bab i pendahuluan 1.1.latar belakang pendirian pabrikeprints.ums.ac.id/53433/15/naskah bab i.pdf ·...

Tugas Akhir

Prarancangan Pabrik Ferrosulfate Heptahydrate dari Pickling Liquor dan Asam Sulfat Kapasitas 25.000 ton/tahun

Esti Rahayu Teknik Kimia UMS D 500 120 010

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang Pendirian Pabrik

Perkembangan industri di Indonesia semakin lama semakin meningkat, hal

ini disebabkan karena terbukanya pasar bebas di seluruh dunia. Semakin

majunya semua sektor industri di Indonesia, termasuk salah satunya adalah

industri kimia yang semakin banyak berdiri di Indonesia. Sektor industri

sangat membantu pertumbuhan ekonomi dalam suatu negara, tetapi industri

juga akan menyebabkan limbah yang akan merusak lingkungan. Oleh karena

itu harus ada pengolahan limbah yang tepat agar limbah tersebut menjadi

berguna dan bermanfaat.

Buangan limbah baja atau biasa disebut juga dengan pickling liquor

merupakan limbah yang menjadi masalah pencemaran lingkungan. Oleh

karena itu perlu diupayakan secara teknis dan ekonomis proses-proses

pengolahan limbah pickling liquor.

Industri Ferrosulfate Heptahydrate merupakan industri yang tepat untuk

pengolahan limbah pickling liquor. Dalam perdagangan Ferrosulfate

Heptahydrate biasa disebut juga dengan green copperas. Penggunaan

Ferrosulfate Heptahydrate biasa digunakan dalam industri tekstil, farmasi,

bahkan pembuat tinta dan masih banyak lagi yang lainnya.

Ferrosulfate Heptahydrate (green copperas) merupakan salah satu bahan

kimia yang tepat untuk di produksi di Indonesia, ini dikarenakan banyaknya

permintaan pasar dengan bahan tersebut. Sampai saat ini di Indonesia masih

sedikit pabrik Ferrosulfate Heptahydrate, sehingga untuk memenuhi

kebutuhan dalam negeri haruslah mengimpor dari luar negeri. Oleh karena itu

perlu didirikan pabrik Ferrosulfate Heptahydrate yang diharapkan dapat

memberikan keuntungan sebagai berikut:

2 Tugas Akhir



1. Dapat memenuhi kebutuhan Ferrosulfate Heptahydrate dalam negeri.

2. Mengurangi limbah pabrik baja karena bahan utama dari Ferrosulfate

Heptahydrate itu sendiri adalah limbah pabrik baja.

3. Memberikan kesempatan untuk berdirinya pabrik lain yang akan

menggunakan bahan dari Ferrosulfate Heptahydrate.

1.2.Penentuan Kapasitas Produksi

Kapasitas produksi biasa disebut juga dengan jumlah maksimum output

yang dapat diproduksi dalam satuan waktu tertentu. Ada beberapa faktor yang

mempengaruhi dalam pemilihan kapasitas produksi pabrik Ferrosulfate

Heptahydrate, antara lain:

1. Proyeksi Kebutuhan Ferrosulfate Heptahydrate

Pabrik Ferrosulfate Heptahydrate yang sudah berdiri kapasitasnya

berbeda-beda setiap pabrik. Penentuan kapasitas yang akan didirikan juga

dipengaruhi oleh kapasitas pabrik sejenis yang sudah didirikan

sebelumnya. Kapasitas pabrik yang sudah didirikan dapat dilihat pada

tabel 1.1.

Tabel 1.1. Kapasitas pabrik yang sudah didirikan

Produser Kapasitas (ton/tahun)

Add-Iron Corporation, North Lima,

Ohio

15.000 ton/tahun

Crown Technology, Indianapolis, India 21.000 ton/tahun

Mineral King Minerals, Hanford,

California

10.000 ton/tahun

QC Corporation, Cape Girardeau,

Monaco

45.000 ton/tahun

2. Kebutuhan Dalam Negeri

Kebutuhan import Ferrosulfate Heptahydrate di Indonesia dapat dilihat

pada tabel 1.2.

3 Tugas Akhir



Tabel 1.2. Import Ferrosulfate Heptahydrate di Indonesia

Tahun Jumlah (Ton)

2010 7.447,655

2011 10.424,747

2012 12.391,583

2013 13.536,176

2014 11.994,739

(BPS, 2010-2014)

Dari tabel 1.1 dibuat grafik prediksi kenaikan linier impor FeSO4.7H2O di

Indonesia seperti pada gambar 1.1.

Gambar 1.1 Prediksi Kenaikan Linier Jumlah Import Ferrosulfate

Heptahydrate di Indonesia.

Kenaikan import Ferrosulfat Heptahydrate di Indonesia, dianggap linier, y=

mx+c.

dimana:

y = 1220.6x + 7497.3

6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

13000

14000

2010 2011 2012 2013 2014

jum

lah

(to

n)

tahun

Data kenaikan impor FeSO4.7H2O

Series2

Linear (Series2)

4 Tugas Akhir



Dengan x= tahun dan y= jumlah import per tahun (ton), maka dari data di atas

diambil sampai dengan tahun 2014 sehingga di peroleh harga m= 1220 dan

c= 7497. Maka persamaan garisnya akan menjadi y= 1220x + 7497. Jumlah

import per tahun dapat diperkirakan dengan memasukkan nilai x= 2020,

sehingga diperoleh jumlah import sebesar 24.718,97 ton/tahun.

Dengan demikian maka kapasitas produksi yang direncanakan sebesar 25.000

ton/tahun dengan pertimbangan:

1. Proyeksi Kebutuhan Ferrosulfate Heptahydrate di Indonesia

Dari tabel 1.1 menunjukkan bahwa kebutuhan Ferrosulfate Heptahydrate

cenderung mengalami peningkatan pada berbagai negara, sehingga akan

diperkirakan produksi Ferrosulfate Heptahydrate pada tahun 2020 akan

semakin meningkat.

2. Kapasitas Pabrik Minimum

Kapasitas pabrik Ferrosulfate Heptahydrate yang sudah beroperasi

memiliki kapasitas antara 10.000-45.000 ton/tahun, sehingga kapasitas

produksi sebesar 25.000 ton/tahun layak untuk didirikan.

3. Ketersediaan Bahan Baku

Bahan baku pembuatan Ferrosulfate Heptahydrate adalah pickling

liquor dan asam sulfat yang dapat diperoleh dari PT. Bangun Sarana

Baja dan PT. Ispat Indo, sedangkan asam sulfat diperoleh dari PT.

Petrokimia Gresik.

1.3.Penentuan Lokasi Pabrik

Letak geografis suatu pabrik mempengaruhi suksesnya suatu usaha. Oleh

karena itu dalam pemilihan lokasi pabrik haruslah memperhatikan pertimbangan

dari segi ekonomis maupun teknis.

Faktor-faktor yang menjadi pertimbangan dalam menentukan lokais pabrik

antara lain penyediaan bahan baku, pemasaran produk, transportasi, utilitas,

tenaga kerja, kebijakan pemerintah dan prasarana lain. Pada perancangan pabrik

Ferrosulfate Heptahydrate berencana akan didirikan di Gresik, Jawa Timur

dengan pertimbangan sebagai berikut:

5 Tugas Akhir



Gambar 1.2. Peta Lokasi Pabrik Ferrosulfate Heptahydrate

1.3.1. Ketersediaan Bahan Baku

Bahan baku utama yaitu pickling liquor yang diperoleh dari PT. Bangun

Sarana Baja dan PT. Ispat Indo, sedangkan asam sulfat diperoleh dari PT.

Petrokimia Gresik.

1.3.2. Pemasaran Produk

Faktor lain yang diperhatikan adalah letak daerah pabrik yang

membutuhkan Ferrosulfate Heptahydrate. Pabrik yang membutuhkan

Ferrosulfate Heptahydrate di sekitar Gresik dapat dilihat pada tabel 1.3.

Tabel 1.3. Konsumen Ferrosulfate Heptahydrate di Indonesia

Industri Lokasi

PT. Colorpark Indonesia Sidoarjo, Jawa Timur

PT. Intimas Wisesa Surabaya, Jawa Timur

PT. Eastentex Pandaan, Jawa Timur

PT. Tekstil Kasrie Pasuruan, Jawa imur

1.3.3. Tenaga Kerja

Gresik merupakan daerah industri dengan kepadatan penduduk yang

cukup tinggi, sehingga di Gresik akan menjamin ketersediaan tenaga kerja

yang terampil dan murah. Namun ada beberapa hal yang perlu

diperhatikan juga yaitu antara lain kuantitas tenaga kerja, kualitas tenaga

kerja, besar upah minimum, jam kerja, keahlian, dan produktifitas kerja.

1.3.4. Penyediaan Sarana Utilitas

6 Tugas Akhir



Sarana utilitas diperlukan bagi kelancaran proses produksi dalam suatu

pabrik antara lain air, tenaga listrik, penyediaan uap dan udara tekan.

1.3.5. Sarana Transportasi

Sarana transportasi sangat diperlukan dalam proses peneydiaan bahan

baku dan pemasaran produk. Dengan lokasi pabrik di Gresik yang terdapat

jalan raya, rel kereta api dan pelabuhan laut yang memadai maka

pemilihan lokasi dirasa sudah tepat.

1.3.6. Kebijakan Pemerintah

Pendirian pabrik memerlukan pertimbangan faktor kepentingan

pemerintah yang terkait di dalamnya. Kebijaksanaa pengembangan

industri dan hubungannya dengan pemerataan kesempatan kerja serta

hasil-hasil pembangunan.

1.4.Tinjauan Pustaka

1.4.1. Macam-Macam Proses

Proses pembuatan Ferrosulfate Heptahydrate dapat dilakukan dengan dua

macam proses yaitu:

1. Hasil samping pembuatan Titanium Dioksida

Pada proses ini konsentrat ilemenit direaksikan dengan asam sulfat 80-

90%. Operasi ini dapat dilakukan secara kontinyu maupun secara

batch. Pada suhu 1600

C terjadi reaksi eksoterm. Reaksi yang terjadi:

FeTiO3 + 2H2SO4 TiOSO4 + FeSO4 + H2O…………………...(1)

Untuk mengurangi kandungan asam ditambahkan besi ke dalam

larutan. Reaksi yang terjadi adalah:

2TiOSO4 + Fe + 2H2SO4 Ti2(SO4)3 + FeSO4 + 2H2O …...(2)

Setelah dilakukan pendinginan terjadi endapan Ferrosulfate berbentuk

Kristal. Perubahan struktur karena pendingin yaitu:

FeSO4 + 2H2O FeSO42H20 FeSO4 + 4H2O

FeSO47H2O…………………………………………………………..(3)

160 0C

64 0C

56 0C

7 Tugas Akhir



Titanium Sulfat berubah kembali menjadi asam metatitanic dan

mengendap dengan penambahan air. Reaksi yang terjadi yaitu:

TiOSO4 + 2H2O H2TiO3 + H2SO4 …………………………...(4)

Endapan dibakar untuk menghilangkan air dan residu SO3.

Pembakaran dilakukan di atas suhu 9500C dan akan menghasilkan

titanium dioksida, TiO2 (Kirk&Othmer, 1997).

2. Proses Steel-Pickling

Proses pembuatan Ferrosulfate Heptahydrate dari pickling liquor dan

asam sulfat dilakukan di dalam reaktor alir berpengaduk yang

beroperasi pada temperature 85 0C. Kondisi operasi dijaga pada

temperature 85 0C, hal ini dikarenakan agar tidak terjadi oksidasi

Ferrosulfate menjadi Ferrisulfate. Waktu reaksi yang dibutuhkan

selama 4 jam (US Patent, 0281732). Tekanan operasi sebesar 1 atm,

karena pada tekanan ini sudah bias menghasilkan produk maka dengan

kenaikan tekanan tidak akan berpengaruh. Pada kondisi ini kemurnian

produk yang dihasilkan adalah sebesar 99% berat. Kemudian hasil

reaksi di reaktor akan dipekatkan dalam evaporator pada suhu 100 0C

dan tekanan 1 atm. Kemudian proses dilanjutkan dengan pengkristalan

sampai dengan suhu 35 0C dengan waktu pendinginan kristalisasi

selama 4-9 jam. Kemudian kristal disaring dan larutan induk

dikembalikan ke dalam evaporator. Kristal kemudian akan pecah dan

di saring, kemudian dikeringkan dengan udara panas pada suhu 50 0C

dalam rotary dryer (US Patent, 0281732).

Kelemahan dan kelebihan pembuatan Ferrosulfate Heptahydrate dapat

dilihat pada tabel berikut:

8 Tugas Akhir



Tabel 1.4. Kelemahan dan Kelebihan Pembuatan Ferrosulfate

Heptahydrate

No Proses Kelemahan Kelebihan

1. Hasil

samping

Titanium

Dioksida

a. Membutuhkan

pengontrol yang

tepat karena reaksi

terjadi pada

temperatur yang

relatif tinggi.

b. Proses lebih rumit

dan tidak efisien

a. Operasi dapat

dilakukan secara

kontinyu dan

batch

2. Proses

Steel-

Pickling

a. Operasi dilakukan

secara kontinyu

b. Bahan baku

diperoleh hanya

dari limbah baja,

sehingga

kemungkinan

diperoleh terbatas

a. Bahan baku dari

limbah pabrik

baja, sehingga

harga bahan

baku lebih

terjangkau

b. Pemanfaatan

limbah pickling

liquor berarti

mengurangi

pencemaran

lingkungan

c. Konversi yang

dihasilkan

mencapai 93%

Dari kedua proses diatas, maka dipilih proses steel-pickling karena lebih

menguntungkan.

1.4.2. Kegunaan Produk

Kegunaan Ferrosulfate Heptahydrate antara lain adalah sebagai berikut:

9 Tugas Akhir



1. Water Treatment

Ferrosulfate Heptahydrate digunakan sebagai koagulan, menghasilkan

flok yang berat dan cepat mengendap.

2. Pembuatan Tinta Cetak

Ferrosulfate Heptahydrate digunakan sebagai pengental tinta.

3. Industri Tekstil

Ferrosulfate Heptahydrate digunakan untuk proses pencampuran warna

tekstil.

4. Iron Oxide Pigment

Ferrosulfate Heptahydrate digunakan sebagai bahan baku produksi

iron oxide pigment.

5. Garam Ferrousulfat

Ferrosulfate Heptahydrate digunakan untuk menentukan air kristal

dalam Garam Mohr hasil sintesa.

1.4.3. Sifat Fisis dan Kimia

1.4.3.1.Bahan Baku

a. Pickling Liquor

Pickling liquor mempunyai kandungan FeCl2, HCl, dan H2O. Tetapi

yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan bahan baku

Ferrosulfate Heptahydrate adalah FeCl2. Berikut ini adalah sifat fisika

dan kimia FeCl2.

Sifat Fisika:

- Berat molekul : 162,2 g/mol

- Wujud : Cairan

- Densitas : 1,7117 g/ml

- Titik Lebur (Pada P= 1atm) : 306 0C

- Titik Didih (Pada P= 1atm) : 315 0C

- Kapasitas Panas (Cp) : 162,819 kJ/mol.K

- Konduktivitas Termal (K) : 0,011 w/m.K

- Tekanan Uap (P0) : 14,002 mmHg

10 Tugas Akhir



- Viskositas (µ) : 1,551 centipoise pada 25 0C

- Panas Pelarutan (ΔH0f) : -81,9 kkal/mol

- Panas Penguapan (ΔH0uap) : 209,88 J/mol

- ΔG : 72,6 kkal/mol

(Yaws, 1999)

Sifat Kimia:

- Merupakan asam Lewis yang relatif kuat

- FeCl2 bereaksi dengan cepat terhadap oksalat

- Larut dalam air, alcohol

- Tidak larut dalam eter

- Bersifat higroskopis

(Kirk&Othmer, 1997)

b. Asam Sulfat

Sifat Fisika:


- Wujud : Cairan bening tak berwarna



- Titik Didih (Pada P= 1atm) : 337 0C


- Konduktivitas Termal (K) : 0,360 w/m.K

- Tekanan Uap (P0) : 2,126 mmHg

- Viskositas (µ) : 23,54 centipoise pada 25 0C

- Panas Pelarutan (ΔH0f) : -193,69 kkal/mol

- Panas Penguapan (ΔH0uap) : 43,231 J/mol

- ΔG : -156,81 kkal/mol

- Kemurnian : 98%

(Yaws, 1999)

11 Tugas Akhir



Sifat Kimia:

- Dapat bereaksi dengan air, basa, asam lemah dan logam.

H2SO4 + H20 H3O+ + HSO4

-

C4O + H2SO4 C4SO4 + H2O

Fe + H2SO4 H2 + FeSO4

(Kirk&Othmer, 1997)

1.4.3.2.Produk

a. Ferrosulfate Heptahydrate (FeSO4.7H20)

Sifat Fisika:



- Wujud : Kristal biru kehijauan


- Titik Didih (Pada P= 1atm) : 167 0 C


- Panas Pembentukan (ΔH0f) : -221,3 kkal/mol, pada 25

0C

- ΔG : -195,5 kkal/mol

- Indeks Bias (nD) : 1,478

(Yaws, 1999)

Sifat Kimia:

- Larut dalam air

- Tidak larut dalam alcohol

- Tidak berbau

- Bersifat higroskopis dan mudah kehilangan dua molekul hidrogen

menjadi FeSO4.5H2O bila kelebihan panas.

(Kirk&Othmer, 1997)

12 Tugas Akhir



Gambar 1.3. Produk Ferrosulfate Heptahydrate

1.4.4. Tinjauan Proses

Proses pembuatan Ferrosulfate Heptahydrate dari pickling liquor

dan asam sulfat dimulai dari pengenceran asam sulfat 98% yang berasal

dari tangki penyimpanan hingga menjadi konsetrasi 30% di dalam sebuah

tangki pencampur/mixer yang kemudian diumpankan ke reaktor. Pickling

liquor yang berasal dari tangki penyimpanan juga dialirkan ke dalam

reaktor.

Di dalam reaktor, akan terjadi reaksi antara asam sulfat dan

pickling liquor pada suhu 85°C dan pada tekanan 1 atm. Reaksi yang

terjadi dalam reaktor adalah reaksi endotermis sehingga untuk menjaga

suhu agar tetap 85°C perlu dilakukan pemanasan menggunakan steam

yang dilewatkan pada koil. Hasil reaksi kemudian dialirkan menuju

evaporator yang berfungsi untuk menguapkan sebagian air yang

terkandung. Di dalam evaporator, air dan asam klorida diuapkan pada suhu

100oC. Senyawa yang tidak menguap kemudian dialirkan menuju

kristaliser untuk proses pembentukan kristal. Kristal yang terbentuk masih

tercampur dengan mother liquornya oleh karena itu dilakukan tahap

pemisahan dengan melewati centrifuge dan dryer.

Didalam centrifuge kristal yang terbentuk dipisahkan dengan

mother liquornya dengan bantuan air pencuci. Kemudian kristal yang lolos

akan dilanjutkan dengan proses pengeringan di dalam dryer sehingga

diperoleh produk dengan kemurnian 99%.

bab i pendahuluan 1.1.latar belakang pendirian pabrikeprints.ums.ac.id/53433/15/naskah bab i.pdf ·...

Documents