Prarancangan Pabrik Asam Tereftalat dari Paraxylene dan Udara Kapasitas ton/tahun BAB I PENDAHULUAN

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Seiring dengan berkembangnya kebutuhan manusia, perkembangan industri-industri di Indonesia juga meningkat. Khususnya industri yang mengolah bahan mentah menjadi bahan intermediate maupun bahan jadi. Asam terephtalat merupakan bahan baku pembuatan polyethylene terephtalat (PET) yang biasa digunakan pada industri serat kain, tekstil, film dan recording tapes. Selain itu, PET juga digunakan pada industri plastik dan kemasan makanan. Semula poly ethylene terephtalat (PET) dibuat dari dimethyl terephtalat (DMT). Namun, yield yang diberikan tidak begitu besar. Proses pembuatan PET dari asam terephtalat (polymer grade) dapat memberikan yield polyester yang lebih besar. Pada perancangan pabrik asam terephtalat ini, yang akan diproduksi adalah asam terephtalat teknis, yang biasa digunakan sebagai bahan baku pembuatan dimetyl terephtalat (DMT) ataupun dilanjutkan dengan proses pemurnian sehingga diperoleh polymer grade terephtalic acid. (Kirk and Othmer, 1981) Kegunaan umum dari asam terephtalat adalah sebagai berikut (Kirk and Othmer, 1981): 1. Sebagai bahan dasar pembuatan Poly Etylen Terephtalat (PET), yang selanjutnya digunakan pada industri berbahan baku polyester seperti botol, kemasan makanan, pita kaset dan lainnya. 2. Bahan baku dalam pembuatan minyak pelumas berkualitas tinggi. 3. Produksi herbisida. 4. Produksi bahan baku dalam industri cat. 5. Dalam reaksi polimerisasi menggunakan ethylene glycol akan menghasilkan serat polyester sebagai bahan baku tekstil. 6. Bahan baku polymer filament yarn. Sebagai salah satu industri petrokimia yang cukup berkembang, pendirian pabrik asam terephtalat ini sangat menjanjikan. Selain kebutuhan dalam negeri yang kian meningkat, pendirian pabrik asam terephtalat juga mampu mengurangi kebutuhan impor. (Badan Pusat Statistik Indonesia, 2012) 1

2 1. Proyeksi Kebutuhan Asam Terephtalat di Indonesia Menurut Badan Pusat Statistik, kebutuhan impor dari Asam Terephtalat kian meningkat. Hal ini dapat diamati dari data impor Asam Terephtalat yang ditunjukkan pada tabel dibawah ini. (bps.go.id) Tabel 1. Kebutuhan Impor Asam Terephtalat di Indonesia Tahun Jumlah Impor (Ton) , , , , , , ,19 Dari Tabel di atas dibuat persamaan hubungan antara jumlah Asam Terephtalat yang diimpor dengan tahun. Didapatkan persamaan: y = x 2E+07. Dari Persamaan tersebut dapat diramalkan jumlah impor Asam Terephtalat di masa mendatang. Hal ini ditunjukkan pada Tabel 2: Tabel 2. Perkiraan Jumlah Impor Asam Terephtalat di Indonesia Tahun Prakiraan Jumlah Impor (Ton) , , , , ,07 2

3 Selain itu, data ekspor Asam Terephtalat semakin menurun, yang berarti bahwa pabrik-pabrik Asam Terephtalat yang ada di Indonesia semakin banyak memproduksi untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri. Hal ini ditunjukkan pada Tabel dibawah ini. Tabel 3. Jumlah Ekspor Asam Terephtalat di Indonesia Tahun Jumlah Ekspor (Ton) , , , , , ,34 Dari data ekspor dan impor dapat diketahui demand Asam Terephtalat setiap tahunnya, dengan rumus: Demand = Jumlah Asam Terpehtalat yang ada + Jumlah Asam Terephtalat yang diimpor Jumlah Asam Terephtalat yang diekspor Tabel 4. Demand Asam Terephtalat di Indonesia Tahun Demand Asam Terephtalat (Ton) , , , , , , ,853 3

4 Dari data diatas didapatkan demand rata-rata Asam Terephtalat di Indonesia adalah sebanyak ,75 ton/tahun. 2. Kapasitas Pabrik Terpasang di Indonesia Di Indonesia, telah terdapat beberapa pabrik asam terephtalat antara lain: a. PT. Pertamina Berlokasi di Plaju (Palembang) dengan kapasitas sebanyak ton/tahun. b. PT. Mitsubishi Chemical Indonesia Berlokasi di Serang (Banten) dengan kapasitas sebanyak ton/tahun. c. PT. Polysindo Eka Perkasa Berlokasi di Karawang (Banten) dengan kapasitas sebanyak ton/tahun. d. PT. Amoco Mitsui Berlokasi di Merak (Banten) dengan kapasitas sebanyak ton/tahun. e. PT. Polyprima Karyareksa Berlokasi di Serang (Banten) dengan kapasitas sebanyak ton/tahun. Berdasarkan pabrik yang telah berdiri, jumlah asam terephtalat yang sudah ada di Indonesia sebanyak ton/tahun. Pabrik Asam Terephtalat ini direncanakan akan berdiri pada tahun Berdasarkan pertimbangan-pertimbangan yang sudah dijelaskan diatas, maka direncanakan pabrik ini akan memiliki kapasitas ton untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri dan mengurangi jumlah impor, serta meningkatkan ekspor. Selain itu juga agar bisa bersaing dengan pabrik-pabrik yang sudah ada di Indonesia. Target pemasaran asam terephtalat yaitu kepada pabrik-pabrik yang memproduksi Dimethyl Terephtalat (DMT) dan pabrik pemurnian Asam Terephtalat (PTA) di Indonesia. 4

5 Tinjauan Pustaka Pemilihan proses a. Amoco (Mid Century Process) Proses Amoco ini merupakan proses yang paling populer dan digunakan oleh hampir 90% pabrik asam tereftalat di dunia. Proses ini memiliki beberapa kelebihan, antara lain: - Reaksi sederhana - Bahan baku mudah diperoleh karena merupakan produk samping dari industri petroleum - Kemurnian asam tereftalat hampir mencapai 100% dengan kandungan pengotor berupa 4- formilbenzoat - Proses oksidasi yang digunakan sangat efektif dan konversi sekitar 95% - Ramah lingkungan, tidak menghasilkan banyak limbah - Pelarut dan katalis hampir seluruhnya dapat direcycle kembali Proses ini dapat dibagi menjadi tiga unit yaitu: 1. Unit reaktor 2. Unit pemisahan dan pengeringan 3. Unit recovery Secara garis besar terdapat tiga tahap pada process Mid Century ini: 1. Unit reaktor Unit ini terdiri atas reaktor, kondenser dan separator. Bahan baku yaitu paraxylene, asam asetat, udara, dan katalis diumpankan secara kontinyu ke dalam reaktor. Kondisi reaktor dijaga pada suhu C dan kpa. Udara dimasukkan 20% berlebihan untuk menghambat terbentuknya hasil samping. Panas hasil reaksi diambil oleh air pendingin karena reaktor dijaga isothermal. Embunan dipisahkan dengan separator, dimana kelebihan udara dikeluarkan dan cairan dikembalikan ke dalam reaktor. Waktu tinggal dari reaksi ini adalah 0,5-3 jam dan diperoleh konversi sebesar 95%. Hasil yang diperoleh berupa slurry dan asam tereftalat yang larut dalam solven. 2. Unit pemisahan dan pengeringan Unit ini terdiri dari surge vessel, centrifuge dan rotary drier. Surge vessel berfungsi untuk menurunkan suhu dan tekanan dari slurry keluar reaktor yang selanjutnya slurry akan dipisahkan oleh centrifuge. Kristal asam tereftalat kemudian dikeringkan dengan udara panas dalam rotary drier. 5

6 3. Unit recovery Unit recovery ini terdiri dari dua buah menara distilsi untuk memisahakan cairan dari centrifuge filter. Pada menara distilasi pertama cairan dari centrifuge filter dipisahkan sehingga diperoleh hasil atas berupa asam asetat, air, dan paraxylene. Menara distilasi kedua memisahkan asam asetat dari paraxylene sehingga asam asetat juga dapat direcycle. b. Eastmen Kodak Company Process Proses ini menggunakan asetaldehid sebagai promotor oksidasi yang juga teroksidasi menjadi asam asetat dan dapat diambil sebagai hasil samping. Perbandingan asam asetat dan asam tereftalat dalam produk adalah 82:97%mol. Kondisi operasi berlangsung pada suhu o C dan tekanan psig. Konversi yang dihasilkan hanya sebesar 82% mol. c. Henkel I Proses ini dianggap sudah usang. Proses ini didasarkan pada pembuatan asam benzen karboksilat yang kemudian dikonversikan menjadi garam potasium yang selanjutnya dengan adaya katalis Cd-oksid atau Zn-oksid akan menjadi dipotassium terephtalate dan selanjutnya terkonversi menjadi asam tereftalat. d. Henkel II Pada proses ini bahan baku yang digunakan adalah naftalen yang dioksidasi menjadi Phtalic anhydride. Phtalic anhydride dikonversikan menjadi monopotasium dan dipotasium orthophtalat. DO dikeringkan dan diisomerisasikan di dalam lingkungan CO2 bertekana kpa dan suhu C. Hasil yang diperoleh adalah lat dilarutkan dipotassium terephtalate dilarutkan dalam air dan direcycle ke awal proses bersama monopotassium terephtalate yang segera mengkristal dan dipisahkan dengan filtrasi. e. Mitsubishi Decarbonylation Process: Proses ini digunakan untuk memurnikan asam terphtalate hasil produksi dari oksidasi p-xylene pada fase cair. PTA mentah dilarutkan dalam solven dan larutan dilewatkan pada reaktor dimana struktur pengotor organiknya berubah. Pelarutnya biasanya air dan tahap reaksinya dekarbonilasi 4-asam formilbenzoat pada C dengan katalis palladium-karbon. Setelah reaksi, asam tereftalat diambil dengan cara kristalisasi secara kantinyu kemudian difiltrasi. f. Proses du Pont Pada proses ini, udara (O 2), p-xylene, dan HNO 3 encer (30-40% berat) dimasukkan ke dalam reactor dan reaksi terjadi pada fase cair. Gas NO yang dihasilkan akan dioksidasi menjadi NO 2 6

7 dan digunakan untuk memproduksi HNO 3. Kondisi reaktor dijaga pada suhu 165 o C dan tekanan 140 psig dan akan diperoleh yield sebesar 80%. Reaksi yang terjadi: C 6H 4(CH 3) O 2 (HOOC)C 6H 4(COOH) p-xylene asam terepthalat Pemakaian HNO 3 dalam proses ini memiliki beberapa kelemahan: Pabrik HNO 3 perlu didirikan di dekat lokasi pabrik asam terepthalat dikarenakan kebutuhannya besar, yaitu 2 lb/lb p-xylene Proses yang terjadi sangat eksplosif Produk mengandung impuritas nitrogen Pada prarancangan ini, proses yang dipilih adalah proses Amoco (Mid Century Process) yang didasarkan pada penemuan dari Mid Century Corp. Proses ini dikatakan paling sederhana karena terdiri dari satu langkah reaksi dengan persamaan reaksi sebagai berikut: CH3 COOH C C 1500 kpa-3000 kpa CH3 COOH Namun sebenarnya reaksi yang terjadi sangatlah kompleks dengan kehadiran beberapa hasil samping dan hasil antara seperti yang terlihat pada mekanisme reaksi di bawah ini: (a) p-xylene + O2 terephtalic acid + water (b) p-xylene + O2 p-toluic acid + water (c) p-xylene + O2 4-carboxybenzaldehyde (4-CBA) + water (US paten no Pada literatur lain disebutkan reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: 7

8 Akan tetapi karena digunakan katalis berupa Cobalt(II)Asetat maka reaksi berlangsung spesifik hanya menghasilkan asam tereftalat tanpa terjadi reaksi samping. Bahan baku yang digunakan adalah paraxylene dengan kemurnian 99%, hal ini bertujuan meminimalkan hasil samping yang terbentuk karena senyawa organik yang terdapat sebagai impurities pada paraxylene juga akan ikut teroksidasi. sedangkan sebagai katalisator digunakan Co-asetat yang larut di dalam asam asetat 70% berat. Perbandingan umpan dan katalis yang digunakan pada proses ini adalah sebagai berikut: -asam asetat (solven) -Oksigen -Katalis : 0,05 kg/kg produk : 5-15% excess dari stoikiometri : 1 % berat reaktan (paraxylene) Pemilihan kondisi operasi Reaksi pembentukan asam tereftalat dari p-xylene dan udara merupakan reaksi gas-cair. p- Xylene berada pada fase cair dan udara berada pada fase gas. Kondisi operasi yang dipilih pada proses ini yaitu tekanan operasi sebesar atm dan suhu operasi berkisar antara C. Reaksi pembuatan asam tereftalat merupakan reaksi eksothermis sehingga akan terjadi kenaikan suhu sampai C. Titik didih dari paraxylene sebesar C, agar fase paraxylene berada pada fase cair maka tekanan operasi dibuat tinggi yaitu antara atm. Tekanan operasi tidak boleh melebihi 30 atm untuk alasan safety dan perancangan alat. Suhu operasi juga tidak boleh melewati C karena jika suhu operasi di atas C 8

9 akan terjadi reaksi samping dan akan menurunkan yield asam tereftalat. Suhu operasi C dan tekanan operasi atm dipilih karena pada kondisi operasi yang demikian diperoleh konversi maksimum sebesar 98% dan yield sebesar 95%. 9