PRARANCANGAN PABRIK ETIL ASETAT DARI ASAM ASETAT DAN ETANOL DENGAN KATALIS ASAM SULFAT KAPASITAS TON PER TAHUN

Transkripsi

1 NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK ETIL ASETAT DARI ASAM ASETAT DAN ETANOL DENGAN KATALIS ASAM SULFAT KAPASITAS TON PER TAHUN Oleh: Verry Junaidi Rachmawan D DosenPembimbing: Eni Budiyati, ST, M.Eng. Dr. Ir. H. Ahmad M. Fuadi, M.T. PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2014

2 UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA FAKULTAS TEKNIK Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura, Telp. (0271) , Fax Surakarta Website: ums@ums.ac.id Surat Persetujuan Artikel Publikasi Ilmiah Yang bertanda tangan di bawah ini pembimbing skripsi/ tugas akhir: Pembimbing I : Eni Budiyati, S.T., M.Eng. NIK : 991 Pembimbing II : Dr. Ir. H. Ahmad M. Fuadi, M.T. NIK : 618 Telah membaca dan mencermatinaskah artikel publikasi ilmiah, yang merupakan ringkasan skripsi/ tugas akhir dari mahasiswa: Nama : Verry Junaidi Rachmawan NIM : D Program Studi : TEKNIK KIMIA Judul Skripsi : PRARANCANGAN PABRIK ETIL ASETAT DARI ASAM ASETAT DAN ETANOL DENGAN KATALIS ASAM SULFAT KAPASITAS TON PER TAHUN Naskah artikel tersebut layak dan dapat disetujui untuk dipublikasikan. Demikian persetujuan ini dibuat, semoga dapat dipergunakan seperlunya. Surakarta, 23 Desember 2014 Menyetujui

3 SURAT PERYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH B ismilahirroahmanirrohim Yang bertandatangan dibawah ini, saya : Nama NIM/NIK/NIP Fakultas/Jurusan Jenis Judul Verry Junaidi Rachmawan D Teknik kimia Skripsi/Tesis/Diserlasi llaporan penelitian Prarancangan Pabrik Etil asetat dari asam asetat dan etanol Dengan katalis asam sulfat Kapasitas ton per tahun Dengan -ini menyatakan bahwa saya menyetuj ui untuk : l. Memberikan hak bebas royalti kepada perpustakaan UMS atas penulisan karya ilmiah saya, demi pengembangan ilmu pengetahuan. 2. Memberikan hak menyimpan, mengalih mediakan/ mengalih formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), mendistribusikanya, serta menampilkanya dalam bentuk softcopy untuk kepentingan akademik kepada Perpustakaan UMS, tanpa perlu meminta rjin dari saya selama tetap menyantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta. 3. Bersedia dan menjamin untuk menanggung secara pribadi tanpa melibatkan pihak Perpustakaan UMS, dari semua bentuk tuntutan hukum yang timbul atas pelanggaran hak cipta dalam karya ilmiah ini. Demikian peryataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan semoga dapat digunakan sebagai semestinya. Surakafia, 23 Desember 2014 Yang Menyatakan (Verry Junaidi Rachmawan)

4 ABSTRAK Etil asetat merupakan cairan tidak berwarna yang mudah larut dalam air dan pelarut organik, yang mempunyai kegunaan sebagai bahan pelarut organik dalam industri pembuatan tinta, pembuatan resin serta dalam industri farmasi dan kosmetik. Untuk memenuhi kebutuhan etil asetat dalam negeri dirancang pabrik etil asetat dari etanol dan asam asetat dengan kapasitas ton per tahun dan tidak menutup kemungkinan untuk diekspor. Proses pembuatan Etil asetat menggunakan reaksi esterifikasi etanol dan asam asetat dengan katalis asam sulfat, dilakukan di dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB). Membutuhkan bahan baku etanol sebanyak ,16 ton per tahun yang diperoleh dari PT. Molindo Raya Industrial sedangkan asam asetat sebanyak ,87 ton per tahun diperoleh dari PT. Indo Acidatama. Reaksi berlangsung pada fase cair, suhu 70ºC dan tekanan 1 atm. Untuk memperoleh produk etil asetat dengan kemurnian 99%. dilakukan proses distilasi. Bentuk perusahaan adalah perseroan terbatas (PT). Dalam pelaksanaan proses, pabrik membutuhkan karyawan sebanyak 96 orang. Kebutuhan unit pendukung proses pabrik etil asetat meliputi ,01 liter air per tahun, ,92 kg steam per tahun, ,60 liter bahan bakar per tahun, dan ,69 kw listrik per tahun. Dari hasil analisis ekonomi diperoleh hasil yaitu Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 59,63% dan setelah pajak sebesar 41,74%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar 1,44 tahun sedangkan setelah pajak sebesar 1,93 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 37,76%, dan Shut Down Point (SDP) sebesar 23,21%. Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 35 %. Berdasarkan data di atas maka pabrik etil asetat dari asam asetat dan etanol ini layak untuk didirikan.. Kata kunci : etil asetat, esterifikasi, RATB

5 1.1. Latar Belakang Etil asetat dengan rumus molekul (CH 3 COOC 2 H 5 ) merupakan cairan tidak berwarna yang mudah larut dalam air dan pelarut organik, salah satu bahan kimia yang digunakan sebagai bahan pelarut organik dalam pembuatan tinta, pembuatan resin dan terutama dalam industri farmasi dan kosmetik. Dari tahun ketahun perkembangan industri di Indonesia semakin bertambah sangat banyak, baik pabrik industri milik pemerintah maupun pabrik industri milik swasta. Dengan berdirinya banyak pabrik di Indonesia dapat menghemat devisa negrara, karena mengurangi impor negara, sehingga perekonomian Indonesia bisa lebih baik. Perkembangan industri kimia yang sangat cepat sehingga pemerintah memberikan kesempatan untuk mendirikan pabrik etil asetat di Indonesia. Dengan didukung kebutuhan etil asetat di Indonesia setiap tahun meningkat hampir 16,7% (Badan Pusat Statistik, 2014). Berkebalikan dengan meningkatnya kebutuhan tersebut, pabrik etil asetat di Indonesia masih belum bisa untuk mencukupi kebutuhan etil asetat di Indonesia, sehingga untuk mencukupi kebutuhan etil asetat di Indonesia, pemerintah mengambil langkah untuk mendatangkan atau impor etil asetat dari negara lain. selain alasan-alasan diatas, pemerintah juga mengambil beberapa pertimbangan sebagai alasan untuk memberikan banyak kesempatan untuk mendirikan pabrik etil asetat. Adapun alasan dari pemerintah antara lain untuk memenuhi kebutuhan etil aseta dalam negeri, membuka lapangan pekerjaan baru sehingga pengangguran akan menurun, serta menghemat devisa negara karena dapat membantu pertumbuhan perekonomian Indonesia. Dengan didukung oleh sumber bahan baku dan sumber daya manusia yang melimpah serta pemasaran hasil produksi yang mudah di Indonesia, pembuatan pabrik etil asetat memiliki prospek kedepan yang sangat menjanjikan. Untuk penentuan kapasitas perancangan pendirian pabrik dapat melihat dari beberapa pertimbangan antara lain kebutuhan produk, dan ketersediaan bahan baku.

6 Reaksi pembentukan esterifikasi merupakan reaksi yang berjalan lambat dengan penambahan asam sulfat sebagai katalis. Fungsi katalis dalam reaksi tersebut adalah untuk mempercepat reaksi pembentukan etil asetat (Groggins, 1985) Tujuan pendirian pabrik etil asetat dari asam asetat dan etanol ini bertujuan untuk memenuhi kebutuhan etil asetat dalam negeri sehingga mengurangi impor dalam nergeri, dan tidak menutup kemungkinan produk tersebut bisa untuk ekspor. Dengan harapan dapat memberikan keuntungan negara dan mengurangi beban negara dalam bidang ekonomi.

7 TINJAUAN PUSTAKA Pemilihan proses Macam-macam proses produksi etil asetat yaitu: a. Esterifikasi Reaksi esterifikasi antara asam asetat dan etanol menggunakan katalis asam sulfat. Reaksi yang terjadi adalah reaksi reversibel, dimana konversi dari etil asetat sebesar 65%. Untuk meningkatkan yield, pembentukan air harus diminimalkan (McKetta and Chuningham, 1994). b. proses reaksi tischenco Proses Tischenco merupakan produksi etil asetat secara komersial dengan mengubah etanol menjadi asetaldehid menggunakan katalis aluminum alkoxide (Rahman et al., 2003). Yield pada proses ini sebesar 61%. Reaksi yang terjadi yaitu (McKetta and Chuningham, 1994): 2CH 3 CHO CH 3 COOCH 2 CH 3 (1.1) c. proses sintesis etil asetat dari etilena dan asam asetat Etil asetat dapat disintesis dari etilen dan asam asetat menggunakan katalis asam padat, misalnya zeolit. Reaksinya dituliskan: CH 2 CH 2 + CH 3 COOH 2CH 3 CHO (1.2) 2CH 3 CHO CH 3 COOC 2 H 5 (1.3) Pada reaksi ini, tidak terbentuk produk samping sehingga dapat meminimalkan energi untuk proses pemurnian produk (Crane et al, 2011).

8 METODE PENELITIAN Dasar Reaksi Proses pembuatan etil asetat dari asam asetat dan etanol dengan katalis asam sulfat dilakukan melalui esterifikasi terjadi pada Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) dengan reaksi sebagai berikut: H 2 SO 4 CH 3 COOH (c) + C 2 H 5 OH (c) CH 3 COOC 2 H 5(c) + H 2 O (c) (2.1) Kondisi Operasi Untuk proses pembuatan etil asetat dari asam asetat dan etanol menggunakan katalis asam sulfat beroperasi pada suhu 70ºC dan tekanan 1 atm. Fase yang terjadi dalam reaksi ini adalah fase cair, umpan dan produk dalam keadaan fase cair. Reaksi ini adalah reversible. Tinjauan Kinetika Ditinjau dari segi kinetika reaksi, kecepatan reaksi asam asetat dan etanol menjadi etil asetat adalah reaksi orde dua. Persamaan reaksinya dapat dituliskan sebagai berikut (Tajdari et al., 2009) : Reaksi : asam asetat + etanol etil asetat + air (2.2) ( ) ( )

9 Dimana,r = kecepatan reaksi (mol.m -3.s -1 ) k 1 = konstanta kecepatan reaksi ( m 3.mol -1.s -1 ) K C = konstanta kesetimbangan C = konsentrasi (mol.m -3 ) C k T AA E EA W = persen volume katalis = temperatur (K) = acetic acid (asam asetat) = etanol = ethyl acetate (etil asetat) = water (air) Tinjauan Termodinamika Untuk menentukan reaksi apakah reaksi endotermis atau eksotermis dapat diketahui dari entalpi reaksi ( H). Entalpi reaksi antara asam asetat dan etanol adalah H = -0,0114kL/mol, dan untuk konstanta keseimbangan pada suhu 70ºC sebesar K c =3,4402. Dilihat dari harga K c reaksi ini bersifat reversible (Faith et al,1957). Karena entalpi reaksinya negatif, maka reaksi antara asam asetat dan etanol merupakan reaksi eksotermis. Langkah proses Secara umum proses pembentukan etil asetat dari etanol dan asam asetat dapat dibagi menjadi 3 tahap, yaitu: 1. Tahap penyiapan bahan baku 2. Tahap esterifikasi 3. Tahp pemisahan hasil dan pemurnian

10 Untuk lebih jelasnya tahapan-tahapan proses tersebut adalah sebagai berikut: 1. Tahap penyiapan bahan baku Etanol dalam kondisi cair yang disimpan pada tangki 03 (01T03A/B) pada suhu 32 o C dan tekanan 1 atm diumpankan bersama dengan produk atas menara distilasi 04 (01C04) ke reaktor 01 (R01) yang sebelumnya dilewatkan pada heater 02 (E102) untuk dinaikan suhunya menjadi 70 o C. Asam asetat dalam kondisi cair yang disimpan pada tangki 01 (F01A/B) dialirkan bersama produk bawah menara distilasi 01 (D01) menuju mixer 01 (M01). Selanjutnya dilewatkan pada heater 01 (E101) untuk dinaikan suhunya menjadi 70 o C sebelum masuk reaktor 01 (R01). Pada pembuatan etil asetat ini digunakan perbandingan antara asam asetat dan etanol adalah kg : kg (Faith et al., 1957). 2. Tahap esterifikasi Asam asetat dan etanol direaksikan dengan katalis asam sulfat di dalam reaktor pada suhu 70 o C dan tekanan 1 atm. Reaksi berlangsung di dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) pada fase cair, kondisi nonadiabatis, isotermal dan eksotermis. Adapun reaksi ditunjukkan pada persamaan 2.3 : H 2 SO 4 CH 3 COOH + C 2 H 5 OH CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O (2.3) asam asetat etanol etil asetat air Reaksi esterifikasi terjadi dalam 2 buah reaktor yang disusun secara seri (R01, R02) dimana konversinya berturut-turut sebesar 45,69%, dan 65%. Produk keluar dari reaktor 02 (R02) dan diumpankan menuju menara distilasi 01 (D01).

11 3. Tahap pemisahan dan pemurnian produk Produk keluar reaktor 02 (R02) dilewatkan pada heater 03 (E103) untuk dinaikan suhunya dari 70 o C menjadi 88,96 o C dan selanjutnya diumpankan menuju menara distilasi 01 (D01) untuk memisahkan produk dari asam sulfat dan asam asetat. Asam sulfat dan asam asetat sebagai hasil bawah menara distilasi 01 (D01) kemudian di-recycle ke reaktor 01 (R01) yang sebelumnya dialirkan melewati mixer 01 (M01). Produk atas menara distilasi 01 (D01) yang berupa etil asetat, etanol, air, dan sedikit asam asetat diumpankan menuju menara distilasi 02 (D02). Produk atasnya yaitu etil asetat, etanol, air dan asam asetat didinginkan dalam cooler 01 (E401) menjadi 34,36 o C. Selanjutnya, etil asetat, etanol, air dan asam asetat yang telah didinginkan, dialirkan ke mixer 02 (M02). Di dalam mixer ini, campuran dilarutkan dengan menambahkan air di dalamnya. Dari mixer 02 (M02), dialirkan ke dekanter (H) sehingga terbentuk 2 lapisan. Hasil atas berupa etil asetat, sedikit air, dan sedikit etanol, sedangkan hasil bawahnya berupa campuran etanol, air, dan sedikit etil asetat. Hasil bawah kemudian dilewatkan heater 04 (E104) sebelum diumpankan ke menara distilasi 04 (D04), dengan etanol sebagai produk atas di-recycle ke reaktor 01 (R01). Produk bawah yang terdiri dari air dan sedikit etanol dibuang. Hasil atas dekanter yang terdiri dari etil asetat, sedikit etanol, dan sedikit air diumpankan ke dalam menara distilasi 05 (D05) setelah dinaikkan suhunya dalam heater 05 (E105). Pada menara distilasi 05 (D05) ini diperoleh etil asetat dengan kemurnian 99%. Impuritasnya terdiri dari 0,7% etanol dan 0,3% air. Produk ini kemudian disimpan di tangki 04 (F04A/B) setelah didinginkan dalam cooler 02 (E402).

12 HASIL PENELITIAN Dari analisis ekonomi, pabrik etil asetat ini mendapat keuntungan sebelum pajak sebesar Rp ,20 per tahun sedangkan keuntungan sesudah pajak sebesar Rp ,54 per tahun. Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 59,63% dan setelah pajak sebesar 41,74%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar 1,44 tahun sedangkan setelah pajak sebesar 1,93 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 37,76% kapasitas, dan Shut Down Point (SDP) sebesar 23,21% kapasitas. Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 35%. Berdasarkan data data di atas maka pabrik setil asetat dari asam asetat dan etanol layak untuk didirikan. KESIMPULAN Berdasarkan tinjauan kondisi operasinya. Pabrik Etil Asetat dari Asam Asetat dan Etanol dengan kapasitas ton per tahun digolongkan sebagai pabrik dengan resiko rendah. Hasil kelayakan ekonomi adalah sebagai berikut: 1. Keuntungan sebelum pajak Rp ,20 dan Keuntungan setelah pajak Rp , Return On Investement (ROI) sebelum pajak 59,63% dan ROI setelah pajak 41,74%. 3. Pay Out Time (POT) sebelum pajak 1,44 tahun sedangkan POT setelah pajak 1,93 tahun. 4. Break Event Point (BEP) adalah 37,76% dan Shut Down Point (SDP) adalah 23,21% Discounted Cash Flow (DCF) adalah 35%. Dari perhitungan analisa ekonomi di atas dapat disimpulkan bahwa pabrik Etil Asetat layak untuk didirikan.

13 DAFTAR PUSTAKA Anonim, 2014, Chemical Product, Anonim, 2014, Equipment Cost, Anonim, 2014, Product Directory, Aries, R.S and Newton R.D., 1955,Chemical Engineering Cost Estimation, Mc. Graw Hill Book Company, New York. Badan Pusat Statistik, 2014, Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia, Indonesia. Brown, G.G, 1978, Unit Operation, John Wiley and Sons. Inc., New York. Crane, R.A., Brown, S.H., Caul, L.D., 2011, Ethyl Acetate Synthesis from Ethylene and Acetic Acid Using Solid Acid Catalysts, Dutia, P, 2004, Ethyl Acetate: A Techno-Commercial Profile, Chemical Weekly, pp: Faith, W.L., Keyes, D.B., and Clark, R.L., 1957, Industrial Chemicals, John Wiley and Sons Inc, London. Groggins, P.H., 1958, Unit Processes in Organic Synthesis, McGraw-Hill, New York. Kirk R.E. and Othmer, D.F., 1982, Encyclopedia of Chemical Technology, vol.1, 2nd edition, A Willey Interscience Publication, John Wiley and Sons Co., Mc Ketta, John, J., Cunningham W.A., 1984, Encyclopedia of Chemical Processing and Design, Vol 20, Marcel Dekker Inc, New York. Rahman, S.A.S.A., Bakar M.Z.A., and Ahmad, Zainal., 1988, Preliminary Study of The Heat Release From Esterification Proces,, Vol: 10 No: 03, International Journal of Engineering & Technology IJET-IJENS. Tajdari, M., Ardjmand, M., Soltanieh. M., Safekordi, A.A., 2009, Shock-Control Study in Ethyl Acetate Production Process in a Reactive Distillation Column: Experimental and Simulation, Sciences Journal, pp: