i

LAPORAN TUGAS PRARANCANGAN PABRIK SODIUM

SILIKAT DARI NATRIUM HIDROKSIDA DAN PASIR SILIKA

KAPASITAS PRODUKSI 60.000 TON/TAHUN

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi

Strata I Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik

Oleh :

NANDA TRISNIAN

D500 100 042

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2016

ii

iii

iv

v

PRARANCANGAN PABRIK SODIUM SILIKAT

DARI NATRIUM HIDROKSIDA DAN PASIR SILIKA KAPASITAS

PRODUKSI 60.000 TON/TAHUN

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

ABSTRAK

Pabrik sodium silikat dengan bahan baku natrium hidroksida dan pasir

silika, kapasitas produksi 60.000 ton per tahun ini direncanakan beroperasi selama

330 hari per tahun. Pabrik ini akan didirikan di kawasan industri Gresik, Jawa

Timur dengan luas tanah 12.168 m2 dan jumlah karyawan 188 orang. Proses

pembuatan sodium silikat dilakukan menggunakan reaktor alir tangki

berpengaduk (RATB) dengan cara merekasikan natrium hidroksida dan pasir

silika. Pada reaktor ini reaksi berlangsung pada fase cair-cair, endotermis, dengan

suhu operasi 220oC dan tekanan 24 bar. Kebutuhan bahan baku natrium

hidroksida sebesar 3.316,43 kg per jam, sedangkan kebutuhan bahan baku pasir

silika sebesar 6.276,16 kg per jam. Produk sodium silikat sebesar 8.850,50 kg per

jam. Utilitas pendukung proses meliputi penyediaan air yang diperoleh dari sungai

sebesar 62.189,20 kg per jam, penyediaan uap air jenuh sebesar 8.175,91 kg per

jam yang dihasilkan dari proses pemanasan air di boiler, dengan bahan bakar solar

sebesar 173,36 liter per jam, dan penyediaan listrik yang diperoleh dari PLN dan

generator set sebesar 502,68 kW sebagai cadangan yang menggunakan bahan

bakar sebesar 105,35 liter per jam. Pabrik sodium silikat memerlukan biaya

produksi sebesar Rp256.437.791.787,00. Dari analisis ekonomi terhadap pabrik

ini menunjukkan keuntungan sebelum pajak sebesar Rp65.156.021.370,00 per

tahun, Setelah dipotong pajak 25% keuntungan mencapai Rp48.867.016.027,00

per tahun. Percent return on investment (ROI) sebelum pajak 27,8% dan setelah

pajak 20,8%. Pay out time (POT) sebelum pajak selama 2,65 tahun dan setelah

pajak 3,25 tahun. Break even point (BEP) sebesar 53,43% dan Shut down point

(SDP) sebesar 28,26%. Discounted cash flow (DCF) terhitung sebesar 46,05%.

Dari data analisis kelayakan di atas disimpulkan, bahwa pabrik ini

menguntungkan dan layak untuk didirikan

Kata Kunci: sodium silikat, natrium hidroksida, pasir silika.

vi

ABSTRACT

Sodium silicate factory with raw material sodium hydroxide and silica

sand, the production capacity of 60.000 tons per year is planned to operate for 330

days per year. This factory will be established in an industrial area Gresik, East

Java, with a land area of 12,168 m2 and the number of employees is 188 people.

The process of producing sodium silicate is performed using continuous stirred

tank reactor (CSTR) by way reacting sodium hydroxide and silica sand. In the

reactor the reaction undergoes liquid-liquid phase, endothermic, with operating

temperatures of 220oC and a pressure of 24 bar. To produce 8,850.50 kgs/hour

sodium silicate. The process requires raw materials including 3,316.43 kgs/hour

of sodium hydroxide, and 6,276.16 kgs/hour of silica sand. The process also needs

utility including 62,189.20 kgs/hour of water, 8,175.91 kgs/hour of steam, 173.36

liters/hour of diesel fuel, and 502.68 kW of electricity. The sodium silicate factory

requires production costs of Rp256,437,791,787.00. The economic analysis of this

plant showed a profit before tax of Rp65,156,021,370.00 per year, after tax profits

reached Rp48,867,016,027.00 25% per year. The return on investment (ROI)

before tax 27,8% and 20,8% after taxes. The pay out time (POT) before tax was

2.65 years and 3.25 years after tax. The break even point (BEP) was 53.43% and

Shut down point (SDP) amounted to 28.26%. The discounted cash flow (DCF)

accounted for 46.05%. From those economic it is analysis concluded that the plant

is profitable and feasible to set.

Keywords: sodium silicate, sodium hydroxide, silica sand.

vii

MOTTO

Allah akan meninggikan orang-orang yang

beriman diantaramu dan orang-orang yang diberi

ilmu pengetahuan beberapa derajat

(Q.S. Al Mujadalah 11)

Sesungguhnya Allah mencintai orang-orang

yang sabar.

(Qs.Ali Imran 3, ayat 146)

Orang yang tidak pernah membuat kesalahan,

adalah orang yang tidak pernah mencoba hal

baru.

(Albert Einsten)

viii

PERSEMBAHAN

Karya ini saya persembahkan kepada mereka yang menjadi bagian hidup

saya yang selama ini tak henti-hentinya dengan tulus ikhlas memberikan doa,

nasehat, bimbingan, dorongan serta kasih sayang yang tulus. Serta sebagai rasa

syukur, rasa hormat, dan rasa terima kasih yang tiada terkira, karya tulis ini

kupersembahkan untuk orang-orang yang kusayangi.

Allah SWT, yang banyak mencurahkan nikmat-NYA dalam hidupku,

akhirnya aku mengerti bahwa anugrah-Mu teramat indah.

Mamah dan Almarhum Bapak, sosok pahlawan hidupku yang banyak

mengajariku arti kehidupan, yang membantuku mewujudkan impian yang

tidak pernah lekang oleh waktu, yang selalu menyelipkan namaku dalam

setiap doa dan pengharapan.

Bapak dan Ibu dosen yang dengan tulus dan sabar memberikan ilmu dan

membimbingku semoga dapat menjadi bekal dan bermanfaat bagi

kehidupanku.

Kakak-kakaku tercinta, terimaksih untuk setiap doa, motivasi, kasih

sayang dan perngorbanan kalian selama ini untukku, yang tidak bisa

digantikan oleh apapun.

Ade Juli Zarmica, partner tugas akhirku, terimakasih untuk kerjasama,

pengertian, kesabaran dan pengalaman berharganya. Semoga jerih payah

kita ini akan menjadi bekal kesuksesan kita nanti.

Untuk semua anak Teknik Kimia angkatan 2010, terimakasih atas

dukungan dan kebersamaannya selama ini. Kenangan indah saat kita

bersama semoga tak terlupakan.

ix

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, berkah,

dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini, dengan

judul Prarancangan Pabrik Sodium Silikat dari Natrium Hidroksida dan Pasir

Silika 60.000 Ton/Tahun. Tugas akhir ini disusun guna memenuhi persyaratan

memperoleh gelar sarjana di Program Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta

Dalam penyusunan tugas akhir ini tentunya tidak lepas dari bantuan dan

dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis

menyampaikan penghargaan dan terimakasih yang tak terhingga kepada:

1. Bapak Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D. selaku Ketua Program Studi Teknik

Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta, dan juga selaku Pembimbing II

yang telah berkenan meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan,

motivasi dan pengarahan serta masukan dalam menyelesaikan tugas akhir ini

hingga selesai.

2. Bapak M Mujiburr\ohman, S.T., M.T., Ph.D. selaku Pembimbing I yang telah

memberikan bimbingan, pengarahan, dan masukan selama penyusunan tugas

akhir ini hingga selesai.

3. Bapak/Ibu Dosen Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta, yang telah memberikan ilmu pembelajaran dan

bimbingan selama perkuliahan di Teknik Kimia.

4. Bapak, Ibu dan kakak yang selalu memberikan doa, dukungan serta motivasi

yang tiada henti, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

5. Teman-teman seperjuangan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta, terima kasih atas bantuan, dukungan dan

motivasinya selama penyusunan tugas akhir ini, sukses selalu untuk kalian

semua.

6. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu, yang telah

banyak membantu penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

x

Harapan penulis semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi para

pembacanya. Penulis menyadari bahwa penulisan tugas akhir ini masih jauh dari

kata sempurna. Oleh karena itu, segala kritik dan saran yang membangun akan

sangat membantu demi kesempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata, saya selaku

penulis mengucapkan banyak terima kasih.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Surakarta, 1 Oktober 2016

Penulis

xi

DAFTAR ISI

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

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

HALAMAN KEASLIAN .................................................................................. iv

ABSTRAK ........................................................................................................ v

ABSTRACT .................................................................................................... vi

MOTTO ........................................................................................................... vii

PERSEMBAHAN .......................................................................................... viii

KATA PENGANTAR ..................................................................................... ix

DAFTAR ISI ................................................................................................... xi

DAFTAR TABEL ........................................................................................... xv

DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xvii

BAB I. PENDAHULUAN ................................................................................ 1

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

1.2. Kapasitas Perancangan .................................................................... 1

1.2.1. Kebutuhan Sodium Silikat di Indonesia .................................. 1

1.2.2. Ketersediaan Bahan Baku ...................................................... 2

1.3. Lokasi pabrik .................................................................................. 2

1.4. Tinjauan pustaka ............................................................................. 4

1.4.1. Sodium Silikat dari Natrium Hidroksida dan Pasir Silika ....... 5

1.4.2. Kegunaan Sodium Silikat ...................................................... 5

1.4.3. Sifat Fisika dan Sifat Kimia Bahan Baku dan Produk ............ 6

1.4.3.1. Bahan Baku .............................................................. 6

1.4.3.2. Produk ...................................................................... 7

1.4.4. Tinjauan Proses ...................................................................... 8

BAB II. DESKRIPSI PROSES ........................................................................ 9

xii

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ................................................ 9

2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku ......................................................... 9

2.1.2. Spesifikasi Produk ................................................................ 9

2.2. Konsep Proses ............................................................................... 10

2.2.1. Dasar Reaksi ....................................................................... 10

2.2.2. Tinjauan Kinetika ................................................................ 10

2.2.3. Mekanisme Reaksi ............................................................... 13

2.3. Langkah Proses ............................................................................. 13

2.3.1. Tahap Penyiapan Bahan Baku .............................................. 14

2.3.2. Tahap Reaksi ....................................................................... 14

2.3.3. Tahap Pemisahan dan Pemurnian Produk ............................. 14

2.4. Lay Out Pabrik................................................................................ 24

2.4.1. Lay Out Peralatan Proses ...................................................... 25

2.4.2. Tata Letak Peralatan ............................................................. 28

BAB III. SPESIFIKASI ALAT PROSES ...................................................... 31

BAB IV. UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ........... 42

4.1. Unit Pendukung Proses .................................................................. 42

4.1.1. Unit Penyediaan dan Pengolahan Air ................................... 43

4.1.2. Unit Penyediaan Steam ........................................................ 55

4.1.2.1. Perhitungan Luas Penampang Perpindahan Panas ... 56

4.1.3. Unit Penyediaan Listrik ........................................................ 57

4.1.4. Unit Penyediaan Bahan Bakar .............................................. 60

4.1.5. Unit Pengolahan Limbah ...................................................... 71

4.1.6. Unit Penyediaan Udara Tekan ............................................... 72

4.2. Laboratorium ................................................................................. 72

4.2.1. Laboratorium Fisik ................................................................ 74

4.2.2. Laboratorium Analitik ........................................................... 74

4.2.3. Laboratorium Penelitian dan Pengembangan ........................ 74

4.2.4. Analisis Air ........................................................................... 74

4.2.5. Analisa Sampel ..................................................................... 74

BAB V. MANAJEMEN PERUSAHAAN ....................................................... 75

xiii

5.1. Bentuk Perusahaan ........................................................................ 75

5.2. Struktur Organisasi ........................................................................ 75

5.2.1. Pemegang Saham ................................................................. 77

5.2.2. Dewan Komisaris ................................................................. 78

5.2.3. Direktur ............................................................................... 78

5.2.4. Kepala Bidang ..................................................................... 78

5.2.5. Staf Ahli .............................................................................. 78

5.2.6. Penelitian dan Pengembangan .............................................. 79

5.2.7. Kepala Seksi ........................................................................ 79

5.3. Sistem Kepegawaian dan Sistem Gaji ............................................ 82

5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan ................................................... 82

5.4.1. Karyawan Non Shift ............................................................. 83

5.4.2. Karyawan Shift ..................................................................... 83

5.5. Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji ...................... 84

5.6. Kesejahteraan Karyawan ............................................................... 85

5.6.1. Tunjangan ............................................................................ 85

5.6.2. Cuti ...................................................................................... 85

5.6.3. Pakaian Kerja ....................................................................... 86

5.6.4. Pengobatan ........................................................................... 86

5.6.5. Asuransi Tenaga Kerja ......................................................... 86

5.7. Kesehatan dan Keselamatan Kerja ................................................. 86

5.8. Manajemen Produksi ..................................................................... 87

5.8.1. Perencanaan Produksi .......................................................... 88

5.8.2. Pengendalian Produksi ......................................................... 89

BAB VI. ANALISIS EKONOMI ................................................................... 91

6.1. Capital Invesment .......................................................................... 95

6.2. Manufacturing Cost ...................................................................... 95

6.3. General Expenses ........................................................................... 96

6.4. Analisis Kelayakan ......................................................................... 96

6.4.1. Percent Return of Investment (ROI) ................................... 96

6.4.2. Pay Out Time (POT) ........................................................... 97

6.4.3. Break Even Point (BEP) ..................................................... 97

xiv

6.4.4. Shut Down Point (SDP) ...................................................... 97

6.4.5. Discounted Cash Flow (DCF) ............................................. 98

KESIMPULAN .......................................................................................................................................................

105

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Data impor sodium silikat ................................................................... 2

Tabel 2. Data kinetika ..................................................................................... 10

Tabel 3. Hubungan antara lnA0

A

C

Cdengan waktu .............................................. 11

Tabel 4. Neraca massa mixer (M-110) ............................................................ 15

Tabel 5. Neraca massa reaktor (R-110) .......................................................... 16

Tabel 6. Neraca massa reaktor (R-111) .......................................................... 16

Tabel 7. Neraca massa centrifuge (H-110) ...................................................... 17

Tabel 8. Neraca massa rotary Dryer (B-110) .................................................. 17

Tabel 9. Neraca massa total ........................................................................... 18

Tabel 10. Neraca panas mixer (M-110) ............................................................. 18

Tabel 11. Neraca panas heat exchanger1 (E-110) .............................................. 18

Tabel 12. Neraca panas reaktor 1 (R-110) ......................................................... 19

Tabel 13. Neraca panas reaktor 2 (R-111) ......................................................... 19

Tabel 14. Neraca panas cooler (E-131) ............................................................. 20

Tabel 15. Neraca panas centrifuge (H-110) ....................................................... 20

Tabel 16. Neraca panas heat exchanger 2 (E-141) ............................................ 21

Tabel 17. Neraca panas rotary dryer (B-110) .................................................. 21

Tabel 18. Keterangan gambar dan perincian luas pabrik .................................... 27

Tabel 19. Daftar kebutuhan air pendingin ......................................................... 53

Tabel 20. Daftar kebutuhan steam .................................................................... 53

Tabel 21. Daftar kebutuhan air sanitasi ............................................................. 54

Tabel 22. Daftar kebutuhan air di pabrik ........................................................... 54

Tabel 23. Kebutuhan listrik proses ................................................................... 58

Tabel 24. Kebutuhan listrik utilitas ................................................................... 59

Tabel 25. Kebutuhan listrik total ........................................................................ 60

Tabel 26. Sistem pembagian kerja .................................................................... 84

Tabel 27. Penggolongan jabatan, jumlah karyawan, dan gaji ............................. 84

Tabel 28. Indeks harga pada tahun 1995 – 2020 ................................................ 93

Tabel 29. Total fixed capital investment ............................................................ 99

Tabel 30. Working capital ................................................................................. 99

xvi

Tabel 31. Manufacturing cost........................................................................... 100

Tabel 32. General expenses.............................................................................. 100

Tabel 33\. Fixed cost ........................................................................................ 102

Tabel 34. Variable cost .................................................................................... 102

Tabel 35. Regulated cost .................................................................................. 102

xvii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Grafik hubungan konsentrasi dan waktu ......................................... 11

Gambar 2. Grafik hubungan antara lnA0

A

C

Cdengan waktu .................................. 12

Gambar 3. Diagram alir proses ......................................................................... 15

Gambar 4. Diagram alir kualitatif ..................................................................... 22

Gambar 5. Diagram alir kuantitatif .................................................................. 23

Gambar 6. Tata letak pabrik sodium silikat ....................................................... 28

Gambar 7. Tata letak peralatan pabrik sodium silikat ....................................... 30

Gambar 8. Gambar denah utilitas pabrik ......................................................... 47

Gambar 9. Struktur organisasi perusahaan ....................................................... 90

Gambar 10.Grafik antara tahun dengan index harga ........................................... 94

Gambar 11.Analisa kelayakan pabrik .............................................................. 104