TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK AMONIUM NITRAT

DENGAN PROSES UHDE

KAPASITAS 160.000 TON PER TAHUN

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata satu

Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik

Oleh :

Dita Odistya Syafitri

D 500 120 029

Dosen Pembimbing :

Ir. Haryanto Abdul Rofiq, M.S.

Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

ii

iii

iv

ABSTRAK

Pabrik amonium nitrat didirikan untuk memenuhi kebutuhan amonium nitrat

di dalam maupun luar negeri. Hal tersebut didasarkan atas ketersediaan bahan

baku dan kebutuhan amonium nitrat di beberapa sektor industri. Pabrik amonium

nitrat dengan bahan baku amonia dan asam nitrat direncanakan akan didirikan di

daerah Cikampek dengan kapasitas 160.000 ton per tahun.

Proses pembuatan Amonium Nitrat dilakukan dengan proses Uhde dengan

alasan proses ini merupakan alternatif yang sangat populer karena mempunyai

biaya investasi yang paling rendah untuk menghasilkan Low Density Amonium

Nitrat. Reaksi pembentukan Amonium Nitrat ini berlangsung dalam reaktor

bubbling. Perbandingan mol Asam Nitrat dan Amonia adalah 1 : 1,01. Reaksi

berlangsung pada kondisi suhu 1400C dengan tekanan 3 atm, yang bersifat

eksotermis. Kemudian produk akan di pekatkan dengan cara menguapkan air

menggunakan evaporator jenis Long Tube Vertical.

Kebutuhan utilitas dalam tiap tahunnya berupa kebutuhan air pendingin

sebanyak 34.932,92 kg/jam, penyedia steam sebanyak 7.117,45 kg/jam. Listrik

sebanyak 145,49 kW dan bahan bakar sebanyak 6,841 m3/jam. Pabrik

direncanakan beroperasi selama 330 hari. Analisis ekonomi menunjukkan

besarnya modal tetap sebesar Rp 451.154.629.304,27 dan modal kerja sebesar Rp

223.966.932.637,34. Sedangkan keuntungan sebelum pajak sebesar Rp

80.543.222.890,54 dan keuntungan setelah pajak sebesar Rp 27.404.507.731,39.

Percent Return on Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 28,93% dan sesudah

pajak 20,25%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak 2,57 tahun dan sesudah pajak

3,31 tahun. Break Event Point (BEP) sebesar 53,0% dan Shut Down Point (SDP)

sebesar 33,65%. Dengan demikian maka pabrik layak untuk didirikan.

v

ABSTRACT

Ammonium nitrate factory was estabilished to meet the needs of

ammonium nitrate in the country and abroad. It is based on the availability of raw

materials and the need ammonium nitrate in several industrial sectors.

Ammonium nitrate factory with materials ammonia and nitric acid is planned to

be estabilished with a capacity of 160.000 ton/year.

The process of making ammonium nitrate reaction with Uhde Process

because this process is a very popular and has low investment cost to produce Low

Dencity Ammonium Nitrate. The reaction performed on Bubbling Reactor. The

mole ratio of Ammonia and Nitric Acid is 1:1,01. The temperature reaction is

140⁰C with a pressure on 3 atm which is exothermic reaction. Then the product

will be concentrated by evaporate water with evaporator type Long Tube Vertical.

Utility requirements in each year in the form of cooling water needs as

much 34.932,92 kg/h, steam provider as much 7.117,45 kg/h, 145,49 kW

electricity, and fuel as much 6,841 m3/h. The factory will be operate for 330 days.

The economic analysis shows the amount is Rp 451.154.629.304,27 and working

capital is Rp 223.966.932.637,34. Then profit before tax is Rp 80.543.222.890,54

and profit after tax is Rp 27.404.507.731,39. Percent Return on Investment (ROI)

before tax is 28,93% and after tax is 20,25%. Pay Out Time (POT) before tax is

2,57 year and after tax is 3,31 year. Break Event Point (BEP) is 53,0% and Shut

Down Point (SDP) is 33,65%. So, this plant is feasible to set up.

Keywords: Ammonium nitrate, nitric acid, ammonia, uhde proces

vi

MOTTO

“Allah tidak membebani seseorang kecuali dengan batas kemampuannya”

(terjemahan QS. Al-Baqarah:[2]: 286)

“Siapapun kamu, bagaimanapun keadaanmu, dan apapun yang terjadi denganmu

berbanggalah dengan dirimu dengan tetap menjadi dirimu sendiri”

“Be the reason someone smiles today”

“Lihat sekelilingmu ambil makna dari apa yang kamu lihat dan kamu dengar, jika

buruk jadikan hal itu menjadi baik untuk dirimu, jika baik jadikan hal itu menjadi

lebih baik lagi untuk dirimu”

(Bapakku terganteng)

“Tanamlah yang baik agar kamu dapat menuai hasil yang baik bahkan lebih baik”

(Ibuku tercantik)

vii

PERSEMBAHAN . . . .

Segala puji dan syukur tiada hentinya selalu tercurah kepada Sang Pemilik

segalanya ALLAH SWT atas semua berkah, nikmat, kesempatan yang telah

diberikan kepada ku sehingga dapat menyelesaikan tugas ini yang insha Allah

bisa menjadi awal hasil baktiku kepada kedua orang tuaku.

Bapak dan Ibu tercinta yang paling mbak sayang, terimakasih atas semua yang

sudah dengan cuma-cuma engkau berikan. Kesabaran yang tiada batas,

kepercayaan, nasehat dan dukungan yang selalu menguatkanku dalam hal apapun

sampai akhirnya mbak bisa menyelesaikannya sampai tahap akhir ini.

Terimakasih Pak, Buk, semoga ALLAH selalu memberikan kesehatan dan

mengijinkan bapak dan ibu untuk terus mendampingiku terus sampai mbak bisa

membahagiakan kalian. Adik-adikku Fetty dan Gilly terimakasih sudah

menyelipkan doa di setiap celotehan kalian yang selalu menjadi motivasiku untuk

segera menyelesaikan kewajibanku ini.

Akaak terbaik sepanjang masa ku Dini Rachmadani dan Gendut terbaikku

sepanjang masa Nosa Delayatri, terimakasih sudah selalu ada, terimakasih untuk

doa dan dukungannya. Awet terus sampe tua ya~

Sahabatku Keluarga Kusuma (Nita, Wulan, Rani, Esti, Duwi dan Tunjung)

terimakasih atas waktu dan supportnya selama ini, see you on top guys tetep

konyol sampai tua yaa.

Keluarga besar BEM FT UMS terimakasih atas semua hal kecil yang sangat

berarti besar untukku selama ini, ilmu organisasi dan soft skill yang tidak aku

dapatkan di bangku kuliah, jaga silaturahim kita dan semangat terus para pejuang

teknik!

Temen-teman Teknik Kimia angkatan 2012 yang telah bersama-sama dalam

perkuliahan. Terima kasih atas doa dan semangat dari kalian semua. See you on

top

viii

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah yang telah memberikan segala nikmat, berkah dan

karunianya dan kesepatan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas

Akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan

Asam Nitrat Kapasitas 160.000 Ton/Tahun”. Tak lupa Sholawat serta salam

penulis haturkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW yang sudah

membawa kita dari jaman jahiliyah menuju jaman yang terang benderang seperti

sekarang ini.

Tugas Prarancangan Pabrik merupakan salah satu syarat yang wajib

ditempuh untuk menyelesaikan program strata 1 di Program Sudi Teknik Kimia,

Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Pada kesempatan kali ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada

pihak-pihak yang telah memberikan dukungan, bimbingan, dan bantuan hingga

terselesaikannya laporan tugas akhir ini. Adapun pihak-pihak tersebut, antara lain:

1. Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D sebagai dekan fakultas teknik

2. Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D sebagai ketua jurusan teknik kimia

3. Ir. Haryanto Abdul Rofiq, M.S sebagai dosen pembimbing I

4. Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D sebagai dosen pembimbing II

5. Seluruh dosen dan staf Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta

6. Segenap civitas akademika dan teman-teman mahasiswa Teknik Kimia FT

UMS khususnya angkatan 2012.

Penulis berharap semoga laporan ini bermanfaat bagi semua pihak.

Surakarta, 30 Juni 2017

Penulis

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................. i

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................... ii

PERNYATAAN ........................................................................................ iii

ABSTRAK ................................................................................................ iv

MOTTO .................................................................................................... v

PERSEMBAHAN ..................................................................................... vii

KATA PENGANTAR .............................................................................. vii

DAFTAR ISI ............................................................................................. viii

DAFTAR TABEL ..................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR ................................................................................ xiii

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2 Kapasitas Pabrik ..................................................................... 2

1.2.1 Proyeksi Kebutuhan Amonium Nitrat di Indonesia . 2

1.2.2 Kapasitas Pabrik yang Sudah Ada ........................... 3

1.2.3 Ketersediaan Bahan Baku ........................................ 4

1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik ........................................................ 4

1.4 Tinjauan Pustaka .................................................................... 6

1.4.1 Pemilihan Proses Pembuatan Amonium Nitrat ........ 6

1.4.2 Macam-macam Proses Pembuatan Amonium Nitrat 7

1.4.3 Kegunaan produk ..................................................... 8

1.4.4 Sifat Fisika dan Kimia.............................................. 10

1.4.5 Tinjauan Proses ........................................................ 11

BAB II DESKRIPSI PROSES

2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ...................................... 12

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku ........................................... 12

2.1.2 Spesifikasi Produk.................................................... 12

2.2 Konsep Proses ........................................................................ 13

x

2.2.1 Dasar Reaksi ............................................................ 13

2.2.2 Mekanisme Reaksi ................................................... 13

2.2.3 Kondisi Operasi........................................................ 14

2.2.4 Reaksi ....................................................................... 14

2.2.5 Tinjauan Termodinamika ......................................... 15

2.2.6 Tinjauan Kinetika ..................................................... 17

2.3 Langkah Proses ...................................................................... 18

2.3.1 Diagram Alir Proses ................................................. 18

2.3.2 Langkah Proses ........................................................ 18

2.3.2.1 Tahap Persiapan Bahan Baku ......................... 18

2.3.2.2 Tahap Pembentukan Produk ........................... 19

2.3.2.3 Tahap Pemurnian Produk ............................... 20

2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas ............................................ 23

2.4.1 Neraca Massa ........................................................... 23

2.4.2 Neraca Panas ............................................................ 24

2.5 Tata Letak Pabrik dan Peralatan Proses ................................. 27

2.5.1 Tata Letak Pabrik ..................................................... 27

2.5.2 Tata Letak Peralatan Proses ..................................... 32

BAB III SPESIFIKASI ALAT

3.1 Tangki Penyimpanan Amonia ................................................ 35

3.2 Tangki Penyimpanan Asam Nitrat ......................................... 35

3.3 Tangki Penyimpanan Amonium Nitrat .................................. 36

3.4 Reaktor ................................................................................... 36

3.5 Evaporator .............................................................................. 37

3.6 Heater 1 .................................................................................. 37

3.7 Heater 2 .................................................................................. 38

3.8 Cooler ..................................................................................... 39

3.9 Condensor............................................................................... 40

3.10 Expander ............................................................................... 40

3.11 Pompa – 01 ............................................................................ 41

3.12 Pompa – 02 ............................................................................ 41

xi

3.13 Pompa – 03 ............................................................................ 42

3.14 Pompa – 04 ............................................................................ 43

3.15 Pompa – 05 ............................................................................ 43

3.16 Pompa – 06 ............................................................................ 44

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM

4.1 Unit Pendukung Proses (Utilitas) ........................................... 45

4.1.1 Unit Pengadaan Air .................................................. 45

4.1.2 Pengadaan Listrik ..................................................... 53

4.1.3 Pengadaan Bahan Bakar ........................................... 55

4.1.4 Kebutuhan Uap Air .................................................. 55

4.1.5 Unit Pengolahan Limbah ......................................... 59

4.1.6 Spesifikasi Alat-alat Utilitas .................................... 65

4.2 Laboratorium .......................................................................... 76

4.2.1 Macam-macam Laboratorium .................................. 76

4.2.2 Kelompok Kerja Laboratorium ................................ 77

4.2.3 Penanganan Sampel ................................................. 78

4.2.4 Prosedur Analisa ...................................................... 78

4.2.5 Metode Analisa ........................................................ 79

4.2.6 Alat Laboratorium .................................................... 79

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN

5.1 Bentuk Perusahaan ................................................................. 80

5.1.1 Jenis Bentuk Perusahaan .......................................... 80

5.1.2 Pemilihan Bentuk Perusahaan .................................. 80

5.2 Struktur Organisasi ................................................................. 81

5.3 Tugas dan Wewenang ............................................................ 84

5.3.1 Pemegang Saham ..................................................... 84

5.3.2 Dewan Komisaris ..................................................... 84

5.3.3 Dewan Direksi.......................................................... 84

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ........................................... 90

5.5 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji .............. 91

5.5.1 Jabatan dan Prasyarat ............................................... 91

xii

5.5.2 Penggolongan Gaji Karyawan ................................. 92

5.5.3 Kesejahteraan Karyawan .......................................... 93

5.6 Manajemen Produksi .............................................................. 94

5.6.1 Perencanaan Produksi .............................................. 94

5.6.2 Pengendalian Produksi ............................................. 95

BAB VI ANALISA EKONOMI

6.1 Perhitungan Biaya .................................................................. 97

6.1.1 Investasi Modal ........................................................ 99

6.1.2 Biaya Produksi ......................................................... 100

6.1.3 Pengeluaran Umum .................................................. 100

6.2 Analisis Kelayakan ................................................................. 100

6.2.1 Percent Return On Investment (ROI) ....................... 100

6.2.2 Pay Out Time (POT) ................................................ 101

6.2.3 Break Even Point (BEP) .......................................... 101

6.2.4 Shut Down Point (SDP) ........................................... 101

6.3 Hasil Perhitungan ................................................................... 102

6.3.1 Total Fixed Capital Investment ................................ 102

6.3.2 Working Capital ....................................................... 102

6.3.3 Manufacturing Cost ................................................. 103

6.4 General Expenses ................................................................... 103

6.5 Analisa Ekonomi .................................................................... 104

6.5.1 Shut Down Point ...................................................... 106

6.5.2 Discounted Cash Flow ............................................. 106

BAB VII PENUTUP

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Data Produksi Pabrik Amonium Nitrat di Indonesia .................. 2

Tabel 2. Data Impor Amonium Nitrat ....................................................... 3

Tabel 3 Kapasitas Pabrik yang Sudah Ada ............................................... 3

Tabel 4 Sifat Fisis Bahan Baku dan Produk Amonium Nitrat .................. 10

Tabel 5 Neraca massa di sekitar Reaktor .................................................. 23

Tabel 6 Neraca massa di sekitar Evaporator ............................................. 23

Tabel 7 Neraca massa total ....................................................................... 24

Tabel 8 Neraca panas di sekitar Reaktor ................................................... 24

Tabel 9 Neraca panas di sekitar Heat Exchanger – 01 .............................. 25

Tabel 10 Neraca panas di sekitar Heat Exchanger – 02 ............................ 25

Tabel 11 Neraca panas di sekitar Evaporator ............................................ 25

Tabel 12 Neraca panas di sekitar Cooler................................................... 26

Tabel 13 Neraca panas di sekitar Condensor ............................................ 26

Tabel 14 Kebutuhan Air Pendingin .......................................................... 47

Tabel 15 Kebutuhan Air untuk Steam ....................................................... 48

Tabel 16 Daftar Kebutuhan Listrik untuk Proses ...................................... 54

Tabel 17 Daftar Kebutuhan Listrik untuk Utilitas .................................... 54

Tabel 18 Jadwal Pembagian Karyawan Shift ........................................... 91

Tabel 19 Jabatan dan Prasyarat ................................................................. 91

Tabel 20 Penggolongan Gaji Karyawan ................................................... 92

Tabel 21 Cost index chemical plant .......................................................... 98

Tabel 22 Total Fixed Capital Investment .................................................. 102

Tabel 23 Working Capital ......................................................................... 102

Tabel 24 Manufacturing Cost ................................................................... 103

Tabel 25 General Expenses ....................................................................... 103

Tabel 26 Variable Cost ............................................................................. 105

Tabel 27 Regulated Cost ........................................................................... 105

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 Diagram Alir Proses ................................................................. 22

Gambar 2 Layout Pabrik .................................................................................. 31

Gambar 3 Layout Peralatan Proses ........................................................... 34

Gambar 4 Blok Diagram Pengolahan Limbah Pabrik Amonium Nitrat ... 63

Gambar 5 Diagram Alir Pengolahan Air .................................................. 64

Gambar 6 Struktur Organisasi ................................................................... 83

Gambar 7 Hubungan Tahun dengan Cost Index ....................................... 99

Gambar 8 Analisis kelayakan ekonomi pabrik Amonium Nitrat .............. 107