NASKAH PUBLIKASI
PRARANCANGAN PABRIK ALUMINIUM FLUORIDA DARI
ASAM FLUOSILIKAT DAN ALUMINIUM HIDROKSIDA
KAPASITAS 40.000 TON/TAHUN
Oleh:
VIRMAN HANDOYO
D500110028
Dosen Pembimbing:
Eni Budiyati, S.T., M.Eng.
Kun Harismah, Ph.D.
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SURAKARTA
2016
ABSTRAKSI
Produk AlF3 dibutuhkan oleh industri peleburan Al untuk menurunkan
titik lebur Al, sehingga besar kebutuhan bahan bakar untuk panas peleburan dapat
dikurangi. Kebutuhan AlF3 semakin meningkat dari tahun ke tahun, khususnya
negara-negara maju yang memiliki banyak industri Al di dalamnya seperti Cina dan
India. Pabrik ini akan didirikan pada tahun 2020 di daerah Gresik dengan
bahan baku H2SiF6 dan Al(OH)3 berkapasitas produksi sebesar 40.000 ton/tahun.
Reaktor yang digunakan adalah reaktor CSTR (Continuous Stirred Tank
Reaktor) yang berlangsung eksotermis pada fase padat-cair dengan kondisi
operasi 70oC dan tekanan 1 atm. Proses utama selanjutnya adalah kristalisasi dan
pengeringan. Untuk memproduksi AlF3 dengan kapasitas 5.050,505 kg/jam
dibutuhkan H2SiF6 sebanyak 8.477,641 kg/jam dan Al(OH)3 sebanyak 4.518,540
kg/jam. Sedangkan kebutuhan utilitas air sebanyak 2.653,772 kg/jam, steam
sebanyak 2.666,488 kg/jam, listrik sebanyak 1.212,123 kW, udara tekan sebanyak
115,582 kg/jam, bahan bakar solar sebanyak 69,986 liter/jam dan propana
sebanyak 553,510 kg/jam. Pabrik beroperasi selama 330 hari dengan jumlah
karyawan 202 orang. Analisis ekonomi menunjukkan besarnya Percent Return on
Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 35,5% dan sesudah pajak sebesar 26,6%.
Pay Out Time (POT) sebelum pajak selama 2,20 tahun dan sesudah pajak selama
2,73 tahun. Break Event Point (BEP) sebesar 49,38%, Shut Down Point (SDP)
sebesar 27,97% dan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 34,91%.
Berdasarkan hasil di atas serta mempertimbangkan beberapa aspek seperti
kondisi operasi alat dengan tekanan atmosferis dan suhu rendah, bahan baku tidak
bersifat volatil dan higroskopis, limbah tidak merusak lingkungan serta letak
pendirian pabrik di daerah non-konflik, maka pabrik AlF3 ini menguntungkan dan
layak untuk didirikan.
Kata kunci: aluminium fluorida, aluminium hidroksida, asam fluosilikat
ABSTRACT
AlF3 products needed by industry consolidation Al to lower the melting point
of Al, so a great need for fuel for the heat of fusion can be reduced. AlF3 needs is
increasing from year to year, particularly the developed countries that have a lot of
industries Al in it such as China and India. This factory will be established in 2020 in
Gresik with raw materials H2SiF6 and Al(OH)3 with production capacity of 40,000
tons/year.
The reactor used is a reactor CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) which
took place in the exothermic solid-liquid phase with the operating conditions of 70°C
and a pressure of 1 atm. The next main process is crystallization and drying. To
produce AlF3 with a capacity of 5050.505 kg / h takes H2SiF6 much as 8477.641 kg /
hr and Al(OH)3 as much as 4518.540 kg/hour. While the need for water utilities as
much as 2653.772 kg/hour of steam as much as 2666.488 kg/hour, as much as
1212.123 kW of electricity, compressed air as much as 115.582 kg/hour, the diesel
fuel as much as 69.986 liters/hour and propane as much as 553.510 kg/hour. The
factory operated for 330 days with the number of employees 202 people. The
economic analysis shows the Percent Return on Investment (ROI) before tax of
35.5% and 26.6% after tax. Pay Out Time (POT) before taxes for 2.20 years and 2.73
years after tax for. Break Event Point (BEP) amounted to 49.38%, Shut Down Point
(SDP) 27.97% and the Discounted Cash Flow (DCF) of 34.91%.
Based on the above results and to consider several aspects such as operating
conditions instrument with atmospheric pressure and low temperature, the raw
material is not volatile and hygroscopic, waste does not damage the environment and
location of the establishment of factories in the area of non-conflict, the plant AlF3 is
profitable and feasible to set.
Keyword: aluminium fluoride, aluminium hydroxide, fluosilicic acid
A. PENDAHULUAN
1. Latar Belakang Pendirian Pabrik
Aluminium sering dijumpai dalam keseharian karena merupakan bahan
baku peralatan dapur, kaleng susu, kembang api, konduktor listrik, industri
properti, otomotif dan masih banyak barang lainnya yang berbahan dasar
aluminium fluorida. Karena saat ini industri otomotif dan properti sangat
berkembang pesat di Indonesia maka pendirian pabrik aluminium fluorida akan
menjadi jalan keluar yang tepat dan memiliki prospek yang baik.
Saat ini Aluminium fluorida hanya diproduksi oleh PT. Petrokimia Gresik
untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri yang sangat banyak, karena untuk
menghasilkan 1 ton Aluminium diperlukan sekitar 40 kg aluminium fluorida.
Sehingga produsen aluminium masih sering melakukan impor aluminium
fluorida agar produksi tetap berjalan, oleh karena itu pendirian pabrik
aluminium fluorida sangat berpeluang dan dimungkinkan untuk didirikan di
Indonesia.
2. Kapasitas Produksi
Kapasitas produksi dirancang sebanyak 40.000 ton/tahun untuk memenuhi
pasar dalam dan luar negeri, penentuan kapasitas didasarkan pada kebutuhan
yang digunakan di dalam negeri maupun di ekspor ke luar negeri pada tahun
2009-2013 (Tabel 1) dan produksi pabrik yang telah berdiri (Tabel 2).
Tabel 1. Data Konsumsi AlF3 di Indonesia dan Luar Negeri (BPS, 1999-2013)
No. Tahun Jumlah (Ton)
Dalam negeri Luar negeri
1 1999 0 1.250
2 2000 31 2.216
3 2001 33 0
4 2002 0 2.040
5 2003 0 2.096
6 2004 0 1.891
7 2005 20 2.862
8 2006 20 3.000
9 2007 0 3.400
10 2008 180 3.104
11 2009 0 3
12 2010 6 3.980
13 2011 235 2.142
14 2012 115 2.600
15 2013 85 1.663
Tabel 2. Data Pabrik Penghasil Aluminium Fluorida
No. Nama Perusahaan Kapasitas
(Ton/tahun) Lokasi
1 Alufluor (2011) 24.000 Sweden
2 MexiChem (2011) 60.000 Meksiko
3 Arab Mining co. (2008) 41.000 Tunisia
4 Aohan Yinyi Mininh co, Ltd. (2013) 30.000 China
5 Boliden Odda ( 2014) 40.000 Norway
6 Fluorsid co. (2014) 90.000 Italia
7 Gulf Fluor (2014) 60.000 UEA
8 Petrokimia Gresik (2014) 11.275 Indonesia
9 Rio Tinto Alcan (2014) 60.000 Canada
3. Pemilihan Proses
Proses yang digunakan untuk memproduksi aluminium fluorida terdiri dari
3 macam (Tabel 3).
Tabel 3. Pemilihan Proses Berdasarkan Aspek Teknis dan Ekonomi
Parameter Proses 1 Proses 2 Proses 3
Bahan baku H2SiF6.SiF4
H2SO4 Al2O3
H2SiF6
Al(OH)3
CaF2 H2SO4
Al2O3
Konsumsi energi Besar Sedang Besar
Kemurnian produk 92% 95% 92%
Persedian bahan baku
Melimpah
tersedia di
Indonesia
Melimpah
tersedia di
Indonesia
Melimpah
import dari
China
Investasi ekonomi Besar Sedang Besar
Berdasarkan Tabel 3 disimpulkan untuk menggunakan proses 2 dengan
pertimbangan persediaan bahan baku yang melimpah dan terdapat di Indonesia
sehingga tidak memerlukan biaya transportasi yang mahal.
B. DESKRIPSI PROSES
1. Proses Produksi Aluminium Fluorida
Proses produksi aluminium fluorida dengan bahan asam fluosilikat dan
aluminium hidroksida dilakukan dengan mereaksikan keduanya di dalam
reaktor, setelah reaksi terbentuk kemudian dilakukan proses kristalisasi untuk
mendapatkan padatan aluminium fluorida. Apabila padatan telah terbentuk
proses selanjutnya adalah pengeringan menggunakan rotary dryer, selain
proses-proses tersebut terdapat proses tambahan yang bertujuan mendapatkan
kemurnian produk dengan kadar tinggi.
2. Kondisi Operasi Reaktor
Pada reaktor terjadi proses pencampuran asam fluosilikat dan aluminium
hidroksida (Persamaan 1).
H2SiF6 + 2Al(OH)3 2AlF3 + SiO2 + 4H2O ......................................... (1)
Reaktor bersifat isothermal (suhu 70°C dan tekanan 1 atm), dengan tujuan
menjaga kualitas produk yang akan diproduksi. Perbandingan asam fluosilikat
dan aluminium hidroksida dalam reaktor adalah 2:1 (Karlstrom, 2002).
3. Tinjauan Termodinamika
Suatu reaksi dapat dikatakan eksotermis ataupun endotermis apabila reaksi
tersebut menghasilkan panas ataupun melepas panas, hal tersebut dapat
diketahui dengan menghitung tinjauan termodinamika. Terjadinya perubahan
entalpi selama reaksi tersebut berlangsung pada suhu standar 298K akan
menunjukkan besarnya nilai ΔH°R dengan memperhatikan persamaan 1.
a. Menentukan nilai ΔH°R
ΔH°R 298 = ΔH°f produk - ΔH°f reaktan
Tabel 4. Nilai ΔH°f 298 Setiap Komponen Keadaan Standar (Karlstrom, 2002)
Komponen ΔH°f 298 (kJ/mol)
AlF3
Al(OH)3
H2O
H2SiF6
SiO2
-1.510.000
-1.276.000
-286.000
-2.331.300
-847.300
Sehingga dihasilkan ΔH°R 298 sebesar -135.804.737,191 kJ/mol yang artinya
bersifat eksotermis (menghasilkan panas).
b. Menentukan nilai ΔG°R
ΔG°R 298 = ΔG°f produk - ΔG°f reaktan
Tabel 5. Nilai ΔG°f 298 Setiap Komponen Keadaan Standar (Karlstrom, 2002)
Komponen ΔG°f 298 (kJ/mol)
AlF3
Al(OH)3
H2O
H2SiF6
SiO2
-1.431,1
-2.287,39
-228,60
2.175,93
-856,30
Sehingga diperoleh hasil perhitungan ΔG°R 298 sebesar – 1.034,05 kJ/mol yang
artinya reaksi tersebut berjalan secara spontan.
C. SPESIFIKASI ALAT UTAMA PROSES
1. Filter
Tabel 4. Spesifikasi Filter
Kode H-130
Fungsi Memisahkan H2SiF6 dari padatan pengotor untuk recycle
Tipe Sand filter berbentuk tangki silinder vertikal berisi
tumpukan pasir dan kerikil
Bahan Carbon steel type SA-283 grade C
Rate umpan 0,563 ton/jam
Debit 20,203 ft3/jam
Tinggi 0,581 m
Diameter 0,290 m
Jumlah 1 buah
2. Kristalizer
Tabel 6. Spesifikasi Kristalizer
Kode S-120
Fungsi Membentuk kristal AlF3.3H2O dari AlF3
dan H2O
Tipe Stirred tank crystallizer dilengkapi dengan
jaket dan tutup atas berupa torispherical
dished head dan bawah berupa konis
terpancung
Bahan Carbon steel SA 283 grade B
Kondisi operasi
- Suhu (T) 65 °C
- Tekanan (P) 1 atm
Volume 97,003 ft3
Tekanan desain 16,232 psi
Dimensi
- Silinder
Diameter dalam 1,514 m
Diameter luar 1,524 m
Tinggi 2,271 m
Tebal 0,187 in
- Tutup atas
Tipe Torispherical dished head
Tebal 0,187 in
Tinggi 0,256 m
- Tutup bawah
Tipe Konis terpancung
Tebal 0,187 in
Tinggi 0,356 m
- Tinggi total 2,939 m
- Jaket pendingin
Diameter dalam jaket 68,000 in
Diameter luar jaket 68,500 in
Tinggi jaket 2,683 m
Tebal jaket 0,250 in
- Nozzle
Pemasukan (arus 5) 2,5 in
Pengeluaran slurry (arus 6) 3 in
Pengeluaran gas (arus 20) 3 in
Air pendingin (masuk) 24 in
Air pendingin (keluar) 24 in
Pengaduk
- Tipe Six blade disk
- Diameter 0,505 m
- Kecepatan 123,000 rpm
- Jumlah 2 buah
- Tenaga motor 5 Hp
Leg support
- Tipe l beam
- Ukuran 7 x 33
4 in
- Berat 20,000 lb/ft
- Luas penampang 5,830 in2
Baut
- Diameter 1,625 in
- Jumlah 8 buah
Lug dan gusset
- Tebal plate horisontal 7 in
- Tebal plate vertikal 3 in
Pondasi Beton berbentuk prisma
Jumlah 4 buah
3. Reaktor
Tabel 7. Spesifikasi Reaktor
Kode R-100
Fungsi Mereaksikan H2SiF6 dan Al(OH)3
Tipe Reaktor CSTR (Continuous Stirred Tank
Reaktor) silinder vertikal dengan tutup atas dan
bawah berupa torispherical dished head
dilengkapi pengaduk dan jaket
Bahan Carbon steel SA 283 grade B
Kondisi operasi
- Suhu (T) 70 °C
- Tekanan (P) 1 atm
Volume 10,812 ft3
Tekanan desain 17,567 psi
Dimensi
- Silinder
Diameter dalam 0,803 m
Diameter luar 0,812 m
Tinggi 0,803 m
Tebal 0,187 in
- Tutup atas dan bawah
Tipe Torispherical dished head
Tinggi 0,143 m
Tebal 0,187 in
- Tinggi total 1,173 m
- Jaket pendingin
Diameter dalam jaket 40,000 in
Diameter luar jaket 40,375 in
Tinggi jaket 1,031 m
Tebal jaket 0,200 in
- Nozzle
Pemasukan Al(OH)3 1,5 in
Pemasukan H2SiF6 2,5 in
Pengeluaran (arus 3) 2 in
Air pendingin (masuk) 22 in
Air pendingin (keluar) 22 in
Pengaduk
- Tipe Six blade disk
- Diameter 0,267 m
- Kecepatan 237,880 rpm
- Jumlah 2 buah
- Tenaga motor 2 Hp
Leg support
- Tipe l beam
- Ukuran 10 x 3 in
- Berat 14,750 lb/ft
- Luas penampang 4,290 in2
Baut
- Diameter 1,625 in
- Jumlah 8 buah
Lug dan gusset
- Tebal plate horisontal 4,5 in
- Tebal plate vertikal 2 in
Pondasi Beton berbentuk prisma
Jumlah 3 buah
4. Rotary Dryer
Tabel 8. Spesifikasi Rotary Dryer
Kode B-170 B-180
Fungsi Mengurangi kadar air
SiO2
Mengurangi kadar air
dan air kristal di dalam
AlF3
Tipe Single shell direct heat
rotary dryer
Single shell direct heat
rotary dryer
Bahan Stainless steel, SA 167
grade 3 type 304 18 Cr
- 8 Ni
Stainless steel, SA 167
grade 3 type 304 18 Cr
- 8 Ni
Rate umpan 2.841,709 kg/jam 12.501,327 kg/jam
Temperatur umpan
- Masuk 65o C 65o C
- Keluar 110o C 350o C
Rate udara 69.883,460 kg/jam 60.651,158 kg/jam
Temperatur udara
- Masuk 117o C 420o C
- Keluar 114o C 323o C
Volume rotary dyer 2.916,229 ft3 3.704,995 ft3
Diameter shell 7,283 ft 7,800 ft
Panjang shell 70,035 ft 77,584 ft
Tebal shell 0,188 in 0,188 in
Kecepatan putar 3,717 rpm 3,471 rpm
Slope rotary dryer 0,284o 0,606o
Corong umpan pemasukan
- Volume 291,623 ft3 370,500 ft3
- Diameter 4,000 ft 4,000 ft
- Panjang 27,862 ft 35,398 ft
Flight rotary dryer
- Tipe Flight 45o lip-flight Flight 45o lip-flight
- Jumlah flight 15 buah 16 buah
- Tinggi radial flight 0,910 ft 0,975 ft
- Jarak antara flight 5,150 ft 5,515 ft
Tenaga motor
Jumlah roll support 4 buah 4 buah
Jumlah poros support 4 buah 4 buah
Jumlah bearing 20 buah 20 buah
Pondasi Beton berbentuk
prisma
Beton berbentuk
prisma
Diameter baut 0,5 in 0,5 in
Jumlah 1 buah 1 buah
5. Sentrifuge
Tabel 9. Spesifikasi Sentrifuge
Kode H-110 H-130 H-140 H-150
Fungsi Memisahkan
SiO2 dari
slurry
keluaran
reaktor
(R-100C)
Memisahkan
AlF3.3H2O
dari slurry
keluaran
tangki
penampung
sementara
(F-121)
Memisahkan
SiO2 dari
slurry
keluaran
centrifuge
(H-130)
Memisahkan
Al(OH)3 dari
slurry
keluaran
centrifuge
(H-140)
Tipe Nozzle
discharge
Nozzle
discharge
Disk Disk
Bahan Carbon steel Carbon steel Carbon steel Carbon steel
Debit 8,561 m3/jam 7,246 m3/jam 0,528 m3/jam 0,473 m3/jam
Diameter bowl 16 in 18 in 7 in 7 in
Panjang bowl 40 in 45 in 17,5 in 17,5 in
Putaran 6.250 rpm 6.250 rpm 12.000 rpm 12.000 rpm
Waktu tinggal 1,847 menit 3,106 menit 2,505 menit 2,796 menit
Tenaga motor 40 Hp 40 Hp 0,333 Hp 40 Hp
Jumlah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah
D. MANAJEMEN PERUSAHAAN
Pabrik aluminium fluorida berdiri dalam naungan sebuah perusahaan yang
berbentuk perseroan terbatas dengan 4 pertimbangan.
1. Perusahaan dapat memperoleh modal dari penjualan saham ke publik dimana
penanam modal memiliki minat dalam industri ini.
2. Tanggungjawab pemegang saham terbatas hanya pada besar modal yang
ditanam dan tidak ikut serta menanggung hutang perusahaan.
3. Kelangsungan hidup perusahaan terjamin karena tidak terpengaruh berhentinya
karyawan.
4. Manajemen lebih baik karena karyawan dapat dipilih sesuai kebutuhan dalam
perusahaan seesuai kemampuan dan pengalaman.
Karyawan perusahaan dibagi menjadi 2 macam (karyawan shift dan non-shift),
dimana karyawan shift menangani produksi secara langsung yang terbagi dalam 4
shift (3 shift bekerja sesuai jadwal dan 1 shift libur) dengan massa kerja 7 hari dalam
1 minggu. Sedangkan karyawan non-shift adalah yang tidak menangani proses
secara langsung (direktur, staff ahli, kepala bagian) dengan masa kerja 5 hari dalam
1 minggu.
E. ANALISA EKONOMI DAN KESIMPULAN
Analisa ekonomi bertujuan untuk mengetahui kelayakan pendirian pabrik
aluminium fluorida, dengan kapasitas produksi 40.000 ton/tahun dibutuhkan modal
kerja sebanyak Rp 317.754.175.041 dengan keuntungan sebelum pajak sebesar Rp
112.705.602.012 dan keuntungan setelah pajak sebesar Rp 84.529.201.509.
Sehingga diperoleh Break Even Point sebesar 49,38%, Shut Down Point sebesar
27,97%, Return on Investment sebelum pajak sebesar 35,47%, Return on
Investment setelah pajak sebesar 26,60% dan Discounted Cash Flow sebesar
34,91%. Pabrik ini memiliki resiko rendah karena bahan baku yang tidak volatil
dan higroskopis, pendirian pabrik terletak di daerah yang tidak terjadi konflik,
kondisi operasi tidak memerlukan tekanan dan suhu yang tinggi. Berdasarkan hasil
perhitungan tersebut maka pabrik aluminium fluorida layak untuk didirikan di
kabupaten Gresik, Jawa Timur.
Gambar 1. Grafik Analisis Kelayakan Pabrik Aluminium Fluorida
Keterangan: Fa : Fixed expense Ra : Regulated expense
Sa : Sales Va : Variable expense
0
200
400
600
800
1000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Rupia
h/
tahun (
x 1
09)
Tingkat Produksi per tahun (%)
BEPSDP
FA
SA
RA
VA
0,3 RA
F. DAFTAR PUSTAKA
Aries, R.S., dan Newton, R.D. 1955. Chemical Engineering Cost Estimation.
McGraw Hill Book Company. New York.
Brown, G.G., Kaltz, D., Foust, A.S., dan Schneidewind, R. 1978. Unit Operation
Modern Asia Edition. John Wiley and Sons, Inc. New York.
Brownell, L.E. dan Young, E.H. 1959. Process Equipment Design. John Wiley and
Sons, Inc. New York.
Coulson, J.M. dan Richardson, J.F. 2005. Chemical Engineering, Vol 6. Pergamon
International Library. New York.
Geankoplis, C.J. 1983. Transport Process and Unit Operations, 2nd ed. Allyn and
Bacon, Inc. Boston.
Gernes, D.C., Gatos, L., dan Kinf, W.R. 1963. Producing Aluminium Fluoride.
USA. Patent No. 3,057,681.
Karlstrom, John. 2002. Reactor Model for Production of Aluminium Fluoride.
Sweden.
Kern, D.Q. 1983. Process Heat Transfer. McGraw Hill Book Company, Inc. New
York.
Kirk, R.E., dan Othmer, D.F. 1983. Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd ed.
John Wiley and Sons, Inc. New York.
McCabe, W.L., Smith, J.C., dan Harriott, P. 1993. Unit Operation of Chemical
Engineering International Editions. McGraw Hill Book Company, Inc. New
York.
Perry, R.H. dan Green, D.W. 1994. Perry’s Chemical Engineer’s Handbook, 6th ed.
McGraw Hill Book Company, Inc. New York.
Peters, M.S. dan Timmerhaus, K.D. 1991. Plant Design and Economics for
Chemical Engineers, 4th ed. McGraw Hill Book Company, Inc. New York.
Silla, H. 2003. Chemical Process Engineering. Marcel Dekker, Inc. New York.
Smith,J.M., dan Van Ness, H.T. 1975. Introduction of Chemical Engineering
Thermodynamics, 4th ed. Mc Graw Hill,Inc. Singapore.
Treyball, R.E. 1981. Mass-Transfer Operations, 3rd ed. McGraw Hill Book
Company, Ltd. Japan.
Ulrich, G.D. 1984. A Guide To Chemical Engineering Process Design and
Economics. John Wiley and Sons, Inc. Japan.
Walas, S.M. 1990. Chemical Process Equipment Selection and Design.
Butterworth-Heinemann. USA.
Yaws, C.L. 1999. Chemical Properties Handbook. McGraw Hill Book Company,
Inc. New York.