BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Asam Salisilat Asam salisilat memiliki rumus molekul C 6 H 4 COOHOH berbentuk Kristal berwarna merah muda terang hingga kecokelatan yang memiliki berat molekul sebesar 138,123 g/mol dengan titik leleh sebesar C dan densitas pada 25 0 C sebesar 1,443 g/ml. Mudah larut dalam air dingin tetapi dapat melarutkan dalam keadaan panas. Asam salisat dapat menyublim tetapi dapat terdekomposisi dengan mudah menjadi karbon dioksida dan phenol bila dipanaskan secara cepat pada suhu sekitar C ( Wikipedia,2011). Asam salisilat memiliki struktur bangun seperti yang disajikan pada gambar 2.1 berikut ini: Gambar 2.1. Struktur Asam Salisilat Bahan baku utama dalam pembuatan asam salisilat adalah phenol, NaOH, karbon dioksida dan asam sulfat. Asam salisilat kebanyakan digunakan sebagai obatobatan dan sebagai bahan intermediet pada pabrik obat dan pabrik farmasi seperti aspirin dan beberapa turunannya. Sebagai antiseptic, asam salisilat zat yang mengiritasi kulit dan selaput lendir. Asam salisilat tidak diserap oleh kulit, tetapi membunuh sel epidermis dengan sangat cepat tanpa memberikan efek langsung pada sel epidermis. Setelah pemakaian beberapa hari akan menyebabkan terbentuknya lapisan-lapisan kulit yang baru. Obat ini sangat spesifik untuk rematik akut yang dapat mencegah kerusakan jantung yang biasanya terjadi akibat rematik, menghilangkan sakit secara keseluruhan, dan beberapa saat setelah pemakaiannya akan menurunkan temperatur suhu tubuh kembali normal.

2 Asam salisilat (10-20%) dalam larutan yang terdiri dari asam nitrat selulosa dalam eter dan alkohol digunakan sebagai penghilang kutil dan katimumul pada kaki. Dalam hal ini asam salisilat menyebabkan pelunakan lapisan kulit sehingga katimumul dan kutil akan terlepas bersama kulit mati. Selain digunakan sebagai bahan utama pembuatan aspirin, asam salisilat juga dapat digunakan sebagai bahan baku obat yang menjadi turunan asam salisilat. Misalnya sodium salisilat yang dapat digunakan sebagai analgesik dan antipyretic serta untuk terapi bagi penderita rematik akut. Alumunium salisilat yang berupa bubuk sehalus debu digunakan untuk mengatasi efek catarrhal pada hidung dan tekak. Ammonium salisilat digunakan sebagai obat penghilang kuman penyakit dan bakteri. Kalsium salisilat dapat digunakan untuk mengatasi diare. Turunan lain selain diatas adalah asam p-aminosalisilat yang dapat mengatasi tubercolosis pada manusia. Asam metilendisalisilat sering digunakan sebagai zat aditif minyak pelumas serta sebagai formulasi resin alkil. Salisilamide digunakan secara farmasi sebagai antipyretic, zat seudatif dan anti rematik. (Anonim, 2011) 2.2 Sifat-sifat bahan baku NaOH Sifat-sifat dari Natrium Hidroksida (NaOH) yaitu: 1. Berat Molekul : 39,9971 g/mol 2. Titik Leleh : 318 C 3. Titik Didih : 1390 C 4. Wujud : Padat 5. Warna : Putih 6. Bereaksi dengan asam klorida akan membentuk garam dan air NaOH + HCl NaCl + H 2 O natrium hidroksida asam klorida garam air 7. Bereaksi dengan karbondiosida akan membentuk natrium karbonat dan air 2NaOH + CO 2 Na 2 CO 3 + H 2 O natrium hidroksida karbondioksida natrium karbonat air ( 2011)

3 2.2.2 Karbondioksida (CO 2 ) Sifat-sifat dari karbondioksida (CO 2 ) yaitu: 1. Berat molekul : 44,01 gr/mol 2. Kandungan C : 72,71 % 3. Kandungan O : 27,29 % 4. Wujud pada suhu kamar : gas 5. Temperatur kritis : -56,6 0 C 6. Tekanan kritis : 5,11 atm 7. Tidak berwarna 8. Tidak berbau 9. Gas yang tidak dapat terbakar. 10. Wujud padat dalam bentuk es kering 11. Diserap dengan larutan alkali. (Windholz, 1983) Asam Sulfat (H 2 SO 4 ) 1. Berat molekul : 98,079 g/mol 2. Wujud : Cair 3. Titik didih : 340 o C 4. Titik beku : 10,49 5. Densitas : 1,9224 gr/cm 6. Specific Gravity (60 o F) : 1, Merupakan senyawa asam kuat yang higroskopis dan sangat stabil (Perry, 1999 & Kirk Othmer, 1969) o C Phenol Sifat-sifat dari phenol yaitu: 1. Rumus molekul : C 6 H 5 OH 2. Berat molekul : 94,113 gr/mol 3. Wujud : Cair 4. Warna : Tak berwarna 5. Densitas : 1.07 gr/cm³

4 6. Titik didih : 182 o C 7. Titik beku : 41 8.Kelarutan dalam air (20 9.Bersifat korosif (wikipedia, 2011) o o C C) : 8,3 g/100 ml Air (H 2 O) Sifat-sifat dari Air (H 2 O) 1. Berat molekul : 18,015 gr/mol 2. Titik didih : C 3. Titik beku : 0 4. Densitas (25 0 C) : 0,998 gr/ml 5. Viskositas (pada kondisi standar, 1 atm) : 8,949 mp 6. Tekanan uap (20 0 C) : 0,0212 atm 7. Panas pembentukan : 6,013 kj/mol 8. Panas spesifik (pada kondisi standar) : 4,180 J/kg K 9. Panas penguapan : 22, J/mol 10. Kapasitas panas : 4,22 kj/kg K 11.Tidak berbau, berasa dan berwarna (Kirk Othmer, 1968) 0 C 2.3 Sifat-sifat produk Asam salisilat Sifat-sifat dari asam salisilat 1. Rumus molekul : C 6 H 4 (OH)COOH 2. Berat molekul : 138,12 gr/mol 3. titik lebur : 159 o C ( pada tekanan 1 atm ) 4. Warna : Tak berwarna 5. Kelarutan dalam air (20 o C) : 49 g/100 gr ( pada 15 o C ) ( Perry, 1997 )

5 2.3.2 Natrium Sulfat (Na 2 SO 4 ) Sifat-sifat : 1. Berat Molekul : 142,04 g/mol 2. Titik Leleh : 884 C 3. Wujud : Padat 4. Warna : Putih 5. Kelarutan dalam air : 4,76 g/100 ml (0 C) 42,7 g/100 ml (100 C) 6. Tidak larut dalam etanol 7. Bereaksi dengan asam sulfat membentuk natrium hidrogen sulfat Na 2 SO 4 + H 2 SO 4 2 NaHSO 4 natrium sulfat asam sulfat natrium hidrogen sulfat 8. Bereaksi dengan barium klorida membentuk natrium klorida dan barium sulfat Na 2 SO 4 + BaCl 2 2 NaCl + BaSO 4 natrium sulfat barium klorida natrium klorida barium sulfat 9. Dapat dibuat dengan berbagai macam proses - Secara laboratorium, dengan mereaksikan natrium hidroksida dan asam sulfat 2 NaOH + H 2 SO 4 Na 2 SO H 2 O natrium hidroksida asam sulfat natrium sulfat air - Secara komersial, dapat dibuat dengan dua metode yaitu : 1. Proses Mannheim, dengan mereaksikan natrium klorida dan asam sulfat 2 NaCl + H 2 SO 4 Na 2 SO HCl natrium klorida asam sulfat natrium sulfat asam klorida 2. Proses Hargreaves, dengan mereaksikan natrium klorida, sulfur dioksida, oksigen, dan air. 4 NaCl + 2 SO 2 + O H 2 O 2 Na 2 SO HCl ( 2010)

6 2.4 Pembuatan Asam Salisilat Proses pembuatan asam salisilat dapat dilakukan melalui beberapa cara, yaitu: 1. Proses Wacker. Pada proses Wacker sodium phenolate kering direaksikan dengan karbon dioksida menggunakan phenol berlebih sebagai pelarut kemudian disuling dengan xilene dan menggunakan azeotroping agent untuk mengurangi air. Proses Wacker bekerja pada temperature C dan tekanan CO 2 pada tekanan atmosphere. Waktu reaksi dari proses ini sekitar 15 jam untuk menghasilkan sodium salisilat (public.resource.org, 2010). 2. Proses Wolthuis. Wolthuis mereaksikan karbon dioksida dengan potassium phenolate dengan menggunakan halogenasi benzene seperti khlorobenzene sebagai pelarutnya. Awalnya pada proses ini anhydrous potassium phenolate diperoleh dengan mendestilasi air seluruhnya menggunakan sebagian khlorobenzene. Kondisi reaksi pada 150 C dan karbon dioksida pada tekanan pound per square inch. Garam potassium phenolate akan menghasilkan yield yang tinggi dari asam salisilat dan sedikit garam sodium (public.resource.org, 2010). 3. Proses Kolbe-schmitt. Pada proses ini sodium penolate atau sodium phenate diperoleh dengan mereaksikan phenol dengan sodium hidroksida. Sodium phenolate kemudian direaksikan dengan karbon dioksida pada temperature C dan menghasilkan sodium salisilat. Sodium salisilat kemudian direaksikan dengan H 2 SO 4 dan air sehingga dihasilkan Asam salisilat dan Na 2 SO 4 sebagai produk samping (kirk-othmer, 1998) Pemilihan Proses Proses yang dipilih adalah proses Kolbe-Schmitt karena faktor-faktor sebagai berikut: Temperatur yang dibutuhkan tidak terlalu tinggi sehingga lebih mudah dalam pengendalian suhu dan proses serta perancangan alat perpindahan panas lebih mudah dan hemat energi

7 Bahan baku mudah diperoleh dan lebih murah Proses pemurnian yang tidak rumit Konversinya besar Dihasilkan produk samping berupa garam Alat yang mudah diperoleh sehingga penggantian alat mudah dilakukan 2.6 Deskripsi Proses Proses Pembuatan Asam salisilat Pra perancangan pabrik pembuatan asam salisilat adalah menggunakan proses Kolbe Schmitt. Proses ini lebih dipilih karena reaksi karboksilasi dapat dilakukan pada temperatur sekitar C, yaitu antara CO 2 dengan Sodium phenolate yang terlebih dahulu dibuat dengan mereaksikan Natrium hidroksida dengan senyawa phenol. Kemajuan sintesis yang telah dikembangkan ini meningkatkan jumlah asam salisilat yang dihasilkan. Selain itu diperoleh konversi phenol yang lebih tinggi serta proses pemurnian asam salisilat yang tidak begitu rumit. Selain penghematan energi karena temperatur yang digunakan lebih rendah, juga bahan baku yang digunakan seperti phenol cukup murah dan mudah didapat Proses Persiapan Sodium Phenolate Phenol berlebih (1%) pada suhu 30 0 C dan sodium hidroksida (50%) dialirkan menuju mix point untuk selanjutnya di umpankan ke Reaktor I (R-101). Produk reaktor ini adalah sodium phenolate dengan kandungan air yang masih tinggi maka kemudian dievaporasi pada temperatur 109, C untuk memperoleh sodium phenolate dengan kadar air kecil. Sodium phenolate selanjutnya diumpankan ke dalam reaktor II (R-201) untuk proses karboksilasi Proses Karboksilasi Karbon dioksida berlebih pada tekanan 7 atm diumpankan ke dalam Reaktor II (R-201) untuk direaksikan dengan sodium phenolate. Karbon dioksida berlebih sangat diperlukan untuk memperoleh konversi yang tinggi dari asam salisilat. Temperatur dijaga tetap pada suhu C untuk menjaga agar reaksi karboksilasi

8 dapat berlangsung sempurna. Produk yang keluar dari reaktor II (R-201) berupa campuran sodium salisilat Pemurnian Sodium Salisilat Setelah proses karboksilasi berjalan dengan baik, sodium salisilat yang dihasilkan dicuci dalam tangki pencuci (WT-201) Penambahan asam kuat pada air yang berisi sodium salisilat dilakukan dengan penambahan asam sulfat dengan konsentrasi antara 60 % pada temperatur 60 0 C yang akan yang diumpankan ke Reaktor III (R-301). Kemudian dialirkan ke decanter (FL-301) untuk memisahkan sodium salisilat untuk di gunakan kembali pada Reaktor III (R-301). Campuran yang terdiri dari Asam salisilat, Phenol dan natrium sulfat kemudian dicuci pada tangki pencuci (WT-301), di sentrifusi (FF-301) untuk memisahkan pengotor yang terlarut dalam air. Campuran kemudian Di decanter (FL-302) dimana dipisahkan natrium sulfat sebagai produk samping yang di tampung dalam tanki penyimpanan natrium sulfat (TK-402). Produk yang berupa asam salisilat kemudian dikeringkan dalam rotary dryer pada suhu C yang kemudian dibawa dengan menggunakan screw conveyor (C-302) ke gudang penyimpanan produk. (TK-401) Adapun proses pembuatan asam salisilat (C 6 H 4 (OH)COOH) adalah sebagai berikut : C 6 H 5 OH + NaOH C 6 H 5 ONa + H 2 O C 6 H 5 ONa + CO 2 C 6 H 4 (OH) (COONa) C 6 H 4 (OH) (COONa) + H 2 SO 4 C 6 H 4 (OH) (COOH) + Na 2 SO Unit Pengolahan Limbah Unit Pengolahan Limbah Cair Limbah dari suatu pabrik harus diolah sebelum dibuang ke badan air atau atmosfer, karena limbah tersebut mengandung berbagai macam zat yang dapat membahayakan alam sekitar maupun manusia itu sendiri. Demi kelestarian lingkungan hidup, maka setiap pabrik harus mempunyai unit pengolahan limbah. Sumber sumber limbah cair pabrik pembuatan Asam salisilat ini meliputi: 1. Limbah proses dan limbah cair hasil pencucian peralatan pabrik.

9 Limbah proses ini berasal dari hasil destilat yang mengandung banyak komponen sehingga sulit untuk mengolahnya lebih lanjut dan dibuang ke unit utilitas. Sedangkan limbah hasil cair pencucian peralatan pabrik diperkirakan mengandung kerak dan kotoran-kotoran yang melekat pada peralatan pabrik. 2. Limbah domestik. Limbah ini mengandung bahan organik sisa pencernaan yang berasal dari kamar mandi di lokasi pabrik, serta limbah dari kantin berupa limbah padat dan limbah cair. 3. Limbah laboratorium. Limbah yang berasal dari laboratorium ini mengandung bahan bahan kimia yang digunakan untuk menganalisa mutu bahan baku yang dipergunakan dan mutu produk yang dihasilkan, serta yang dipergunakan untuk penelitian dan pengembangan proses. Pengolahan limbah cair pabrik ini dilakukan dengan menggunakan activated sludge (sistem lumpur aktif), mengingat cara ini dapat menghasilkan effluent dengan BOD yang lebih rendah (20 30 mg/l) (Perry, 1997). Perhitungan untuk Sistem Pengolahan Limbah Diperkirakan jumlah air buangan pabrik: 1. Limbah proses = 6.295,7209 kg/jam = 6.405,3679 L/jam Limbah pencucian peralatan pabrik = 30 L/jam 2. Limbah domestik dan kantor Dari Tabel 3 2 hal 157 Metcalf & Eddy, 1991, diperoleh : Limbah domestik untuk kantor per orang = 19 L/hari Limbah domestik untuk perumahan karyawan per orang = 50 L/hari Limbah domestik untuk kantin per orang = 35 L/hari Jadi, total limbah domestik yang dihasilkan: = (155 orang ( ) L/hari.orang)/24 jam = 671,667 L/jam 3. Laboratorium = 15 L/jam Jadi, total air buangan = (6.405, , ) L/jam = 7.122,0345 L/jam

10 2.7.2 Bak Penampungan (BP) Fungsi : Tempat menampung air buangan sementara. Laju volumetrik air buangan = 7.122,0345 L/jam = 7,122 m 3 /jam Waktu penampungan air buangan = 7 hari Volume air buangan = 7, = 1.196,5018 m Kolam dijaga agar terisi 90 %. Maka volume = Direncanakan akan digunakan 1 bak penampungan, sehingga: Volume kolam = 1.329,4464 m Direncanakan ukuran kolam yaitu sebagai berikut: - panjang bak (p) : lebar (l) : tinggi (t) = 3 : 2 : 1 - tinggi bak (t) = lebar bak (l) Maka : Volume kolam 1.329,4464 m 3 Jadi, panjang kolam Lebar kolam Tinggi kolam Luas Bak Pengendapan Awal t = p l t = 3t 2t 1t = 6,0512 m = 18,1535 m = 12,1024 m = 6,0512 m = 219,70046 m Fungsi : Tempat menampung air buangan sementara. Laju volumetrik air buangan = 7,122 m 3 /jam Waktu tinggal air Volume air buangan = 4 jam Bak dijaga agar terisi 90 %. Maka volume bak = Direncanakan ukuran bak yaitu sebagai berikut: - panjang bak (p) : lebar (l) : tinggi (t) = 2 : 1 : 1 - tinggi bak (t) = lebar bak (l) Maka : Volume bak 32,6534 m 3 l 1.196,5018 = 1.329,4464 m 0,9 2 = 7,122 m 3 /jam 4 = 28,4881 m = p l t = 2l l l = 2,5107 m 3 28,4881 m3 0,9 3 3 = 31,6534 m 3 3

11 Jadi, panjang bak Lebar bak Tinggi bak Luas = 5,0214 m = 2,5107 m = 2,5107 m = 12,6074 m Bak Netralisasi Fungsi: Tempat menetralkan PH limbah Air buangan pabrik yang mengandung bahan organik mempunyai ph = 5 (Hammer 1998). Penetralan limbah dilakukan dengan menginjeksikan laruitan soda abu dan Natrium Karbonat (Na 2 CO 3 ). Kebutuhan Na 2 CO 3 untuk menetralkan ph air limbah menjadi ph = 7 adalah adalah 0,15 gr Na 2 CO 3 / 30 ml air limbah (Lab. Analisa FMIPA USU, 2009). Jumlah volumetrik buangan = 7,122 m 3 /jam Kebutuhan Na 2 CO 3 Laju alir larutan 30% Na 2 CO 3 = = (7,122 m 3 /jam) 10 6 ml 0,15 gr 1kg x x x m 30 ml 1000 gr = 356,1017 kg/jam 356,1017 0,3 Densitas larutan 30% Na 2 CO 3 = 1327 kg/m 3 = 1.187,0058 kg/jam (Perry, 1997) Volume larutan 30% Na 2 CO 3 = 1.187,0058 = 0,8945 m 3 /jam 1327 Laju volumetrik total = (7, ,8945) m 3 /jam = 8,0165 m 3 /jam Direncanakan waktu penampungan air buangan selama 12 jam Maka volume air buangan = 8,0165 m 3 /jam x 12 jam = 96,1985 m 3 Direncanakan menggunakan 1 buah bak penetralan Bak yg digunakan direncanakan terisi 90% bagian. Volume bak = 96,1985 0,9 = 106, m Direncanakan ukuran bak sebagai berikut : - panjang bak (p) : lebar (l) : tinggi (t) = 4 : 2 : 1 - tinggi bak (t) = lebar bak (l) Maka : Volume bak = p l t

12 106,8872 m 3 = 4t 2t t l = 2,3729 m Jadi, panjang bak = 9,4916 m Lebar bak = 2,3729 m Tinggi bak = 4,7458 m Luas = 22,5225 m Pengolahan Limbah dengan Sistem Activated Sludge (Lumpur Aktif) Proses lumpur aktif merupakan proses aerobis di mana flok biologis (lumpur yang mengandung bahan-bahan biologis) tersuspensi di dalam campuran lumpur yang mengandung oksigen. Biasanya mikroorganisme yang digunakan merupakan kultur campuran. Flok biologis ini sendiri merupakan makanan bagi mikroorganisme ini sehingga akan diresirkulasi kembali ke tangki aerasi. Data: Laju volumetrik (Q) air buangan = 7.122,0345 liter/ jam = ,9530 gal/hari Karena pabrik yang akan didirikan termasuk dalam pabrik organik maka: BOD 5 (S o ) = 1100 mg/l ( 2008) Efisiensi (E) = 95% (Perry, 1997) Koefisien pertumbuhan yield (Y) = 0,8 mg VSS/mg BOD 5 (Metcalf & Eddy, 1991) Koefisien endogenous decay (K d ) = 0,06 hari -1 (Tabel 14.2, Metcalf & Eddy,1998) Mixed Liquor Suspended Solid = 441 mg/l (Metcalf & Eddy, 1991) Mixed Liquor Volatile Suspended Solid (X) = 353 mg/l (Metcalf & Eddy, 1991) Direncanakan: Waktu tinggal sel (θ c ) = 10 hari 1. Penentuan BOD Effluent (S) E So S = 100 (Pers , Punmia & Ashok, 1998) S s o S S 95 = S o o 100 S = 55 mg/l 2. Penentuan Volume tangki untuk Aerator (V)

13 Y Q (So S)θc x V = (Pers a, Punmia & Ashok, 1998) (1+ k.θ ) d c (0,8) (45.155,9539 gal/hari) ( )mg/l (10 hari) V = (353 mg/l) (1 + 0,06 10) = ,8573 gal = 2.530,1315 m 3 3. Penentuan Ukuran Kolam Aerasi Direncanakan : (Metcalf & Eddy, 1991) Panjang bak : lebar bak : tinggi bak = 2 : 1,5 : 1,5 Selanjutnya : V = p l t V = 2t 1,5t 1,5t 2.530,1315 m 3 = 4,5 t 3 t = 8,2536 m Jadi, ukuran tangki aerasi sebagai berikut: Panjang = 16,5072 m Lebar = 12,3804 m Faktor kelonggaran = 0,5 m di atas permukaan air (Metcalf & Eddy, 1991) Tinggi = (8, ,5 ) m = 8,7536 m 4. Penentuan Jumlah Flok yang Diresirkulasi (Qr) Q Tangki aerasi Q + Qr X Tangki sedimentasi Qe Xe Qr Xr Qw Qw' Xr Asumsi: Q e = Q = ,9530 gal/hari X e = 0,001 X = 0, mg/l = 0,353 mg/l X r = 0,999 X = 0, mg/l = 352,647 mg/l P x = Q w X r (Metcalf & Eddy, 1991) P x = Y obs.q.(s o S) (Metcalf & Eddy, 1991)

14 Y obs Y = (Metcalf & Eddy, 1991) 1+ k θ d c 0,8 Y obs = = 0,50 1+ (0,06.(10)) P x = (0,50) (45.155,9530 gal/hari) ( )mg/l = ,4635 gal.mg/l.hari Neraca massa pada tangki sedimentasi: Akumulasi = jumlah massa masuk jumlah massa keluar 0 = (Q + Q r )X Q e X e Q w X r 0 = QX + Q r X Q(0,001X) P x QX(0,001 1) + Px Q r = X (45.155,9530 )(353) (0,001 1) ,4635 = 353 = ,6886 gal/hari = 905,3203 gal/jam 5. Penentuan Waktu Tinggal di Aerator (θ) Vr ,8573 gal θ = = = 14,8017 hari = 355,2408 jam Q , Penentuan Daya yang Dibutuhkan Tipe aerator yang digunakan adalah surface aerator. Kedalaman air = 5 m, dari Tabel 10 11, Metcalf & Eddy, 1991 diperoleh daya aeratornya 10 hp Tangki Sedimentasi Fungsi : Mengendapkan flok biologis dari tangki aerasi dan sebagian diresirkulasi kembali ke tangki aerasi. Laju volumetrik air buangan = (21.727, ,9530) gal/hari = ,6417 gal/hari = 253,1841 m 3 /hari Diperkirakan kecepatan overflow maksimum = 33 m 3 /m 2.hari (Perry, 1997) Direncanakan kecepatan overflow = 5 m 3 /m 2. hari Waktu tinggal air = 24 jam = 1 hari (Perry, 1997) Volume tangki (V) = 253,1841 m 3 /hari 1 hari = 253,1841 m 3

15 Luas tangki (A) = (253,1841 m 3 /hari) / (5 m 3 /m 2 hari) = 50,6368 m 2 A = ¼ π D 2 D = (4A/π) 1/2 = (4 50,6368 / 3,14 ) 1/2 = 8,0315 m Kedalaman tangki, H = V/A = 253,1841 /50,6368 = 5 m.