PRARANCANGAN

PABRIK SORBITOL DENGAN

PROSES HIDROGENASI KATALITIK

KAPASITAS 55.000 TON/TAHUN

Disusun Sebagai Salah Satu

Syarat Untuk Meraih Gelar Strata Satu

Pada Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Oleh:

RINGGA SONIFA

D 500 120 054

Dosen Pembimbing:

1. TRI WIDAYATNO, M.Sc., Ph.D.

2. M. MUJIBUROHMAN, M.T., Ph.D.

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

ii

INTISARI

Sorbitol sangat banyak digunakan dalam kehidupan manusia. Sorbitol dapat

dipilih sebagai alternatif glukosa bagi penderita diabetes, sebagai bahan baku

pembuatan vitamin C, dalam industri kosmetik seperti krim, salep, emulsi, lotion,

gel dan terutama pada pasta gigi. Pabrik ini diharapkan dapat mengurangi

kebutuhan impor sorbitol Indonesia dan mencukupi kebutuhan dalam negeri. Pabrik

sorbitol dengan bahan baku glukosa dan hidrogen yang berlebih direncanakan akan

didirikan di kawasan industri Kendal, Jawa Tengah dengan kapasitas

55.000 ton per tahun dan beroperasi selama 330 hari.

Proses pembuatan sorbitol menggunakan proses hidrogenasi katalitik di

dalam fixed bed reactor. Reaksi pembuatan sorbitol berlangsung dalam fase gas-

cair, pada range suhu 130-180oC dan tekanan 70 atm. Reaksi bersifat eksotermis.

Untuk kapasitas sorbitol 55.000 ton per tahun, kebutuhan glukosa sebesar

9.910,9663 kg/jam dan kebutuhan hidrogen sebanyak 56,0743 kg/jam. Unit utilitas

pendukung proses meliputi penyedia air yang diperoleh dari sungai Blorong.

Kebutuhan steam sebesar 5.465,9130 kg/jam yang diproduksi dari boiler.

Kebutuhan utilitas air make up untuk pendingin, umpan boiler dan air domestik

sebesar 4.459,9955 kg/jam. Kebutuhan listrik diperoleh dari Perusahaan Listrik

Negara (PLN) dan generator set sebesar 500 kWh dengan bahan bakar solar

sebanyak 614,7696 liter/hari. Kebutuhan karbon aktif sebanyak 996,7041 kg/jam.

Luas tanah yang digunakan untuk pembangunan pabrik sorbitol sebesar 65.600 m2

dengan jumlah karyawan sebanyak 135 orang.

Bentuk badan usaha yang direncanakan adalah berbentuk Perseroan

Terbatas (PT). Modal tetap pembangunan pabrik sorbitol yang dibutuhkan sebesar

Rp 438.361.403.058,16, Modal kerja Rp 215.177.024.119,87. Analisis ekonomi

terhadap pabrik sorbitol menunjukkan keuntungan sebelum pajak sebesar

Rp 196.658.624.556,93 per tahun dan setelah dipotong untuk pembayaran pajak

25% keuntungan menjadi Rp 147.493.968.417,70 per tahun. Percent Return On

Investment (ROI) sebelum pajak 44,86% dan setelah pajak 33,65%. Pay Out Time

(POT) sebelum pajak 1,82 tahun dan setelah pajak 2,29 tahun. Break Even Point

(BEP) sebesar 43,19%. Shut Down Point (SDP) sebesar 27,36%. Discounted Cash

Flow (DCF) terhitung 28%. Dari pertimbangan analisis aspek ekonomi dan pasaran

yang semakin besar dan luas dapat disimpulkan bahwa pabrik sorbitol menarik dan

layak untuk didirikan.

iii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT

yang telah melimpahkan segala rahmat, hidayah, serta taufik-Nya, sholawat serta

salam penyusun sampaikan kepada Nabi Muhammad SAW, sehingga penyusunan

Tugas Akhir Prarancangan Pabrik dengan judul ”Prarancangan Pabrik Sorbitol

Dengan Proses Hidrogenasi Katalitik Kapasitas 55.000 Ton/Tahun” dapat

terselesaikan.

Tugas akhir Prarancangan pabrik merupakan salah satu bagian dari

kurikulum yang wajib dilaksanakan oleh setiap mahasiswa teknik kimia Universitas

Muhammadiyah Surakarta demi mendapat gelar strata satu (S1).

Terselesaikannya laporan tugas akhir prarancangan pabrik sorbitol ini tidak

lepas dari bantuan, petunjuk dan bimbinngan dari berbagai pihak. Ucapan

terimakasih yang tulus penulis haturkan kepada:

1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak Tri Widayatno, M.Sc., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing 1 yang

membimbing, menasehati dan memberi arahan kepada penyusun hingga

terselesaikannya tugas akhir ini.

3. Bapak M. Mujiburohman, M.T., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing 2 yang

selalu sabar dalam memberikan bimbingan dan arahan dalam penyusunan

tugas akhir ini.

4. Bapak Rois Fatoni, M.Sc., Ph.D. selaku Ketua Program Studi Teknik Kimia

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

5. Bapak Ibu Dosen dan Karyawan di lingkungan Fakultas Teknik serta

perpustakaan Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah

memberikan pengetahuan, kelancaran dan bekal ilmu kepada penulis.

iv

6. Duwi Maryanto rekan skripsi yang senantiasa memberi semangat dan

keyakinan skripsi pasti berlalu dan hanya sebagian kecil ujian hidup.

7. Orang tua tercinta yang selalu menyemangati dalam penyusunan skripsi ini.

8. Semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan skripsi ini, yang

tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Terimakasih untuk semuanya.

Saya menyadari bahwa dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir ini masih

jauh dari kata sempurna dan masih banyak kekurangan, karenanya kritik dan saran

yang bersifat membangun sangat penyusun harapkan. Akhir kata, penyusun

berharap semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat yang berarti bagi pembaca

dan semua pihak yang membutuhkan.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Surakarta, Januari 2017

Penyusun

v

DAFTAR ISI

HALAMAN PENGESAHAN .................................................................................. i

INTISARI ................................................................................................................ ii

KATA PENGANTAR ........................................................................................... iii

DAFTAR ISI ........................................................................................................... v

DAFTAR TABEL .................................................................................................. ix

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xi

DAFTAR SIMBOL ............................................................................................... xii

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

1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1

1.2 Penetapan Kapasitas Rancangan .............................................................. 4

1.3 Lokasi Pabrik ............................................................................................ 8

1.4 Tinjauan Pustaka .................................................................................... 10

1.4.1 Macam-Macam Proses Pembuatan Sorbitol .................................. 10

1.4.2 Kegunaan Sorbitol ......................................................................... 13

1.4.3 Sifat Fisis dan Sifat Kimia Bahan Baku dan Produk ..................... 14

1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum ...................................................... 17

BAB 2 DESKRIPSI PROSES ............................................................................... 19

2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk....................................................... 19

2.1.1 Hidrogen ........................................................................................ 19

2.1.2 Bahan Baku Sirup Glukosa ........................................................... 19

2.1.3 Sorbitol .......................................................................................... 20

2.1.4 Katalis Nikel .................................................................................. 20

2.2 Konsep Proses ........................................................................................ 21

2.2.1 Dasar Reaksi .................................................................................. 21

2.2.2 Tinjauan Termodinamika .............................................................. 21

2.2.3 Tinjauan Kinetika .......................................................................... 24

2.3 Uraian Proses .......................................................................................... 25

2.3.1 Tahap Penyiapan Bahan Baku ....................................................... 25

vi

2.3.2 Tahap Proses Hidrogenasi Katalitik .............................................. 26

2.3.3 Tahap Pemurnian Produk .............................................................. 27

2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas ............................................................ 30

2.4.1 Neraca Massa................................................................................. 30

2.4.2 Neraca Panas ................................................................................. 33

2.5 Tata Letak Pabrik dan Peralatan ............................................................. 38

2.5.1 Tata Letak Pabrik .......................................................................... 38

2.5.2 Tata Letak Peralatan Proses ........................................................... 42

BAB 3 SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ................................................... 43

3.1 Tangki Bahan Baku Glukosa (F-101) .................................................... 43

3.2 Heat Exchanger (E-101) ........................................................................ 44

3.3 Kompresor (C-101) ................................................................................ 45

3.4 Intercooler (E-102) ................................................................................. 45

3.5 Kompresor (C-102) ................................................................................ 46

3.6 Cooler (E-103) ....................................................................................... 47

3.7 Reaktor (R-101) ...................................................................................... 48

3.8 Flash Drum (D-101) ............................................................................... 49

3.9 Cooler (E-104) ....................................................................................... 49

3.10 Mixer (M-101) .................................................................................... 50

3.11 Hopper (F-103) ................................................................................... 51

3.12 Screw Conveyor (SC-101) .................................................................. 52

3.13 Filter (H-101) ...................................................................................... 52

3.14 Evaporator (V-101) ............................................................................. 53

3.15 Cooler (E-105) .................................................................................... 54

3.16 Cooler (E-106) .................................................................................... 55

3.17 Tangki Sorbitol (F-102) ...................................................................... 56

3.18 Pompa (L-101) .................................................................................... 57

3.19 Pompa (L-102) .................................................................................... 58

3.20 Pompa (L-103) .................................................................................... 58

3.21 Pompa (L-104) .................................................................................... 59

3.22 Pompa (L-105) .................................................................................... 60

vii

3.23 Pompa (L-106) .................................................................................... 61

3.24 Pompa (L-107) .................................................................................... 61

3.25 Pompa (L-108) .................................................................................... 62

BAB 4 UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM .................... 64

4.1 Unit Utilitas ............................................................................................ 64

4.1.1 Unit Penyedia dan Pengolahan Air................................................ 64

4.1.2 Unit Pengadaan Steam ................................................................... 68

4.1.3 Unit Pembangkit Listrik ................................................................ 69

4.1.4 Unit Penyedia Bahan Bakar........................................................... 70

4.1.5 Unit Penyedia Udara Tekan ........................................................... 72

4.2 Laboratorium .......................................................................................... 73

BAB 5 MANAJEMEN PERUSAHAAN ............................................................. 75

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

5.2 Struktur Organisasi Perusahaan .............................................................. 76

5.3 Tugas dan Wewenang ............................................................................ 79

5.3.1 Pemegang Saham........................................................................... 79

5.3.2 Dewan Komisaris .......................................................................... 79

5.3.3 Direktur Utama .............................................................................. 80

5.3.4 Manajer Produksi........................................................................... 80

5.3.5 Manajer Keuangan......................................................................... 81

5.3.6 Manajer Pemasaran ....................................................................... 81

5.3.7 Manajer Administrasi .................................................................... 81

5.3.8 Manajer Utilitas ............................................................................. 81

5.3.9 Staf Ahli......................................................................................... 81

5.3.10 Kepala Seksi Produksi dan Pengendalian Proses .......................... 82

5.3.11 Kepala Seksi Utilitas ..................................................................... 82

5.3.12 Kepala Seksi Teknik dan Pemeliharaan Peralatan ........................ 82

5.3.13 Kepala Seksi Laboratorium ........................................................... 83

5.3.14 Kepala Seksi Pengendalian Limbah .............................................. 83

5.3.15 Kepala Seksi Administrasi ............................................................ 83

5.3.16 Kepala Seksi Pembelian dan Pemasaran ....................................... 83

viii

5.3.17 Kepala Seksi Personalia dan Humas ............................................. 84

5.3.18 Kepala Seksi Keamanan ................................................................ 84

5.3.19 Sekretaris ....................................................................................... 84

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan............................................................ 85

5.4.1 Sistem Kerja .................................................................................. 85

5.5 Sistem Kepegawaian dan Upah .............................................................. 87

5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji .............................. 87

5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ............................................................. 88

5.8 Manajemen Produksi .............................................................................. 91

5.8.1 Perencanaan Produksi .................................................................... 91

5.8.2 Pengendalian Produksi .................................................................. 93

5.9 Kesehatan dan Keselamatan Kerja ......................................................... 94

BAB 6 ANALISIS EKONOMI ............................................................................ 98

6.1 Total Capital Investment ...................................................................... 104

6.2 Working Capital ................................................................................... 104

6.3 Manufacturing Cost .............................................................................. 105

6.4 General Expenses ................................................................................. 105

6.5 Analisis Keuntungan ............................................................................ 106

6.6 Analisis Kelayakan ............................................................................... 106

BAB 7 KESIMPULAN ....................................................................................... 111

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 112

LAMPIRAN ........................................................................................................ 114

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Pabrik Sorbitol di Dunia ......................................................................... 3

Tabel 1.2 Pabrik Sorbitol di Indonesia dan Kapasitasnya....................................... 5

Tabel 1.3 Data Kapasitas Impor dan Ekspor Indonesia .......................................... 5

Tabel 1.4 Perbandingan Proses Reduksi Elektrolitik, Hidrogenasi Katalitik dan

Proses Bioteknologi .............................................................................................. 12

Tabel 2.1 Harga ΔHOf ........................................................................................... 22

Tabel 2.2 Harga ΔGof ............................................................................................ 22

Tabel 2.3 Neraca Massa Overall ........................................................................... 30

Tabel 2.4 Neraca Massa Reaktor (R-101) ............................................................. 30

Tabel 2.5 Neraca Massa Flash Drum (D-101) ...................................................... 31

Tabel 2.6 Neraca Massa Mixer (M-101) ............................................................... 31

Tabel 2.7 Neraca Massa Filter (H-101)................................................................. 32

Tabel 2.8 Neraca Massa Evaporator (V-101) ....................................................... 32

Tabel 2.9 Data Kapasitas Panas Bahan ................................................................. 33

Tabel 2.10 Neraca Panas di sekitar Heat Exchanger (E-101) ............................... 34

Tabel 2.11 Neraca Panas di sekitar Kompresor (C-101)....................................... 34

Tabel 2.12 Neraca Panas di sekitar Intercooler (E-102) ....................................... 34

Tabel 2.13 Neraca Panas di sekitar Kompresor (C-102)....................................... 34

Tabel 2.14 Neraca Panas di sekitar Cooler (E-103) .............................................. 35

Tabel 2.15 Neraca Panas di sekitar Reaktor (R-101) ............................................ 35

Tabel 2.16 Neraca Panas di sekitar Flash Drum (D-101) ..................................... 35

Tabel 2.17 Neraca Panas di sekitar Cooler (E-106) .............................................. 36

x

Tabel 2.18 Neraca Panas di sekitar Cooler (E-104) .............................................. 36

Tabel 2.19 Neraca Panas di sekitar Mixer (M-101) .............................................. 36

Tabel 2.20 Neraca Panas di sekitar Filter (H-101) ................................................ 37

Tabel 2.21 Neraca Panas di sekitar Evaporator (V-101) ....................................... 37

Tabel 2.22 Neraca Panas di sekitar Cooler (E-105) .............................................. 38

Tabel 2.23 Rincian Luas Tanah dan Bangunan Pabrik ......................................... 40

Tabel 4.1 Kebutuhan Air Pendingin ..................................................................... 66

Tabel 4.2 Kebutuhan Air Umpan Boiler ............................................................... 67

Tabel 4.3 Kebutuhan Air Make Up Total.............................................................. 68

Tabel 4.4 Kebutuhan Steam di Pabrik Sorbitol ..................................................... 69

Tabel 5.1 Jadwal Kerja Masing – Masing Regu ................................................... 86

Tabel 5.2 Penggolongan Jabatan dan Gaji ............................................................ 88

Tabel 5.3 Potensi Bahaya Keselamatan dan Kesehatan Kerja .............................. 96

Tabel 6.1 Harga Index Chemical Engineering Plant ............................................ 99

Tabel 6.2 Total Capital Investment ..................................................................... 104

Tabel 6.3 Working Capital .................................................................................. 104

Tabel 6.4 Manufacturing Cost ............................................................................ 105

Tabel 6.5 General Expenses ................................................................................ 105

Tabel 6.6 Fixed Cost (Fa) ................................................................................... 107

Tabel 6.7 Variable Cost (Va) .............................................................................. 107

Tabel 6.8 Regulated Cost (Ra) ............................................................................ 108

Tabel 6.9 Perbandingan Perhitungan dan Referensi ........................................... 110

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Struktur Kimia Sorbitol ....................................................................... 1

Gambar 1.2 Konsumsi Sorbitol Dunia Tahun 2013 ................................................ 2

Gambar 1.3 Impor Sorbitol di Indonesia................................................................. 6

Gambar 1.4 Ekspor Sorbitol di Indonesia .............................................................. 7

Gambar 1.5 Lokasi Pendirian Pabrik .................................................................... 10

Gambar 2.1 Reaksi Pembuatan Sorbitol ............................................................... 21

Gambar 2.2 Diagram Alir Kualitatif Pabrik Sorbitol ............................................ 28

Gambar 2.3 Diagram Alir Kuantitatif Pabrik Sorbitol ......................................... 29

Gambar 2.4 Tata Letak Pabrik .............................................................................. 41

Gambar 4.1 Pengolahan Air Sungai ...................................................................... 65

Gambar 5.1 Struktur Organisasi Perusahaan ........................................................ 97

Gambar 6.1 Grafik Hubungan Tahun Vs Cost Index .......................................... 100

xii

DAFTAR SIMBOL

ΔHRO = enthalphy reaksi pada suhu standar

ΔHOf = enthalphy pembentukan pada suhu standar

ΔGo = energi Gibbs pada suhu standar

ΔGof = energi Gibbs pembentukan tiap zat

θA = kecepatan adsorbsi glukosa (C6H12O6)

θB = kecepatan adsorbsi hidrogen (H2)

θV = kecepatan reaksi permukaan

K = konstanta kesetimbangan

T = suhu (K)

R = tetapan gas ideal (8,314 J/mol.K)

r = kecepatan reaksi

Cg, CA = konsentrasi glukosa (C6H12O6) (mol.l-1)

k = konstanta kecepatan (mmol.h-1.gNi-1)

PH2, PB = tekanan hidrogen (H2) (Mpa)

PH2, KB = konstanta kesetimbangan adsorbsi hidrogen (H2)(Mpa-1)

Kg, KA = konstanta kesetimbangan adsorbsi glukosa (C6H12O6) (l.mol-1)

kad A = konstanta kecepatan adsorbsi

k-ad A = konstanta kecepatan desorbsi