Abstrak—Dalam  usaha  untuk  mewujudkan  swasembada pangan di Indonesia yang merupakan negara agraris, industri pupuk  merupakan  salah  satu  sektor  penunjang  pertanian. Pupuk  NPK  sangat  banyak  digunakan  dalam  sektor perkebunan  karena  memiliki  banyak  kelebihan  dibanding pupuk lainnya, antara lain harga murah, praktis, dan komposisi yang  bisa  disesuaikan.  Pada  pra-desain  pabrik  ini  kami  akan mendesain pabrik pupuk NPK baru yang mempunyai kapasitas cukup besar untuk menutupi defisit yang terjadi. Dipilih metode Mixed  Acid  Route  karena  memiliki  banyak  keuntungan,  yaitu kapasitas produksi jumlah besar dengan berbagai macam grade pupuk,  produk  lebih  seragam,  dan  dapat  terus  beroperasi secara  kontinyu.  Konfigurasi  proses  pembuatan  pupuk  NPK terdiri dari tahap persiapan bahan baku, netralisasi, granulasi, pengeringan, pengayakan, pendinginan dan pelapisan produk. Target  kapasitas  produksi  pupuk  NPK  kami  adalah  500.000 ton/tahun. Sumber dana investasi pabrik ini berasal dari modal sendiri  sebesar  30%  biaya  investasi  dan  pinjaman  jangka pendek  sebesar  70%  biaya  investasi  dengan  bunga  sebesar 9,95%  per  tahun.  Dari  analisis  perhitungan  ekonomi  didapat hasil-hasil sebagai berikut, dimana nilai Investasi: 446.251.197.675 IDR, Internal Rate of Return: 27,5 %, Pay Out Time:  3,59  Tahun,  Break  Even  Point:  49,69%,  dan  NPV: 610.932.852.290,76  IDR.  Secara  keseluruhan  pabrik  ini  layak untuk didirikan.
Kata Kunci— Pupuk, NPK, Investasi, Granulasi, Pabrik.

## I. PENDAHULUAN
NDONESIA merupakan negara agraris dengan ketersediaan  lahan  pertanian  yang  sangat  luas  dan  akan terus bertambah Dalam usaha untuk mewujudkan swasembada  pangan,  salah  satu  sektor  pendukungnya  ialah industri  pupuk.  Pupuk  adalah  bahan  yang  diumpankan  ke tanaman  untuk  mengisi  unsur-unsur  yang  dibutuhkan tanaman untuk menyuplai nutrisi mereka. Selain unsur utama (C,  H,  O)  yang  dibutuhkan  untuk  fotosintesis,  terdapat beberapa unsur yang harus dipenuhi yaitu N, P, K, Ca, Mg, S. Tiga unsur pertama (N, P, K) merupakan unsur tambahan yang  persentasenya  paling  tinggi  di  antara  unsur  lainnya namun  tidak  tersedia  di  dalam  tanah  [1].  Pupuk  nitrogen, fosfor,  dan  kalium  merupakan  pupuk  anorganik  yang diformulasikan  dengan  konsentrasi  yang  sesuai,  dapat memberikan tiga  unsur hara utama untuk berbagai tanaman dan  kondisi  pertumbuhan  yaitu  N  (nitrogen)  dapat mendorong  pertumbuhan  daun  dan  pembentukan  protein, klorofil. P (fosfor) untuk membentuk akar, bunga dan buah. Dan  K  (potassium)  yang  membantu  pertumbuhan  batang, akar dan sintesis protein [2].
Pemakaian  pupuk  NPK  saat  ini  banyak  diminati masyarakat, walaupun dari segi harga biasanya lebih mahal,
namun secara teknis mampu memberikan hasil produk yang lebih  baik,  sehingga  biaya  produksi  lebih  rendah.  Saat  ini permintaan pupuk NPK meningkat tajam sebesar 5,67% dari 4.801.567  ton  menjadi  5.078.544  ton,  sedangkan  produksi pupuk di Indonesia sebagian besar ditopang oleh perusahaan pupuk milik negara yaitu PT. Petrokimia Gresik, PT. Pupuk Kalimantan Timur, dan PT. Pupuk Kujang Cikampek dengan total  kapasitas  produksi  3,1  juta  ton  pada  tahun  2018  [3]. Perhatikan Tabel 1.
Setiap  tahun,  permintaan  pupuk  NPK  meningkat,  namun produksi  pupuk  NPK  biasanya  mandek.  Hal  ini  harus dihindari  karena  jika  kondisi  ini  terus  berlanjut  maka  akan terjadi  kekurangan  pasokan  pupuk  sehingga  dipastikan produktivitas  pertanian  akan  turun.  Oleh  karena  itu,  sangat penting untuk  membangun pabrik  pupuk  NPK baru  dengan daya  yang  cukup  untuk  menutupi  kekurangan  yang  ada. Selain itu, pembangunan pabrik pupuk NPK juga mendukung program  pangan  pemerintah  untuk  swasembada,  karena diharapkan produktivitas pertanian meningkat seiring dengan peningkatan pasokan pupuk.

## II. DATA DASAR PERANCANGAN

## A. Ketersediaan dan Kualitas Bahan Baku dan Produk
Bahan  baku  utama  yang  digunakan  untuk  memproduksi pupuk NPK adalah urea, asam fosfat, asam sulfat, ammonia, KCl,  dan  ZA  yang  didapatkan  dari  PT.  Petrokimia  Gresik. Data  kapasitas  produksi  PT.  Petrokimia  Gresik  mengenai bahan  baku  yang  akan  digunakan  untuk  proses  pembuatan pupuk NPK ditampilkan pada Tabel 2 [4].
Di pasaran, produk pupuk ini dikenal dengan nama Pupuk NPK 15-15-15. Pupuk NPK jenis ini paling umum digunakan di Indonesia karena cocok untuk menanam padi, jagung, dan tebu.

## B. Kapasitas
Salah satu faktor yang harus diperhatikan dalam pendirian pabrik NPK adalah kapasitas pabrik. Pabrik pupuk NPK ini direncanakan akan mulai beroperasi pada tahun 2023, dengan mengacu  pada  pemenuhan  kebutuhan  domestik  dan peningkatan  nilai.  Dengan  menggunakan  rumus 𝑃  = 𝐹 (1  +  𝑖) 𝑛 maka dapat diperkirakan jumlah ekspor, impor, produksi  dan  konsumsi  pada  tahun  2023  dapat  dilihat  pada Tabel 3.
Dari data Tabel 3 dapat diperkirakan konsumsi, produksi, ekspor,  dan  impor  pada  tahun  2023  sehingga  kapasitas produksi pabrik  baru  yang  diinginkan  untuk  menutupi 15% dari total kebutuhan adalah 500.000 ton/tahun.

## Pra-Desain Pabrik Pupuk NPK dari DAP, ZA, dan KCL dengan Metode Mixed Acid Route Berkapasitas 500.000 Ton/Tahun
Fadhil Kusumah Atmadja, Wirantia Hanan Febrilla, dan Tri Widjaja Departemen Teknik Kimia, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : hananfebrilla@gmail.com
I

## C. Lokasi dan Ketersediaan Utilitas
1) Lokasi
Pemilihan lokasi pabrik dipengaruhi oleh beberapa faktor yang berbeda  penerapannya bagi  satu pabrik dengan pabrik yang  lain,  sesuai  dengan  produk  yang  dihasilkan.  Faktor- faktor  yang  mempengaruhi  pemilihan  lokasi  pabrik  seperti letak  konsumen  atau  pasar,  sumber  bahan  baku,  sumber tenaga kerja, air, suhu udara, listrik, transportasi, lingkungan, masyarakat,  dan  sikap  yang  muncul,  peraturan  pemerintah, pembuangan  limbah  industri,  fasilitas  untuk  pabrik  dan fasilitas untuk karyawan [5].
Wilayah  Gresik  berada  di  Tengah  Provinsi  Jawa  Timur, memungkinkan untuk memasarkan ke seluruh wilayah Jawa Timur dengan lebih mudah dan biaya distribusi produk yang diperlukan juga lebih sedikit. Melihat jarak dan ketersediaan lahan  perkebunan  yang  ada,  maka  wilayah  yang  berpotensi untuk  menjadi  lokasi  pemasaran  utama  adalah:  Kabupaten Malang, Blitar, dan Kediri.
2) Ketersediaan Utilitas
Untuk  memenuhi  kebutuhan  air,  kami  dapatkan  dari
Sungai Brantas Lamongan dan Sungai Gunungsari Surabaya yang  memiliki  kapasitas  air  dalam  jumlah  banyak  dan lokasinya  yang  tidak  terlalu  jauh  dari  Gresik.  Sementara untuk ketersediaan sumber energi yang menunjang kegiatan produksi berasal dari PLTU Gresik.

## III. URAIAN PROSES TERPILIH
Pembuatan pupuk NPK ini terdiri dari beberapa unit proses yang  akan digunakan.  Secara  garis  besar  tahapan  unit  yang akan digunakan adalah, persiapan bahan baku, netralisasi dan granulasi,  pengeringan,  pengayakan,  pendinginan  dan pelapisan produk dapat dilihat pada Gambar 1 untuk diagram alir proses, dan Gambar 5 untuk proses flow diagram .
1) Persiapan dan Pencampuran Bahan Baku Padat
Bahan baku utama pupuk NPK disimpan dalam container clay (F-121), potasium klorida (F-122) dan urea (F-123) yang dilengkapi timbangan, kemudian diangkut ke bucket elevator (J-126)  menggunakan belt  conveyor (J-126)  kemudian dibawa ke pugmill (C-221). Tugas pugmill adalah mengontak dan  mencampur  semua  bahan  baku  padat  agar  diperoleh
Tabel 1. Kapasitas Produksi Pupuk NPK Pabrik Jumlah Pabrik Kapasitas Produksi (ton/tahun) PT. Petrokimia Gresik Pupuk NPK Phonska 4 2.250.000 Pupuk NPK 4 450.000 PT. Pupuk Kujang Cikampek Pupuk NPK 1 176.863 PT. Pupuk Kalimantan Timur Pupuk NPK Blending 1 150.000 Pupuk NPK Fusion 1 200.000 Tabel 2. Kapasitas Produksi Bahan Baku (PT. Petrokimia Gresik) Bahan Baku Kapasitas Produksi (ton) Asam Sulfat 698.796 Asam Fosfat 248.714 Ammonia 693.001 Urea 658.519 Ammonium Sulfat (ZA) 589.341 Tabel 3. Data Impor, Ekspor, dan Produksi Pupuk NPK di Indonesia . Tahun Impor (ton) Ekspor (ton) Produksi (ton) 2014 495.950 2.420 2.716.098 2015 650.000 9.309 3.001.087 2016 804.050 35.803 2.764.687 2017 994.610 137.702 3.282.957 2018 495.950 2.420 3.159.966 Tabel 4. Hasil Perhitungan Analisa Ekonomi No. Keterangan Jumlah 1. Biaya Tetap (FC) 338.584.793.168 2. Biaya Variabel (VC) - Bahan Baku 2.589.003.257.869 - Utilitas 356.802.110.187 - Royalty 107.040.633.056 Total Biaya Variabel (VC) 3.052.846.001.112 3. Biaya Semivariabel (SVC) - Gaji Karyawan 40.194.000.000 - Pengawasan 6.029.100.000 - Pemeliharaan dan Perbaikan 6.771.695.863 - Operating Supplies 1.015.754.380 - Laboratorium 4.019.400.000 - Pengeluaran Umum 362.831.210.187 - Plant Overhead Cost 23.111.550.000 Total Biaya Semivariabel (SVC) 443.972.710.430 4. Total Penjualan (S) 3.775.000.000.000
campuran yang seragam dan memperkecil ukuran bahan baku padat sebelum masuk ke granulator . Aliran recycle diarahkan kembali ke granulator (C-221) .
2) Neutralizer
Bahan  baku  cair  berasal  dari  tangki  penampung  F-111 untuk  NH 3 ,  F-112  untuk  H 3 PO 4 ,  F-113  untuk  H 2 SO 4 ,
dipompa  ke neutralizer tank (R-210).  H 3 PO 4 dan  H 2 SO 4 dinetralisasi dengan NH 3 cair bersuhu 5 o C dan tekanan 1 atm untuk mengurangi volume yang digunakan. Kondisi operasi di neutralizer tank adalah:  suhu  120-130 o C,  tekanan  1  atm, kecepatan  pengadukan  56  rpm  dan  pH  1-2.  Sebagai  hasil reaksi, zat yang terbentuk adalah ammonium sulfat (ZA cair), mono  ammonium  phosphate  (MAP),  dengan  perbandingan
Gambar 1. Block Flow Diagram.
Gambar 2. Tata Letak Pabrik Secara Garis Besar.
Gambar 3. P&ID Rotary Dryer (B-230).
N/P=  0.8-0.9  dan  N/S=  1.6-1.8.  Reaksinya  adalah  sebagai berikut [6]:
1. 2NH 3 (l) + H 2 SO 4 (l) → (NH 4 ) 2 SO 4 (l) (ZA cair) 2. NH 3 (l) + H 3 PO 4 (l) → NH 4 H 2 PO 4 (l) (MAP) 3. NH 3 + NH 4 H 2 PO 4 → (NH 4 ) 2 HPO 4 (DAP)
3) Granulasi
Dalam granulator (C-220),  terjadi  dua  proses  yaitu granulasi  (pembentukan  butiran-butiran)  dan  aglomerasi (partikel-partikel  yang  halus  saling  menempel  membentuk butiran  yang  lebih  besar).  Di  dalam granulator juga disemprotkan  amoniak  melalui ploughshare dan  juga diumpankan  asam  sulfat,  dengan  tujuan  untuk  menangkap amoniak  yang  lolos  tidak  bereaksi  dengan  MAP.  Gas  yang mengandung  amoniak  dialirkan  kedalam scrubber (D222) mengandung amoniak dialirkan ke dalam scrubber (D-222) digunakan asam sulfat untuk menyerap ammoniak sehingga membentuk  ammonium  sulfat  agar  mengurangi  limbah  gas dan mengurangi pembelian bahan baku ammonium sulfat.

## 4) Pengeringan Produk
Produk  yang  keluar  dari granulator (C-220)  selanjutnya masuk  ke  dalam dryer (B-230)  untuk  menurunkan  kadar airnya hingga maksimal 1,5%. Dryer berbentuk rotary drum . Pengeringan pada dryer (B-230) menggunakan udara panas dengan suhu 100-120 o C yang di supply oleh fan (G-233) hasil dari pembakaran didalam furnace . Produk keluaran bersuhu 105 o C.
5) Pengayakan Produk
Produk kering dari rotary dryer (B-230) dikirim ke screen (H-310)  melalui bucket  elevator (J-237)  untuk  dipisahkan menjadi 3 jenis, yaitu onsize , undersize dan oversize . Produk oversize tertahan di screen (H-310) secara gravitasi masuk ke crusher (C-311) terlebih dulu sebelum masuk ke dalam belt conveyor (J-223)  bersama  dengan  produk undersize yang jatuh dari sisi bawah screen untuk di recycle lagi ke granulator (C-220).  Produk onsize akan  langsung  masuk  ke rotary cooler (B-320) melalui belt conveyor (J-312) dan selanjutnya akan  didinginkan.  Ukuran  produk onsize yaitu  2-4  mm. Ukuran screen pertama adalah 2mm dan ukuran screen kedua adalah  4  mm.  Bahan screener adalah  stainless  steel wire mesh .
6) Pendinginan Produk
Proses cooling adalah  proses  pendinginan  butiran  pupuk yang telah melalui proses pengeringan. Alat yang digunakan adalah rotary  cooler ,  yang  berfungsi  untuk  menurunkan temperatur  dengan  menggunakan  udara  kering.  Produk dengan  ukuran onsize yang  keluar  dari screen (H-310) diumpankan secara gravitasi ke rotary  cooler (B-310) yang berfungsi  untuk  menurunkan  temperatur  menjadi  55 o C dengan  menggunakan  dara  kering  dingin  yang  berasal  dari blower fan (G-232).  Produk  yang  telah  mengalami pendinginan  selanjutnya  masuk  ke  dalam coater  drum (D- 330).
7) Pelapisan Produk
Produk onsize dikirim  ke coating  rotary drum  (D-330) untuk  dilapisi  dengan coating  agent karena  produk  bersifat higroskopis  yang  bisa  meningkatkan  proses caking (penggumpalan), terutama bila masih ada variasi suhu udara serta kadar air. Pelapisan pada butiran pupuk menggunakan coating  powder berupa silica  powder yang  berasal  dari
coating  powder bin  (F-332)  diumpankan  melalui screw conveyor (J-333)  dan coating  oil berupa  SK-FERT  berasal dari coating oil tank (F-423) yang dimasukkan menggunakan coating oil pump (L-335). Produk keluaran coater drum (D- 330)  dengan  temperatur  35,523 o C  kemudian  dikirim  ke gudang  penyimpanan  akhir  (F-410)  menggunakan belt conveyor (J-331) untuk pengepakan produk.

## IV. NERACA MASSA DAN ENERGI
Berdasarkan  hasil  perhitungan  neraca  massa  pada  Pabrik Pupuk NPK ini dibutuhkan bahan baku antara lain 9.545,20 kg/jam  NH 3 ,  12.841,11  kg/jam  H 3 PO 4 ,  13.295,90  kg/jam H 2 SO 4 ,  444,57  kg  CO(NH 2 ) 2 ,  14746.65  kg/jam  KCL,  dan 7675.18  kg/jam  (NH 4 ) 2 SO 4 untuk  menghasilkan  62.500 kg/jam pupuk NPK.
Sedangkan  untuk  perhitungan  neraca  energi  pada  Pabrik Pupuk  NPK  ini  memiliki  kebutuhan  panas  sebanyak 56.157.489,32  kJ/jam  untuk  11  alat  dan  kebutuhan power sebanyak 9.534,33 HP/jam untuk 20 alat.

## V. DAFTAR HARGA DAN PERALATAN

## A. Daftar dan Harga Peralatan
Berdasarkan neraca massa dan energi, total harga peralatan pada Pabrik Pupuk NPK ini sebesar $4.192.362,703 untuk 47 alat.

## B. Tata Letak Pabrik
Tata letak pabrik ( layout ) dapat didefinisikan sebagai tata cara  pengaturan  fasilitas–fasilitas  pabrik  untuk  menunjang kelancaran  proses  produksi  [7].  Secara  umum,  tata  letak pabrik  yang  baik  akan  menambah  efisiensi  dan  menjaga kelangsungan  kerja  suatu  industri.  Tata  letak  pabrik  pupuk NPK akan disajikan pada Gambar 2.

## C. P&ID Alat Utama dan Preliminary HAZOP
Rotary Dryer (B-230) merupakan alat utama dalam pabrik pupuk  NPK  ini,  yang  mana  kegagalan  proses  di  dalamnya akan  sangat  mempengaruhi  keseluruhan  proses  yang  ada. Melalui HAZOP dapat dilakukan Pengujian untuk tiap bagian dari  proses  guna  mengetahui  kemungkinan  terjadinya penyimpangan  maupun  kegagalan  dari  desain  yang  sudah ditentukan serta untuk mengetahui penyebab dan konsekuensi yang akan diakibatkan. Hasil dari Pengujian ini tersaji pada Gambar 3.

## VI. ANALISA EKONOMI DAN DAMPAK TERHADAP LINGKUNGAN
Dari  perhitungan  analisis  ekonomi  pada  Tabel  4,  untuk memproduksi pupuk NPK dengan Metode Mixed Acid Route berkapasitas 500.000 ton/tahun, didapatkan IRR sebesar 27,5 % dan BEP sebesar 49,69 % dimana POT selama 3,59 tahun, perhatikan Gambar 4. Dengan bunga 9,95% per tahun. Pabrik diperkirakan  bertahan  selama  10  tahun  dengan  lama  waktu pembangunan selama 2 tahun. Operasi pabrik 330 hari/tahun sebagai berikut:
1. Modal Investasi    : Rp 494.906.707.630,00 / tahun
2. Biaya Produksi     : Rp 3.563.787.391.380,00 / tahun
3. Hasil Penjualan    : Rp 3.775.000.000.000,00 / tahun
4. Hasil Penjualan    : Rp 3.775.000.000.000,00 / tahun
5. OPEX             : Rp 3.561.426.809.688,78 / tahun
6. CAPEX           : Rp 335.784.793.168,00 / tahun
7. Net Present Value : Rp 182.912.999.597,00 / tahun

## VII. KESIMPULAN/RINGKASAN
Setelah  dicermati  berdasarkan  segi  ekonomi  dan  teknis yang  sudah  dilakukan,  pabrik  pupuk  NPK  menggunakan metode Mixed  Acid  Route berkapasitas  produksi  500.000 ton/tahun  ini  layak  untuk  didirikan  pada  tahun  2023 menggunakan perkiraan umur pabrik selama 10 tahun. Dari analisis  ekonomi  didapatkan  nilai  IRR  sebesar  27,5%  yang lebih  tinggi  dari  suku  bunga  bank  yaitu  9,95%  pertahun dengan pengembalian modalnya selama 3,59 tahun dan BEP pada 49,69%.

## LAMPIRAN
Pra desain pabrik NPK dengan metode Mixed Acid Route dapat dilihat pada Gambar 5.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  banyak  terima  kasih  kepada Laboratorium  Teknologi  Biokimia  ITS  atas  bantuan  dan saran yang telah diberikan selama ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  F. P. Gardner, Physiology of Crop Plants , Volume 14. Iowa City: Iowa State University Press, Ames, IA, 1986.
[2]  L.  Taiz  and  Z.  Eduardo, Plant  Physiology .  Redwood  City,  Calif:
Gambar 4. Grafik Pengaruh Perubahan Harga Bahan Baku, Produk, dan TCI terhadap IRR.
Gambar 5. Process Flow Diagram.
Benjamin/Cummings Pub. Co., 1991.
[3]  M.  Mahfud  and  Z.  Sabara, Industri  Kimia  Indonesia ,  1st  ed. Yogyakarta: Deepublish, 2018.
[4]  PT. Petrokimia Gresik (Pusat Pelayanan Pelanggan), Pupuk Majemuk , 1st ed. Kabupaten Gresik, Jawa Timur.: PT. Petrokimia Gresik (Pupuk Indonesia Holding Company), 2019.
[5]  A.  Hindrayani, Manajemen  Operasi ,  1st  ed.  Daerah  Istimewa
Yogyakarta: Pohon Cahaya, 2010.
[6]  A.  E.  Van  Nieuwenhuyse,  “Production  of  NPK  Fertilizers  by  The Mixed Acid Route.” European Fertilizer Manufacturers’ Association, Brussels, Belgium, 1995.
[7]  S. Wignjosoebroto, Tata Letak Pabrik dan Pemindahan Bahan (Edisi Ketiga) , 3rd ed. Surabaya, Jawa Timur: Penerbit Guna Widya, 2003.