pump
Radial impeller ,
sentrifugal, single
stage pump
Radial impeller ,
sentrifugal, single
stage pump
Jumlah 1 2 2 1
Kapasitas (gpm) 63,95 19,54 69,29 283,63
Power pompa (Hp) 1 0,75 1 3
Power motor (Hp) 1,5 1 1,5 5
NPSH required (m) 4,54 2,06 4,79 12,25
Bahan kontruksi Comercial steel Comercial steel Comercial steel Comercial steel
Pipa :
Nominal 2 2 2 4
SN 40 40 40 40
ID pipa (in) 2,38 2,38 2,38 4,5
42
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
43
Lanjutan Tabel 3.3.
Nama alat Pompa-04 Pompa-05 Pompa-06 Pompa-07 Pompa-08
Kode P-04 P-05 P-06 P-07 P-08
Fungsi
Memompa larutan
MDEA dari ABS-01 ke
HE-04
Mengalirkan larutan MDEA
dari HE-04 ke HE-05
Mengalirkan larutan MDEA
dari HE-05 ke ABS-01
Mengalirkan hasil
bawah RB-01 ke HE-04
Mengalirkan larutan MDEA
dari HE-04 ke HE-06
Tipe
Radial impeller ,
sentrifugal, single stage
pump
Radial impeller , sentrifugal,
single stage pump
Radial impeller , sentrifugal,
single stage pump
Radial impeller ,
sentrifugal, single stage
pump
Radial impeller , sentrifugal,
single stage pump
Jumlah 3 3 7 4 4
Kapasitas (gpm) 633,55 746,19 254,5 583,42 603,9
Power pompa (Hp) 2 0,25 20 1,5 0,5
Power motor (Hp) 3 0,5 30 3 0,75
NPSH required (m) 20,9 23,35 11,4 19,82 20,28
Bahan kontruksi Comercial steel Comercial steel Comercial steel Comercial steel Comercial steel
Pipa :
Nominal 6 6 4 6 6
SN 40 40 40 40 40
ID pipa (in) 6,065 6,065 4,026 6,065 6,065
43
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
44
Lanjutan Tabel 3.3.
Nama alat Pompa-09 Pompa-10 Compressor-01 Compressor-02 Compressor-03 Compressor-04
Kode P-09 P-10 C-01 C-02 C-03 C-04
Fungsi
Mengalirkan larutan
MDEA dari HE-06 ke
REG-01
Mengalirkan larutan
MDEA refluk ACC-
01 ke REG-01
Menaikan tekanan
oksigen dri 7 atm
menjadi 14 atm
Menaikan tekanan
oksigen dri 14 atm
menjadi 28 atm
Menaikan tekanan
oksigen dri 28 atm
menjadi 43 atm
Menaikan tekanan
arus recycle sebelum
masuk R-01
Tipe
Radial impeller ,
sentrifugal, single
stage pump
Radial impeller ,
sentrifugal, single
stage pump
Radial impeller ,
sentrifugal, single
stage compressor
Radial impeller ,
sentrifugal, single
stage compressor
Radial impeller ,
sentrifugal, single
stage compressor
Radial impeller ,
sentrifugal, single
stage compressor
Jumlah 3 1 1 1 1 1
Kapasitas (gpm) 622,86 315,79 1704,85 (cfm) 849,01 (cfm) 420,83 (cfm) 217,89 (cfm)
Power pompa (Hp) 30 7,5 - - - -
Power motor (Hp) 60 15 10,60 10,56 6,48 77,90
NPSH required (m) 20,7 13,16
Bahan kontruksi Comercial steel Comercial steel
Pipa :
Nominal 6 6
SN 40 40
ID pipa (in) 6,065 6,065
44
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
45
BAB IV
UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM
4.1 Unit Pendukung Proses
Unit pendukung proses atau utilitas merupakan bagian penting untuk
penunjang proses produksi suatu pabrik. Utilitas di pabrik hidrogen meliputi unit
penyediaan dan pengolahan air, unit penyediaan udara instrument, unit pembangkit
dan pendistribusian listrik dan unit pengolahan limbah. Unit penyediaan dan
pengolahan air berfungsi untuk penyediaan dan pengolahan air meliputi air
pendingin, air proses, air konsumsi umum dan sanitasi.
Udara tekan pada kebutuhan instrumentasi pneumatic dan udara tekan di
bengkel dipenuhi oleh unit penyediaan udara instrument, sedangkan unit
pembangkit dan pendistribusian listrik berfungsi menyediakan listrik sebagai tenaga
penggerak peralatan proses, utilitas, elektronik, AC, maupun untuk penerangan.
Listrik disuplai oleh PLN, dan generator sebagai cadangan apabila listrik dari PLN
mengalami gangguan, untuk pengolahan bahan buangan atau hasil samping reaksi
dikerjakan di unit pengolahan limbah dengan proses biodegradasi dengan activated
sludge.
4.2 Unit Penyediaan dan Pengolahan Air
Sumber air diperoleh dari air laut Selat Makasar, dengan kondisi masih
mengandung berbagai senyawa dan pengotor lainya, maka perlu dilakukan
pengolahan terlebih dahulu sebelum digunakan, blok diagram pengolahan air laut
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
46
dapat dilihat pada Gambar 4.1. Penggunaan air di pabrik ini adalah sebagai media
pendingin pada kondensor, heat exchanger dan cooler.
Kedua adalah air proses, sumber air diambil dari air laut dengan pengolahan
terlebih dahulu sama seperti pengolahan air untuk keperluan air pendingin (lihat
Gambar 4.1), kebutuhan air proses ini tercantum pada Tabel 4.1. Terakhir, air
konsumsi dan sanitasi digunakan untuk pemenuhan air minum, laboratorium, kantor,
perumahan dan pertamanan, di dalam pabrik ini membutuhkan 2841,84 kg/jam atau
dengan laju alir 2,84 m3/jam.
Tabel 4.1 Perhitungan kebutuhan air proses
No. Proses Kebutuhan
air,kg/jam
Laju alir,
m3/
jam
1.
Air pendingin untuk pendingin alat proses (HE-
02, HE-03,HE-05,CD-01,CD-02, jaket shift
converter, jaket absorber)
485.429 485,43
2. Air proses (Gasifier dan Absorber) 229.400 229,40
Total 714.830 714,83
Kebutuhan spesifik 205,87 L/kg produk
Pemompaan air laut dengan jumlah di atas, maka diperlukan jenis pompa
dengan spesifikasi yang tercantum pada Tabel 4.2. Secara skema pengolahan air
pada kebutuhan utilitas dapat dilihat pada Gambar 4.1.
Tabel 4.2 Spesifikasi pompa utilitas
Spesifikasi Keterangan
Tipe Single Stage Centrifugal Pump
Jumlah 5 buah
Kapasitas 152,60 gpm
Power pompa 5HP
Power motor 7,5 HP
Efisiensi pompa 70 %
Efisiensi motor 80 %
Bahan konstruksi Stainless Steel SS304
Pipa nominal 4 in
ID pipa 4,026 in
Schedule number 40
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
47
Air Laut
Bak
Pengendap
Tangki Air
Pendingin
Tangki
Air Bersih
Cooling
Tower
Peralatan
Proses
Tangki
Air Sanitasi
Kantor
dan Lab.
RO
Chlorinasi
Gambar 4.1 Skema pengolahan air
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
48
4.3 Unit Penyediaan Udara Instrumen
Kebutuhan udara tekan untuk perancangan pabrik hidrogen ini diperkirakan
sebesar 200 m3/jam, suhu 30°C dan 0,2 MPa. Penyediaan udara tekan menggunakan
kompresor dengan dryer berisi silica gel untuk penyerapan kandungan air sampai
diperoleh kandungan air maksimal 84 ppm. Spesifikasi kompresor tercantum pada
Tabel 4.3.
Tabel 4.3 Spesifikasi kompresor utilitas
Spesifikasi Keterangan
Tipe Kompresor udara, single stage
reciprocating compresor
Jumlah 1 buah
Suhu udara, °C 35
Tekanan, MPa 0,2
Kapasitas, m3/jam 200
Tekanan suction, Mpa 30
Tekanan discharge, Mpa 50
Efisiensi 80%
Daya, Hp 13
4.4 Unit Pembangkit dan Pendistribusian Listrik
Kebutuhan tenaga listrik dipenuhi oleh PLN dan generator pabrik, hal ini
bertujuan agar pasokan tenaga listrik dapat berlangsung kontinyu meskipun ada
gangguan pasokan dari PLN. Generator digunakan arus bolak-balik dengan
pertimbangan tenaga listrik cukup besar, tegangan dapat dinaikkan atau diturunkan
sesuai kebutuhan menggunakan transformer. Kebutuhan listrik di pabrik ini meliputi
keperluan proses, utilitas, rumah tangga, laboratorium, perkantoran dengan jumlah
total kebutuhan 783 kWh dan kebutuhan spesifik sebesar 0,225 kWh/kg produk.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
49
4.5 Unit Pengolahan Limbah
Hasil bawah gasifier berupa slagging akan ditampung di dalam bak sampai
suhu lingkungan dan selanjutnya akan dijual. Limbah gas masih mengandung
banyak CO2 akan dijual ke pabrik urea. Gas hasil samping regenerator masih
mengandung sedikit CO2 dan H2S akan dipurging.
4.6 Laboratorium
Laboratorium memiliki peranan sangat besar di dalam suatu pabrik untuk
perolehan data – data yang diperlukan. Data – data tersebut digunakan untuk
evaluasi unit-unit yang ada, menentukan tingkat efisiensi, dan untuk pengendalian
mutu.
Pengendalian mutu atau pengawasan mutu di dalam suatu pabrik pada
hakekatnya dilakukan dengan tujuan mengendalikan mutu produk yang dihasilkan
agar sesuai dengan standar yang ditentukan. Pengendalian mutu dilakukan mulai
bahan baku, saat proses berlangsung, dan juga pada hasil atau produk.
Pengendalian rutin dilakukan agar kualitas dari bahan baku dan produk yang
dihasilkan sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan. Dengan pemeriksaan secara
rutin juga dapat diketahui apakah proses berjalan normal atau menyimpang. Jika
diketahui analisa produk tidak sesuai dengan yang diharapkan maka dengan mudah
dapat diketahui atau diatasi.
Laboratorium berada di bawah bidang teknik dan perekayasaan yang
mempunyai tugas pokok antara lain :
a. Sebagai pengontrol kualitas bahan baku dan pengontrol kualitas produk
b. Sebagai pengontrol terhadap proses produksi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
50
c. Sebagai pengontrol terhadap mutu air proses, air pendingin dan lain-lain yang
berkaitan langsung dengan proses produksi
Laboratorium melaksanakan kerja 24 jam sehari dalam kelompok kerja shift
dan non-shift.
1. Kelompok shift
Kelompok ini melaksanakan tugas pemantauan dan analisa – analisa rutin
terhadap proses produksi. Dalam melaksanakan tugasnya, kelompok ini
menggunakan sistem bergilir, yaitu sistem kerja shift selama 24 jam dengan
dibagi menjadi 3 shift. Masing – masing shift bekerja selama 8 jam.
2. Kelompok non-shift
Kelompok ini mempunyai tugas melakukan analisa khusus yaitu analisa yang
sifatnya tidak rutin dan menyediakan reagen kimia yang diperlukan di
laboratorium. Dalam rangka membantu kelancaran pekerjaan kelompok shift,
kelompok ini melaksanakan tugasnya di laboratorium utama dengan tugas antara
lain :
a. Menyediakan reagen kimia untuk analisa laboratorium
b. Melakukan analisa bahan pembuangan penyebab polusi
c. Melakukan penelitian atau percobaan untuk kelancaran produksi
Dalam menjalankan tugasnya, bagian laboratorium dibagi menjadi :
1. Laboratorium fisik
2. Laboratorium analitik
3. Laboratorium penelitian dan pengembangan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
51
4.6.1 Laboratorium Fisik
Bagian ini bertugas mengadakan pemeriksaan atau pengamatan terhadap
sifat – sifat bahan baku, produk, dan air. Pengamatan yang dilakukan yaitu antara
lain :
specific gravity
viscositas
kandungan air
4.6.2 Laboratorium Analitik
Bagian ini mengadakan pemeriksaan terhadap bahan baku dan produk
mengenai sifat – sifat kimianya.
Analisa yang dilakukan antara lain :
kadar kandungan kimiawi dalam produk
kandungan logam
4.6.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan
Bagian ini bertujuan untuk pengadaan penelitian, misalnya :
diversifikasi produk
perlindungan terhadap lingkungan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
52
4.6.4 Prosedur Analisa Bahan Baku dan Produk
4.6.4.1 Analisa Kandungan Sulfur (H2S)
Prinsip : Sulfur akan diikat sebagai CdS dan dibebaskan kembali dengan
penambahan HCl. Sulfur yang dibebaskan akan direduksi oleh iodium (I2).
Kelebihan iod dititrasi dengan larutan baku natrium thiosulfat.
Tujuan : Untuk penetapan kandungan sulfur
Metode : Iodometri
4.6.4.2 Analisa kandungan gas CO2
Prinsip : Gas CO2 dengan larutan KOH akan membentuk kalium karbonat
Tujuan : Menetapkan kadar gas CO2
Metode : Penetapan dengan larutan orsalat
4.6.4.3 Analisa Hidrogen (H2)
Metode : Kromatografi
Prinsip : Pemisahan komponen cuplikan dengan kromatografi gas berdasarkan
adsorbsi atau penyerapan zat padat dalam kolom.
4.6.4.4 Analisa Air
Air yang dianalisis antara lain:
1. Air proses
2. Air pendingin
3. Air limbah
4. Air konsumsi umum dan sanitasi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
53
Parameter yang diuji antara lain warna, pH, kandungan klorin, tingkat
kekeruhan, total kesadahan, jumlah padatan, total alkalinitas, sulfat, silika, dan
konduktivitas air.
Alat-alat yang digunakan dalam laboratorium analisa air ini antara lain:
1. pH meter, digunakan untuk pengukuran tingkat keasaman/kebasaan air.
2. Spektrofotometer, digunakan untuk pengukuran konsentrasi suatu
senyawa terlarut dalam air.
3. Spectroscopy, digunakan untuk perhitungan kadar silika, sulfat, hidrazin,
turbiditas, kadar fosfat, dan kadar sulfat.
4. Peralatan titrasi, untuk pengukuran jumlah kandungan klorida, kesadahan
dan alkalinitas.
5. Conductivity meter, untuk pengukuran konduktivitas suatu zat yang
terlarut dalam air.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
54
BAB V
MANAJEMEN PERUSAHAAN
5.1 Bentuk Perusahaan
Pabrik hidrogen berbentuk perseroan terbatas dan berlokasi di Sangatta,
Kalimantan Timur. Alasan dipilihnya bentuk perusahaan ini didasarkan oleh
beberapa faktor yaitu mudah mendapatkan modal dengan cara menjual saham
perusahaan, tanggung jawab pemegang saham terbatas sehingga kelancaran
produksi hanya dipegang pimpinan perusahaan, pemilik dan pengurus perusahaan
terpisah satu sama lain, pemilik adalah para pemegang saham sedangkan pengurus
perusahaan adalah direksi beserta stafnya dengan pengawasan dewan komisaris,
kelangsungan perusahaan lebih terjamin karena tidak terpengaruh dengan
berhentinya pemegang saham, direksi beserta stafnya, karyawan perusahaan,
efisiensi dari manajemen dimana para pemegang saham dapat memilih orang-orang
ahli sebagai dewan komisaris dan direktur utama yang cukup cakap serta
berpengalaman.
5.2 Struktur Organisasi
Salah satu faktor penunjang kemajuan perusahaan adalah struktur organisasi
perusahaannya. Beberapa hal perlu diperhatikan sebagai pedoman antara lain:
perumusan tujuan perusahaan dengan jelas, pendelegasian wewenang, pembagian
tugas kerja yang jelas, kesatuan perintah dan tanggung jawab, sistem pengontrolan.
Dengan berpedoman pada beberapa hal tersebut maka diperoleh struktur organisasi,
yaitu sistem garis dan staf. Pada sistem ini, garis kekuasaan lebih sederhana dan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
55
praktis. Demikian pula dalam pembagian tugas kerja seperti terdapat dalam sistem
organisasi fungsional, sehingga seorang karyawan hanya akan bertanggung jawab
pada seorang atasan saja, sedangkan dalam mencapai kelancaran produksi maka
perlu dibentuk staf ahli terdiri dari orang-orang yang ahli di bidangnya. Staf ahli
akan memberi bantuan pemikiran dan nasehat kepada tingkat pengawas, demi
tercapainya tujuan perusahaan.
Pemegang saham sebagai pemilik perusahaan dalam pelaksanaan tugas
sehari-harinya diwakili oleh dewan komisaris, sedangkan tugas menjalankan
perusahaan dilaksanakan oleh direktur utama dibantu direktur teknik dan direktur
keuangan dan umum. Direktur teknik membawahi bidang teknik dan produksi.
Direktur-direktur ini membawahi beberapa kepala bagian yang akan
bertanggung jawab membawahi atas bagian dalam perusahaan, sebagai bagian dari
pendelegasian wewenang dan tanggung jawab. Masing-masing kepala bagian
membawahi beberapa seksi dan masing-masing seksi akan membawahi beberapa
karyawan perusahaan pada masing-masing bidangnya. Karyawan perusahaan akan
dibagi dalam beberapa kelompok regu yang setiap kepala regu bertanggung jawab
kepada pengawas seksi. Struktur organisasi lihat Gambar 5.1.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
56
RUPS
Dewan
komisaris
Staf ahli
Direktur
produksiLitbang
Direktur
keuangan
Kabag
produksi
Kabag
utilitas
Kabag
keuangan
Kabag
umum
Kasi lab
Kasi proses
Kasi utilitasKasi
pemasaran
Kasi admin
Kasi kas
Kasi
keamanan
Kasi
personalia
Kasi K3
Karyawan
Direktur
utama
Gambar 5.1 Struktur organisasi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
57
5.3 Tugas dan Wewenang
Kekuasaan tertinggi pada perusahaan berbentuk PT (Perseroan Terbatas)
adalah Rapat Umum Pemegang Saham (RUPS). Pada RUPS tersebut para
pemegang saham berwenang mengangkat dan memberhentikan dewan komisaris,
mengangkat dan memberhentikan direktur, mengesahkan hasil-hasil usaha serta
neraca perhitungan untung rugi tahunan dari perusahaan.
Dewan Komisaris merupakan pelaksana tugas sehari-hari dari pemilik
saham, sehingga dewan komisaris bertanggung jawab kepada pemilik saham. Tugas
dewan komisaris adalah menilai dan menyetujui rencana direksi tentang kebijakan
umum, target perusahaan, alokasi sumber dana dan pengarahan pemasaran,
mengawasi tugas direksi.
Direktur utama merupakan pimpinan dalam perusahaan dan bertanggung
jawab sepenuhnya terhadap kemajuan perusahaan. Direktur utama bertanggung
jawab terhadap Dewan komisaris atas segala tindakan dan pengambilan kebijakan.
Direktur utama membawahi direktur produksi dan direktur keuangan dan umum.
Tugas Direktur utama adalah melaksanakan policy perusahaan dan
mempertanggungjawabkan pekerjaannya kepada pemegang saham pada akhir
jabatannya, menjaga stabilitas organisasi perusahaan dan membuat kontinuitas
hubungan baik antar pemilik saham, pimpinan, konsumen dan karyawan,
mengangkat dan memberhentikan kepala bagian dengan persetujuan rapat pemegang
saham, mengkoordinir kerjasama dengan direktur produksi dan direktur keuangan
dan umum.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
58
Tugas direktur produksi adalah bertanggung jawab kepada direktur utama
dalam bidang produksi, teknik dan pemasaran, mengkoordinir, mengatur dan
mengawasi pelaksanaan pekerjaan kepala-kepala bagian yang menjadi bawahannya.
Tugas direktur keuangan dan umum adalah bertanggung jawab kepada direktur
utama dalam bidang keuangan dan pelayanan umum, mengkoordinir, mengatur dan
mengawasi pelaksanaan pekerjaan kepala bagian yang menjadi bawahannya.
Staf ahli terdiri dari tenaga-tenaga ahli bertugas membantu direktur dalam
menjalankan tugasnya baik yang berhubungan dengan teknik maupun administras1.
Staf ahli bertanggung jawab kepada direktur utama sesuai dengan bidang
keahliannya masing-masing. Tugas dan wewenang staf ahli adalah memberikan
nasehat dan saran dalam perencanaan pengembangan perusahaan, mengadakan
evaluasi bidang teknik dan ekonomi perusahaan, memberikan saran-saran dalam
bidang hukum.
Penelitian dan pengembangan terdiri dari para ahli sebagai pembantu direktur
dan bertanggung jawab kepada direktur utama. Tugas dan wewenang litbang adalah
meningkatkan atau minimal mempertahankan mutu produk, memperbaiki proses
dari pabrik/perencanaan alat untuk pengembangan produksi, meningkatkan efisiensi
kerja.
Secara umum tugas kepala bagian adalah mengkoordinir, mengatur dan
mengawasi pelaksanaan pekerjaan dalam lingkungan bagiannya sesuai dengan garis-
garis dari pimpinan perusahaan. Kepala bagian dapat pula bertindak sebagai staf
direktur bersama-sama staf ahli. Kepala bagian terdiri dari beberapa posisi yaitu
kepala bagian produksi bertanggung jawab kepada direktur produksi dalam bidang
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
59
mutu dan kelancaran produksi. Kepala bagian produksi membawahi seksi proses,
seksi pengendalian, seksi laboratorium, seksi pembelian bahan baku. Tugas seksi
proses, meliputi mengawasi jalannya proses dan produksi, menjalankan tindakan
seperlunya pada peralatan produksi yang mengalami kerusakan. Tugas seksi
pengendalian, yaitu menangani hal-hal yang dapat mengancam keselamatan kerja
dan mengurangi potensi bahaya. Tugas seksi laboratorium mengawasi dan
menganalisa mutu bahan baku dan bahan pembantu, mengawasi dan menganalisa
mutu produksi, mengawasi hal-hal tentang buangan dari pabrik. Tugas seksi
pembelian meliputi melaksanakan tugas pembelian barang dan peralatan yang
dibutuhkan perusahaan, mengetahui harga pasaran dan mutu bahan baku serta
mengatur keluar masuknya bahan dan alat dari gudang. Kepala bagian teknik
bertanggung jawab kepada direktur produksi dalam bidang peralatan proses dan
utilitas. Kepala bagian teknik membawahi seksi pemeliharaan, bertugas
melaksanakan pemeliharaan fasilitas gedung dan peralatan pabrik, memperbaiki
kerusakan peralatan pabrik. Seksi utilitas, bertugas melaksanakan dan mengatur
sarana utilitas untuk pemenuhan kebutuhan air, uap, udara tekan, tenaga listrik dan
pengolahan limbah. Kepala bagian keuangan bertanggung jawab kepada direktur
keuangan dan umum dalam bidang administrasi dan keuangan. Kepala bagian
keuangan membawahi seksi administrasi, bertugas menyelenggarakan pencatatan
hutang piutang, administrasi persediaan kantor dan pembukuan serta masalah pajak.
Seksi kas, bertugas menghitung penggunaan uang perusahaan, mengamankan uang
dan membuat prediksi keuangan masa depan, mengadakan perhitungan tentang gaji
dan insentif karyawan. Seksi pemasaran, bertugas merencanakan strategi penjualan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
60
hasil produksi, mengatur distribusi barang dari gudang. Kepala Bagian Umum
bertanggung jawab kepada direktur keuangan dan umum dalam bidang personalia,
hubungan masyarakat dan umum. Kepala bagian umum membawahi seksi
personalia, bertugas melaksanakan hal berhubungan dengan kesejahteraan
karyawan, membina tenaga kerja dan menciptakan suasana kerja sebaik mungkin
antara pekerja dan pekerjaannya serta pekerja dan lingkungannya supaya tidak
terjadi pemborosan waktu dan biaya, mengusahakan disiplin kerja yang tinggi dalam
menciptakan kondisi kerja sehingga dinamis. Seksi humas, bertugas mengatur
hubungan perusahaan dengan masyarakat luar. Seksi keamanan, bertugas menjaga
dan mengawasi semua bangunan pabrik dan fasilitas di perusahaan, mengawasi
keluar masuknya orang-orang baik karyawan maupun bukan di lingkungan
perusahaan, menjaga dan memelihara kerahasiaan yang berhubungan dengan hal-hal
internal perusahaan.
Kepala seksi merupakan pelaksana pekerjaan dalam lingkungan bagiannya
sesuai dengan rencana, agar dimasing-masing bagian dapat maksimum dan efektif
selama berlangsungnya proses produksi. Setiap kepala seksi bertanggung jawab
terhadap kepala bagian masing-masing sesuai dengan seksinya.
5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan
Pabrik hidrogen direncanakan beroperasi 300 hari dalam 1 tahun dan 24 jam
per hari. Sisa hari ketika tidak beroperasi digunakan untuk perbaikan atau perawatan
dan shut down. Pembagian jam kerja karyawan dibagi dalam 2 golongan, yaitu
karyawan non shift dan karyawan shift. Karyawan non shift adalah karyawan yang
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
61
tidak menangani proses produksi secara langsung, karyawan non shift adalah
direktur, staf ahli, kepala bagian, kepala seksi serta bawahan yang berada di kantor.
Karyawan golongan ini dalam 1 minggu akan bekerja selama 5 hari dengan
pembagian kerja senin – jum’at 08.00 – 16.00, jam istirahat senin – kamis 12.00 –
13.00 dan jum’at 11.00 – 13.00.
Karyawan shift adalah karyawan bertugas secara langsung menangani proses
produksi atau mengatur bagian-bagian tertentu dari pabrik yang berhubungan
dengan masalah keamanan dan kelancaran produksi. Karyawan shift antara lain
operator produksi, sebagian dari karyawan bagian teknik, bagian gudang dan bagian
keamanan. Para karyawan shift akan bekerja bergantian sehari semalam, dengan
pengaturan yaitu shift pagi 07.00 – 15.00, shift sore 15.00 – 23.00, shift malam
23.00 – 07.00, karyawan shift ini dibagi dalam 4 regu (A, B, C dan D) dimana 3
regu bekerja dan 1 regu istirahat, dan hal ini dilaksanakan secara bergantian. Tiap
regu akan mendapat giliran 3 hari kerja dan 1 hari libur tiap-tiap shift dan masuk lagi
untuk shift berikutnya. Jadwal pembagian kelompok shift dapat dilihat pada Tabel
5.1.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
62
Tabel 5.1 Jadwal pembagian kelompok shift
Jadwal untuk tanggal selanjutnya berulang ke susunan awal.
Hari Shift Pagi Shift Sore Shift malam Libur
1 A B C D
2 D A B C
3 C D A B
4 B C D A
5 A B C D
6 D A B C
7 C D A B
8 B C D A
9 A B C D
10 D A B C
Hari Shift Pagi Shift Sore Shift malam Libur
11 A B C D
12 D A B C
13 C D A B
14 B C D A
15 A B C D
16 D A B C
17 C D A B
18 B C D A
19 A B C D
20 D A B C
Hari Shift Pagi Shift Sore Shift malam Libur
21 A B C D
22 D A B C
23 C D A B
24 B C D A
25 A B C D
26 D A B C
27 C D A B
28 B C D A
29 A B C D
30 D A B C
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
63
Kelancaran produksi dari suatu pabrik sangat dipengaruhi oleh faktor
kedisiplinan karyawannya. Untuk itu kepada seluruh karyawan diberlakukan absensi
dan masalah absensi ini akan digunakan pimpinan perusahaan sebagai dasar dalam
mengembangkan karir para karyawan dalam perusahaan.
5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah
Pada pabrik hidrogen ini sistem upah karyawan berbeda-beda tergantung
pada status karyawan, kedudukan, tanggung jawab dan keahlian. Menurut statusnya
karyawan dibagi dalam 3 golongan yaitu karyawan tetap, karyawan harian,
karyawan borongan. Karyawan diangkat dan diberhentikan dengan surat keputusan
(SK) direksi dan mendapat gaji bulanan sesuai dengan kedudukan, keahlian dan
masa kerja adalah karyawan tetap. Karyawan diangkat dan diberhentikan direksi
tanpa surat keputusan (SK) direksi dan mendapat upah harian yang dibayar tiap
akhir pekan adalah karyawan harian. Karyawan digunakan oleh pabrik bila
diperlukan saja dan karyawan ini menerima upah borongan dalam suatu pekerjaan
adalah karyawan borongan. Penggolongan jabatan tingkat pendidikan dan gaji dapat
dilihat Tabel 5.2.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
64
Tabel 5.2 Perincian golongan,kualifikasi, jumlah dan gaji karyawan
5.6 Kesejahteraan Sosial Karyawan
Kesejahteraan sosial diberikan oleh perusahaan kepada karyawan antara lain:
tunjangan, cuti, pakaian kerja. Tunjangan berupa gaji pokok diberikan berdasarkan
golongan karyawan. Tunjangan jabatan diberikan berdasarkan jabatan yang
dipegang karyawan. Tunjangan lembur diberikan kepada karyawan yang bekerja
diluar jam kerja berdasarkan jumlah jam kerja. Cuti tahunan diberikan kepada setiap
karyawan selama 12 hari kerja dalam 1 tahun. Cuti sakit diberikan pada karyawan
Gol. Jabatan Kualifikasi Jumlah Gaji / bulan
( Rp.)
I Direktur utama Min S1 1 40.000.000
II Direktur keuangan Min S1 1 20.000.000
II Direktur produksi Min S1 1 15.500.000
III Staff ahli Min S1 3 15.000.000
IV Litbang S1 2 10.000.000
IV Kepala bagian S1 4 8.250.000
V Kepala seksi S1 9 6.000.000
VI Sekretaris S1 / D3 8 3.500.000
VI Karyawan administrasi SLTA - D3 4 3.500.000
VI Karyawan kas SLTA - D3 4 3.500.000
VI Karyawan personalia SLTA - D3 4 3.500.000
VI Karyawan K3 SLTA - D3 4 3.500.000
VI Karyawan keamanan SLTA 12 2.700.000
VI Karyawan proses dan utilitas SLTA - D3 49 3.500.000
VI Karyawan pemasaran SLTA - D3 4 3.500.000
VI Karyawan litbang S1 3 4.500.000
VI Karyawan laboratorium S1/D3 8 3.250.000
VI Karyawan pemeliharaan S1/D3 12 3.250.000
VI Dokter S1 1 3.500.000
VI Perawat S1/D3 2 2.500.000
VI Sopir SLTA 8 2.500.000
VI Pesuruh SLTA 7 1.500.000
TOTAL 150 153.450.000
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
65
yang menderita sakit berdasarkan surat keterangan dokter. Biaya pengobatan bagi
karyawan sakit dalam kerja ditanggung oleh perusahaan sesuai dengan undang-
undang yang berlaku. Biaya pengobatan bagi karyawan sakit tidak karena
kecelakaan kerja diatur berdasarkan kebijakan perusahaan. Pakaian kerja diberikan
pada setiap karyawan sejumlah 3 pasang untuk setiap tahunnya.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
66
BAB VI
ANALISA EKONOMI
Pada perancangan pabrik hidrogen dilakukan evaluasi atau penilaian
investasi dengan maksud mengetahui perancangan pabrik menguntungkan atau
tidak, komponen terpenting dari perancangan ini adalah estimasi harga alat-alat,
karena harga ini dipakai sebagai dasar estimasi analisa ekonomi. Analisa ekonomi
berfungsi mendapatkan perkiraan kelayakan investasi modal dalam suatu kegiatan
produksi suatu pabrik dengan meninjau kebutuhan modal investasi, perolehan
besarnya laba, lamanya modal investasi dapat dikembalikan, terjadinya titik impas,
dan pabrik menguntungkan atau tidak jika didirikan.
Pada perancangan pabrik ini, kelayakan investasi modal dalam sebuah
pabrik dapat diperkirakan dan dianalisa melalui : Profitability, Percent Profit on
Sales (% POS), Percent Return 0n Investment (% ROI), Pay Out Time (POT), Break
Even Point (BEP), Shut Down Point (SDP), Discounted Cash Flow (DCF).
Profitability adalah selisih antara total penjualan produk dengan total pengeluaran
biaya produksi. Percent Profit on Sales (% POS) adalah rasio keuntungan dengan
harga penjualan produk, digunakan mengetahui besarnya tingkat perolehan
keuntungan. Percent Return 0n Investment (% ROI) adalah rasio keuntungan
tahunan dengan mengukur kemampuan perusahaan dalam mengembalikan modal
investasi. ROI, berfungsi membandingkan besarnya laba rata-rata terhadap Fixed
Capital Investment (FCI) (Aries-Newton, 1954). Pay Out Time (POT) adalah jumlah
tahun yang diperlukan untuk pengembalian Fixed Capital Investment berdasarkan
perolehan profit (Aries-Newton, 1954). Break Even Point (BEP) adalah titik impas,
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
67
besarnya kapasitas produksi dapat menutupi biaya keseluruhan, ketika pabrik tidak
mendapatkan keuntungan namun tidak menderita kerugian (Peters & Timmerhaus,
2003). Shut Down Point (SDP) adalah suatu titik saat pabrik mengalami kerugian
sebesar Fixed Cost sehingga menyebabkan pabrik harus tutup (Peters &
Timmerhaus, 2003). Discounted Cash Flow (DCF) adalah suku bunga yang
diperoleh ketika seluruh modal digunakan semuanya pada proses produksi. DCF
dari suatu pabrik dinilai menguntungkan jika melebihi satu setengah kali bunga
pinjaman bank.DCF (i) dapat dihitung dengan metode Present Value Analysis dan
Future Value Analysis (Peters & Timmerhaus, 2003).
Peninjauan faktor - faktor di atas perlu dilakukan penafsiran yaitu penafsiran
modal industri (Total Capital Investment). Capital Investment adalah banyaknya
pengeluaran - pengeluaran pada fasilitas - fasilitas produktif , dimana meliputi Fixed
Capital Investment (Modal tetap), Working Capital (Modal kerja). Fixed Capital
Investment (Modal tetap) adalah investasi yang digunakan untuk pendirian fasilitas
produksi dan pembantunya. Working Capital (Modal Kerja) adalah bagian yang
diperlukan ketika menjalankan usaha atau modal dalam operasi dari suatu pabrik
selama waktu tertentu dalam harga lancar.
Penentuan biaya produksi total (Production Costs), terdiri dari biaya
pengeluaran (Manufacturing Cost) dan biaya pengeluaran umum (General Expense).
Manufacturing Cost merupakan jumlah direct, indirect, dan fixed manufacturing
cost yang bersangkutan dengan produk. Direct Manufacturing Cost merupakan
pengeluaran yang bersangkutan langsung dalam pembuatan produk. Indirect
Manufacturing Cost adalah pengeluaran sebagai akibat pengeluaran tidak langsung
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
68
dari operasi pabrik. Fixed Manufacturing Cost merupakan harga yang berkenaan
dengan fixed capital dan pengeluaran yang bersangkutan dengan fixed capital
dimana harganya tetap, tidak tergantung waktu maupun tingkat produksi. General
Expense adalah pengeluaran yang tidak berkaitan dengan produksi tetapi
berhubungan dengan operasional perusahaan secara umum.
6.1 Penaksiran Harga Peralatan
Harga peralatan proses tiap alat tergantung pada kondisi ekonomi yang
sedang terjadi. Untuk penetapan harga peralatan yang pasti setiap tahun sangat sulit
sehingga diperlukan suatu cara memperkirakan harga alat dari data peralatan serupa
tahun-tahun sebelumnya. Penentuan harga peralatan dilakukan dengan
menggunakan data indeks harga yang tercantum pada Tabel 6.1 (Tabel 6-2 Peters &
Timmerhaus, ed 5, 2003)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
69
Tabel 6.1 Indeks harga alat
Cost Indeks tahun Chemical Engineering Plant Index
1991 361,3
1992 358,2
1993 359,2
1994 368,1
1995 381,1
1996 381,7
1997 386,5
1998 389,5
1999 390,6
2000 394,1
2001 394,3
2002 390,4
Gambar 6.1 Chemical engineering cost index
y = 3,6077x - 6823,2
355
360
365
370
375
380
385
390
395
400
405
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
Ind
ex
Tahun
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
70
Dengan asumsi kenaikan indeks linear, maka didapat persamaan Y = 3,607x
- 6823,2. Sehingga indeks tahun 2013 adalah 439,13. Cara mengestimasi harga alat
tersebut pada masa sekarang digunakan persamaan (Peters & Timmerhaus, 2003) :
6.2 Dasar Perhitungan
Kapasitas produksi : 25.000 ton/tahun
Satu tahun operasi : 300 hari
Tahun pabrik didirikan : 2015
Harga bahan baku batu bara : US $ 95/ton
Harga bahan baku oksigen : US $ 500/ton
Harga katalisCo-Mo : US $ 4,1/MMBtu
Harga Silika : US $ 130/ton
Harga MDEA : US $ 12,65/ton
Harga produk hidrogen : US $ 3.800/ton
Harga karbondioksida : US $ 1.600/ton
Harga slagging : US $ 130/ton
Nilai tukar rupiah : Rp 9.062,-
6.3 Hasil Perhitungan
Hasil perhitungan didalam evaluasi ekonomi yang meliputi Fixed Capital
Invesment, Working Capital Investment, Direct Manufacturing Cost, Indirect
Manufacturing Cost, Fixed Manufacturing Cost, General Expense, dan analisa
kelayakannya tercantum pada Tabel 6.2, Tabel 6.3, Tabel 6.4, Tabel 6.5, Tabel 6.6,
Tabel 6.7.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
71
Tabel 6.2 Fixed Capital Invesment (FCI)
No Jenis Total Rp.
1 Purchase equipment cost
119.655.280.229
2 Instalasi
22.374.814.780
3 Pemipaan
67.513.825.155
4 Instrumentasi
30.444.654.871
5 Isolasi
4.790.028.386
6 Listrik
13.165.898.002
7 Bangunan
35.896.584.069
8 Tanah dan perbaikan
17.633.686.430
9 Utilitas
8.312.969.613
Physical plant cost 22.028.649.048
10.
Engineering &
construction
86.692.051.550
Direct plant cost 26.434.378.858
11. Contractor’s fee
52.015.230.930
12. Contingency
130.038.077.326
Fixed capital invesment 701.742.725.902
Tabel 6.3 Working Capital Investment (WCI)
No. Jenis Total Rp.
1. Raw material inventory 110.149.767.684
2. Inprocess inventory 774.551.349
3. Product inventory 170.401.296.724
4. Extended Credit 270.896.521.759
5. Available Cash 170.401.296.724
Working Capital Investment 722.452.062.190
Total Capital Investment (TCI)
TCI = FCI + WCI =Rp 1.424.829.051.798
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
72
Tabel 6.4 Direct Manufacturing Cost (DMC)
No. Jenis Total Rp.
1. Harga Bahan Baku 1.092.483.126.660
2. Gaji Pegawai 3.102.000.000
3. Supervisi 1.368.000.000
4. Maintenance 42.132.337.053
5. Plant Supplies 6.319.850.558
6. Royalty & Patent 135.448.260.879
7. Utilitas 1.094.487.935
Direct Manufacturing Cost 1.279.902.063.086
Tabel 6.5 Indirect Manufacturing Cost (IMC)
No. Jenis Total Rp.
1. Payroll Overhead 273.600.000
2. Laboratory 182.400.000
3. Plant Overhead 912.000.000
4. Packaging & Shipping 352.165.478.286
Indirect Manufacturing Cost 353.533.478.286
Tabel 6.6 Fixed Manufacturing Cost (FMC)
No. Jenis Total Rp.
1. Depresiasi
56.176.449.405
2. Property Tax
7.022.056.176
3. Asuransi
7.378.920.290
Fixed Manufacturing Cost
70.577.425.870
Total Manufacturing Cost(TMC)
TMC = DMC + IMC + FMC = Rp1.704.012.967.242
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
73
Tabel 6.7 General Expense (GE)
No. Jenis Total Rp
1. Administrasi
3.125.200.000
2. Sales
270.896.521.759
3. Research
216.717.217.407
4. Finance
71.603.661.935
General Expense
562.342.601.101
Total Production Cost (TPC)
TPC = TMC + GE = Rp. 2.266.503.804.415
Tabel 6.8 Analisa kelayakan
No. Keterangan Perhitungan Batasan
1.
Percent Return On Investment (% ROI)
ROI sebelum pajak 63,18% min.44%
ROI setelah pajak 44,22%
2.
Pay Out Time (POT), tahun
POT sebelum pajak 1,40 tahun max 2 tahun
POT setelah pajak 1,91 tahun
3. Break Even Point (BEP) 51,24% 40 - 60%
4. Shut Down Point (SDP) 39,27%
5. Discounted Cash Flow (DCF) 32,59% 16%
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
74
Gambar 6.2 Grafik analisa kelayakan pabrik
0
1000
2000
3000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Ha
rga
( d
ala
m m
ily
ar,
Rp
)
Kapasitas Produksi ( % )
Sales
Regulated Cost
BEP SDP
Fixed Cost
Sa
0,7
Ra
0,3
Ra
Va
Variable Cost