PRARANCANGAN PABRIK ASAM BORAT DARI BORAKS

DAN ASAM SULFAT DENGAN PROSES ASIDIFIKASI

KAPASITAS PRODUKSI 11.000 TON/TAHUN

PUBLIKASI ILMIAH

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata 1 pada Jurusan

Teknik Kimia Fakultas Teknik

Oleh :

FIKRI FARID BAWAZIER

D500 140 162

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2016

i

ii

iii

PRARANCANGAN PABRIK ASAM BORAT

DARI BORAKS DAN ASAM SULFAT DENGAN PROSES ASIDIFIKASI

KAPASITAS PRODUKSI 11.000 TON/TAHUN

Abstrak

Asam borat dengan rumus molekul H3BO3 memiliki peran penting dalam berbagai industri, baik sebagai

bahan pembantu dalam industri kaca, industri keramik, bahan pemutih dalam industri kertas serta bahan

dalam pembuatan obat di industri farmasi. Pabrik asamborat ini dirancang untuk memenuhi kebutuhan

dalam negeri. Pabrik asam borat ini dirancang dengan kapasitas 11.000 ton/tahun. Proses pembuatan

asamborat ini menggunakan proses asidifikasi dengan perbandingan mol boraks : asam sulfat = 1:1,01.

Reaksi bersifat eksotermis dan dijalankan dalam reaktor alirtangkiberpengaduk (RATB), fase cair-cair,

irreversible serta kondisi operasi dijaga isothermal (100 oC) dan tekanan 1 atm dengan bahan baku boraks

sebanyak 1.223,07 kg/jam dan asam sulfat sebanyak 384.56 kg/jam. Utilitas pendukung proses meliputi

penyediaan air sebesar 5.579,87 kg/jam yang diperoleh dari air sungai Brantas, unit penyediaan steam

sebesar 52,646 kg/jam, kebutuhan udara tekan sebesar 60,48 m3

per jam, kebutuhan listrik diperoleh dari

PLN dan generator set sebesar 400 kW sebagai cadangan, bahan bakarberupa IDO sebanyak 58,72

liter/jam. Pabrik ini direncanakan akan didirikan di kawasan industri Gresik, Jawa Timur dengan luas

tanah 25.550 m2 dan jumlah karyawan 139 orang.Dari analisis ekonomi, pabrik asamborat ini

membutuhkan modal tetap sebesar Rp346.313.089.667,77 dan modal kerja sebesar Rp

79.924.962.676,07. Keuntungan sebelum pajak sebesar Rp 105.233.369.792,84/th. Keuntungan sesudah

pajak sebesar Rp 94.710.032.813,56/th. Analisis kelayakan ini memberikan hasil bahwa Return On

Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 30,39% dan setelah pajak sebesar 27,35%. Pay Out Time (POT)

sebelum pajak sebesar 2,48 tahun dan setelah pajak sebesar 2,68 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar

46,59 %, dan Shut Down Point (SDP) sebesar 24,05 %. Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 33,66 %.

Berdasarkan data–data di atas maka pabrik asamborat dari boraks dan asam sulfat ini cukup menarik

untuk didirikan.

Kata kunci :asamborat, boraks, proses asidifikasi , reaktoralirtangkiberpegaduk (RATB).

Abstract

Boric acid has the molecular formula H3BO3 have an important role in various industries, both as an

adjuvant in the glass industry, ceramic coatings industry, bleach in chemical industry, and materials in the

manufacture of drugs in the pharmaceutical industry. The boric acid plant designed to meet domestic

demand. The boric acid plant designed capacity of 11.000 ton/year. The process of making this boric acid

using the acidification process with mole ratio of borax:sulfuric acid = 1:1,01. The reaction is exothermic

and is run in a continue strirred tank reactor (CSTR), liquid-liquid phase, irreversible and kept isothermal

operating conditions and pressure of 1 atmosphere with raw materials borax as many as 1.223,07 kg/hr

and sulfuric acid as many as 384,56 kg/hr. Process support unit includes a water supply unit as many as

5.579,87 kg/hr is obtained from Brantas river water, units procurement steam with the needs of 52,646

kg/hr, units procurement of compressed air at 60,48 m3 per hour, units procurement of electricity from

PLN and generator set as many as 400 kW for backup, as well as fuel procurement unit of IDO at 58,72

liter/hour. The factory is planned to be established in the industrial area of Gresik, East Java with land

area of 25.550 m2 and the number of employees as many as 139 people. The results of the economic

analysis, the boric acid plant requires a fixed capital of Rp 346.313.089.667,77 and working capital of Rp

79.924.962.676,07.Profit before tax of Rp 105.233.369.792,84/year. Profit after tax of Rp

94.710.032.813,56/year. Feasibility analysis results obtained from the Return On Investment (ROI) before

tax of 30,39%and after tax of 27,35%. Pay Out Time (POT) before tax of 2,48 years and aftertax of 2,68

years. Break Even Point(BEP) of 46,59%, andShut Down Point(SDP) of 24,05%. Discounted Cash Flow

(DCF) of 33,66%. The results of the economic analysis concluded that the plant boric acid from borax

and sulfuric acid using acidification process capacity of 11.000 ton/year feasible to set.

Keywords :boric acid, borax, acidification process, continue stirred tank reactor (CSTR)

1

1. PENDAHULUAN

Keberhasilan proses industrialisasi pada era perdagangan bebas sekarang ini sangat

ditentukan oleh adanya sumber daya alam dan sumber daya manusia yang berkualitas.

Indonesia sebagai salahsatu negara yang mempunyai Sumber Daya Alam maupun

Sumber Daya Manusia yang berlimpah sangat berpotensi mengembangkan industri

dalam negeri terutama industri-industri yang bersifat padat modal maupun padat

teknologi dan mempunyai prospek pemasaran yang menguntungkan. Salah satu industri

yang mempunyai persyaratan di atas adalah industri pembuatan asam borat.

Asam borat merupakan suatu senyawa kimia anorganik yang dapat digunakan

sebagai bahan baku untuk industri kimia lain seperti industri farmasi, industri keramik,

industri kaca, dan lain-lain (Mc. Ketta, 1992). Kegunaan asam borat antara lain sebagai

reagen untuk analisis kimia, dalam bidang farmasi asam borat berfungsi sebagai

antiseptik dan desinfektan. Pada saat ini kebutuhan asam borat di Indonesia masih

didatangkan dari negara-negara lain seperti Amerika Serikat, China dan Turki.

Proyek kebutuhan asam borat dalam negeri semakin meningkat seiring dengan

berkembangnya industri-industri yang menggunakan bahan baku berupa asam borat.

Oleh karena itu, dikarenakan pada saat ini pabrik yang memproduksi asam borat di

Indonesia belum ada, pendirian pabrik asam borat ini diharapkan bias memenuhi

permintaan dalam negeri serta dapat mengurangi ketergantungan asam borat dari

negara-negara importir.

Keuntungan pendirian pabrik asam borat antara lain; dapat memenuhi kebutuhan

asam borat dalam negeri sehingga mengurangi impor dalam negeri yang diharapkan

dapat memberi keuntungan finansial dan menambah devisa negara, selain itu dapat

membantu pemerintah dalam mengatasi masalah tenaga kerja dan sekaligus dapat

mendukung berkembangnya industri-industri di Indonesia dan memacu tumbuhnya

industri baru terutama diversivikasi industri asam borat.

2. TINJAUAN PUSTAKA

Penulis melakukan berbagai analisis dalam menentukan kapasitas pabrik asam

borat yang akan didirikan tahun 2020, yaitu :

2

Tabel 1. Data Impor Asam Borat di Indonesia

Tahun Impor (Kg/Tahun)

2007 2.795.300

2008 4.028.666

2009 3.245.506

2010 4.069.174

2011 4.856.326

2012 4.336.127

2013 4.900.638

2014 4.299.977

(www.bps.go.id)

Tabel 1 menunjukkan impor asam borat dari luar negeri. Dari data impor di atas,

kemudian dilakukan regresi linier untuk mendapatkan nilai kenaikan impor asam borat

di Indonesia. Data impor dan regresi linier ditunjukkan dalam Gambar 1

Gambar 1.Grafik ImporAsam Borat Indonesia

Perkiraan kebutuhan asam borat di Indonesia pada tahun yang akan datang

dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

(1)

kg/tahun

3

ton/tahun

Dari pertimbangan di atas maka pabrik asam borat dari boraks dan asam sulfat

ini akan didirikan pada tahun 2020 dengan kapasitas perancangan sebesar 11.000

ton/tahun dengan harapan dapat memenuhi kebutuhan asam borat dalam negeri serta

membuka kesempatan berdirinya industri-industri lainnya yang menggunakan asam

borat sebagai bahan baku maupun bahan pembantu mengingat banyaknya kegunaan

asam borat, sisanya dapat diekspor ke negara-negara tetangga.

3. DISKRIPSI PROSES

3.1 DasarReaksi

Proses pembuatan asam borat dari bahan baku boraks dan asam sulfat

dinamakanproses asidifikasi. Reaksi pembentukan asam borat adalah sebagai berikut:

Na2B4O7.10H2O(aq) + H2SO4(l) 4H3BO3(aq) + Na2SO4(aq) + 5H2O(l) (2)

3.2 TinjauanTermodinamika

Tinjauan termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi serta arah

reaksi. Maka dari itu perlu dilakukan peninjauan terhadap energi gibbs (ΔGo).

Perubahan energi gibbs dapat dihitung dengan persamaan:

ΔGo298= ΣΔG

oProduk - ΣΔG

oReaktan (3)

= {(4ΔGoH3BO3+ΔG

oNa2SO4+5ΔG

oH2O)

(ΔGoNa2B4O7.10H2O+ΔG

oH2SO4)}

={(4 x (-968,75))+ (-1268,36) + (5 x (-237,129)) - ((-5516) + (-690,003}

= -122,462 kJ/mol

= -122462 kJ/kmol

Harga konstanta kesetimbangan dapat diketahui dengan rumus:

ΔGo

= - R.T.ln K (4)

Dimana: R = 1,987 kal/mol.K = 1,987.10 -3

kkal/mol

Sehingga:

Ln K = ΔGo / (- R.T)

= -(-122462) / (8,314 x 298)

= 49,4282

K = 2,9268.1021

Pada T = T operasi

4

ref

ref

298

operasi

TxT

TTx

R

ΔH

K

Kln

298x373

373298x

8,314

5351KlnKln 298operasi

Koperasi = 1,8957 x 1021

3.3 Langkah Proses

Bahan baku yang dibutuhkan untuk kegiatan proses asidifikasi dipersiapkan

terlebih dahulu. Bahan-bahan tersebut meliputi larutan boraks dan asam sulfat 98%.

Larutan boraks dibuat dengan melarutkan padatan boraks dengan air dalam tangki mixer

(M-120) pada suhu 32oC dan tekanan 1 atm. Sedangkan asam sulfat 98% merupakan

cairan tak berwarna yang disimpan dalam tangki silinder vertikal (F-130) yang

dikondisikan pada suhu 32oC dan tekanan 1 atm. Selanjutnya larutan boraks yang keluar

dari mixer (M-120) dan asam sulfat dari tangki (F-130) diumpankan dan direaksikan di

dalam reaktor (R-210) pada suhu 100oC dan tekanan 1 atm dan berlangsung selama 1

jam, sehingga menghasilkan produk berupa larutan asam borat dan produk samping

natrium sulfat. Reaktor yang digunakan berjumlah 6 buah dan dilengkapi dengan

pendingin berupa koil dan jaket. Setelah direaksikan di reaktor, proses selanjutnya

adalah mereaksikan asam sulfat yang masih tersisa dengan NaOH 48% dari tangki (F-

140) di dalam netrallizer (D-310). Larutan dari netrallizer kemudian diumpankan ke

evaporator (E-410) untuk memekatkan larutan dengan jalan menguapkan pelarut yang

dikondisikan pada suhu 99oC dan tekanan 1 atm. Selanjutnya larutan pekat keluaran

evaporator diturunkan terlebih dahulu suhunya mengunakan heat exchanger (E-420)

dengan media pendingin berupa air. Produk keluar evaporator akan dikristalkan dengan

crystallizer (V-430) pada suhu 32oC dan dipisahkan menggunakan centrifuge I (H-510)

untuk memperoleh kristal asam boratnya dan dikeringkan di dalam rotary dryer (B-610)

sehingga dihasilkan produk kristalasam borat 99,5%. Produk samping centrifuge I

kemudian diumpankan ke centrifuge II (H-520) untuk memperoleh produk samping

natrium sulfat.

4. SPESIFIKASI ALAT PROSES

4.1 Mixer

Kode : M-120

5

Tipe : Tangki silinder tegak berpengaduk

Bentuk : Torispherical head

Tinggi : 1,02 m

Volume : 0,24 m3

Diameter : 0,67 m

Tebal shell : 3/16 in

Tebal head : 3/16 in

Tinggi head : 0,17 m

Pengaduk : Turbin 6 blade disk

Diameter : 0,23 m

Kecepatan : 354,28 rpm

Daya : 2 Hp

Jumlah : 1 pengaduk

Material : Carbon steel SA 283 grade C

4.2 Reaktor

Kode : R-210 sampai R-260

Tipe : Tangki silinder tegak berpengaduk

Bentuk : Torispherical head

Tinggi : 1,29 m

Volume : 0,54 m3

Diameter : 0,88 m

Tebal shell : 3/16 in

Tebal head : 3/16 in

Tinggi head : 0,20 m

Pengaduk : Turbin 6 blade disk

Diameter : 0,29 m

Kecepatan : 260,81 rpm

Daya : 3 Hp

Jumlah : 2 pengaduk

Pendingin : R-210 = Koil pendingin

R-220 sampai R-260 = Jaket pendingin

6

Material : Stainless steel SA 213 grade T9

4.3 Netrallizer

Kode : D-310

Tipe : Tangki silinder tegak berpengaduk

Bentuk : Torispherical head

Tinggi : 1,70 m

Volume : 1,32 m3

Diameter : 1,19 m

Tebal shell : 3/16 in

Tebal head : 3/16 in

Tinggi head : 0,26 m

Pengaduk : Turbin 6 blade disk

Diameter : 0,40 m

Kecepatan : 187,81 rpm

Daya : 4 Hp

Jumlah : 1 pengaduk

Material : Stainless steel SA 213 grade T9

4.4 Evaporator

Kode : V-410

Jumlah (unit) : 1

Tipe : Single effect evaporator

Kondisi operasi

Suhu : 99oC

Tekanan : 1 atm

Dimensi shell

Diameter : 1,52 m

Tinggi : 3,80 m

Tebal : 0,5 in

Dimensi tube

Diameter : 0,05 m

Tinggi : 2 m

7

Tebal : 0,1875 in

Pitch : 0,1 m triangular

Jumlah : 492 buah

Dimensi head&bottom

Tipe : Torispherical dished

Tinggi : 0,13 m

Tebal : 0,1875 in

Material : Stainless Steel SA 167 grade 3

Media pemanas : Steam

4.5 Crystallizer

Kode : V-430

Jenis : Swenzon Walker

Spesifikasi :

Tekanan : 1 atm

Suhu : 50 oC

Panjang : 3,048m

Tinggi :0,6604 m

Lebar : 0,6096 m

Tebal dinding : 3/16 in

Pengaduk :

Jenis : Spiral agitator

Kecepatan : 72 rpm

Daya : 1 Hp

Diameter : 0,6046 m

Pendingin :

Jenis : Jaket

Media pendingin : Air

Jumlah : 1

Bahan konstruksi : Stainless Steel SA 167 grade 3

4.6 Centrifuge

Kode : H-510

8

Jenis : Disk Bowl Centrifuge

KondisiOperasi :

Tekanan : 1 atm

Suhu : 32oC

Diameter bowl : 13 in

Kecepatan motor :7500 rpm

Power motor : 6 Hp

Jumlah : 1

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 grade C

4.7 Rotary Dryer

Kode : B-610

Jenis : Direct contact cocurrent rotary dryer

Tekanan : 1 atm

Diameter : 0,5963 m

Panjang : 4,1742 m

Tebal shell : 0,1875 in

Suhu padatan :

T in : 32oC

T out : 40oC

Waktu tinggal : 0,106 jam

Media pengering : Udara panas

Suhu udara panas :

T in : 163oC

T out : 60oC

Kecepatan putar : 8,139 rpm

Daya : 5 Hp

Jumlah : 1

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 grade C

5. ANALISIS EKONOMI

Hasil analisis ekonomi adalah keuntungan sebelum pajak yaitu Rp

105.233.369.792,84/th dan keuntungan setelah pajak yaitu Rp 94.710.032.813,56.

9

Persen ROI sebelum pajak sebesar 30,39% dan ROI setelah pajak sebesar 27,35%.

Syarat ROI untuk pabrik kimia dengan resiko rendah minimum adalah 11%. POT

sebelum pajak selama 2,48 tahun dan POT setelah pajak selama 2,68 tahun. Syarat POT

sebelum pajak untuk pabrik kimia dengan resiko rendah, maksimal 5 tahun. BEP pada

46,59%, sedangkan SDP pada 24,05%. BEP untuk pabrik kimia pada umunya adalah

40-60%. DCF sebesar 33,66%.

Gambar 2. Analisis kelayakan pabrik asam borat

6. KESIMPULAN

Dalam perancangan pabrik asam borat dari boraks dan asam sulfat dengan kapasitas

11.000 ton/tahun dapat diambil kesimpulan bahwa Pabrik Asam Borat ini berbentuk

Perseroan terbatas (PT) didirikan di Kawasan Industri Gresik, Jawa Timur, Indonesia

pada tanah seluas 25.550 m2. dengan jumlah karyawan 139 orang dan beroperasi selama

330 hari/tahun.

Hasil analisis ekonomi didapat POT sebelum pajak selama 2,48 tahun dan POT

setelah pajak selama 2,68 tahun. BEP pada 46,59%, sedangkan SDP pada 24,05%. BEP

untuk pabrik kimia pada umunya adalah 40-60%. DCF sebesar 33,66%.

FA

10

DAFTAR PUSTAKA

Badan Pusat Statistik, Data Import-Eksport 2007-2014. (http://www.bps.go.id,

Diakses pada 20 Agustus 2015).

Bank Indonesia, 2016.Info Kurs.[Online] Available at: www.bi.go.id [Accessed

8 Maret 2016].

Blasius, J.R., 1979, “Method for Making Crude Boric Acid from Borate and Sulfuric

Acid”, US Patent No. 4.156.654

Erdogdu, A., 2004,“Dissolution of Colemanite and Crystallization of Gypsum During

Boric Acid Production in a Batch Reactor”, Middle East Technical University

Kirk, R.E. and Othmer, D.F., 2004, “Encyclopedia of Chemical Technology”, 3rd

ed.,

Vol. 4, The Inter Science Encyclopedia, Inc., New York

McKetta, J.J. and Cunningham, W.A., 1992, “Encyclopedia of Chemical Processing

and Design”, Vol 5, Marcel Decker inc., New York

Perry, R.H. and Green, D.W., 2008, “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, 8th

ed.,

McGraw-Hill Book Company, New York

Peters, M.S. and Timmerhaus, K.D., 1991, “Plant Design and Economic for Chemical

Engineering”, 4th

ed., McGraw-Hill International Book Company Inc., New

York

Smith, J.M. and Van Ness, H.C., 1996, “Introduction to Chemical Engineering

Thermodynamics”, 4th

ed., McGraw-Hill Book Co., New York

Ullmann’s, 1998, “Encyclopedia of Industrial Chemistry”, A-1, VCH Verlagsgesell

Schaff mb, Germany

Anonim, 1980,“Source Category Survey : Borax and Boric Acid Industry”, U.S.

Environmental Protection Agency, North Carolina

Vibrandt, F.C. & Dryden, C.E., 1959,“Chemical Engineering Plant Design”, 4th

ed.,

McGraw-Hill Book Co., Japan

Wagman, D.D., Evans, W.H., Parker., V.B., Schumm, R.H., Halow, I., Bailey, S.M., ...

Nuttall, R.L., 1982, “The NBS Tables of Chemical Thermodynamic

Properties”, Journal of Physical and Chemical Reference Data, National

Bureau of Standards, Washington

http://www.alibaba.com, diakses pada 3 Maret 2016

http://www.chemengonline.com, diakses pada 5 Maret 2016

http://www.matche.com , diakses pada 28 Februari 2016

11