Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi Suspensi Kapasitas Ton/Tahun BAB I PENDAHULUAN

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Pendirian Pabrik Polistirena (polystyrene) atau polivinil benzena merupakan resin sintesis jenis termoplastik yang mempunyai rumus kimia (C 6 H 5 CHCH 2 ) n. Senyawa tersebut berbentuk padat, tahan benturan dan berfungsi sangat baik sebagai isolator, selain itu juga tahan terhadap asam-asam organik, bahan alkali, dan alkohol. Kelebihan lainnya adalah mudah diwarnai, dibentuk dan dicetak serta tidak menimbulkan efek beracun. Dengan sifat-sifat tersebut maka polistirena dapat diolah dalam bentuk lembaran, plat, batang, busa kaku (rigid foam) dan lain-lain. Polistirena yang diproduksi secara komersial terdiri dari tiga jenis yaitu General Purpose Polystyrene (GPPS), High Impact Polystyrene (HIPS), dan Expandable Polystyrene (EPS). Bentuk fisik dari ketiga bentuk tersebut tidak jauh berbeda. Produk yang terbesar diproduksi adalah kristal polistirena yang dikenal dengan sebutan General Purpose Polystyrene (GPPS) berupa butiran transparan. Perkembangan lebih lanjut adalah modifikasi karet yang dikenal dengan High Impact Polystyrene (HIPS). High Impact Polystyrene ini berupa butiran mirip GPPS namun berwarna putih, bersifat tidak tembus cahaya, lebih keras dan mudah dalam pembuatannya dibanding produk termoplastik lainnya. Jenis polistirena yang lainnya yang banyak digunakan adalah Expandable Polystyrene (EPS) yang berbentuk pellet transparan. 1

2 2 Kegunaan dari polistirena ini cukup luas, antara lain untuk isolasi atau bahan pelapis pada kawat/kabel, peralatan rumah tangga dari plastik, botol, perabotan rumah tangga, mainan anak-anak, bagian dari refrigerasi, radio, televisi, AC, bahan pembuat container, tempat baterai dan sebagainya. Dari kegunaan tersebut, dapat dilihat bahwa polistirena merupakan produk yang penting. Tetapi saat ini kebutuhan akan polistirena belum dapat terpenuhi secara keseluruhan oleh produksi dalam negeri, sehingga untuk mencukupi kebutuhan tersebut Indonesia harus mengimpor dari negara lain. Dengan mempertimbangkan data diatas, terutama besarnya peluang ekspor polistirena ke luar negeri, maka pendirian pabrik polistirena di Indonesia sangat tepat. 2. Kapasitas Perancangan Ada beberapa pertimbangan yang perlu diperhatikan dalam pemilihan kapasitas pabrik polistirena yaitu: 2.1. Kebutuhan Polistirena di Indonesia Kebutuhan polistirena di Indonesia dalam kurun waktu lima tahun terakhir tidak konstan tergantung kebutuhan pabrik di Indonesia. Berdasarkan data UN Data, jumlah impor polistirena di Indonesia sejak tahun 2008 dapat dilihat pada Tabel 1.1.

3 3 Tabel 1.1 Data Impor Polistirena di Indonesia Tahun Kebutuhan (ton) (UN Data, 2014) Dari data impor polistirena (Tabel 1), terlihat bahwa kecenderungan kebutuhan impor indonesia semakin naik. Grafik impor polistirena di Indonesia ditunjukkan pada gambar y = 7.233,96x ,90 R² = 0, Gambar 1.1 Grafik Impor Polistirena Indonesia

4 4 Dari regresi linier terhadap data impor polistirena didapatkan persamaan: y = 7.233,96x ,90. Pabrik polistirena direncanakan dibangun pada tahun 2018 dan akan beroperasi pada tahun Jadi untuk tahun 2020 diperkirakan impor polistirena + sebesar ton Kapasitas Pabrik yang Telah Ada Dari produksi pabrik polistirena yang telah berdiri di Indonesia yaitu PT Polychem Lindo Inc, PT Pasific Indomas Plastik, dan PT Royal Chemical. Perusahaan ini mulai berproduksi pada tahun 1985 dengan kapasitas produksi ton per tahun. PT Pacific Indomas Plastic Indonesia, mulai beroperasi pada tahun 1993 berlokasi di Serang, memiliki kapasitas produksi ton per tahun. Tabel 1.2 Produsen Polistirena di Indonesia Perusahaan Kapasitas (ton/tahun) PT. Pacific Indomas Plastik Indonesia PT. Polychem Lindo Inc

5 5 Tabel 1.3 Beberapa Produsen Polistirena di Dunia Perusahaan Lokasi Kapasitas (ton/tahun) Mitsui Toatsu Chemicals Jepang Dainippon Ink & Chemicals Inc. Jepang Lucky Ltd. Korea China Petrochemical China International Co. Pushpa Polymers Pvt., Ltd. India Eternal Plastics Co. Thailand Pemilihan Lokasi Pabrik Secara geografis, penentuan lokasi pabrik sangat menentukan kemajuan serta kelangsungan dari suatu industri pada saat ini dan pada masa yang akan datang karena berpengaruh terhadap faktor produksi dan distribusi dari pabrik yang didirikan. Pemilihan lokasi pabrik harus tepat berdasarkan perhitungan biaya produksi dan distribusi yang minimal serta pertimbangan sosiologi dan budaya masyarakat di sekitar lokasi pabrik. Dengan analisa yang mendalam dan pertimbangan berbagai faktor yang menyangkut kemajuan perusahaan ini, antara lain sumber bahan baku dan tenaga kerja serta lingkungan dan masyarakat disekitar lokasi pabrik, maka ditetapkan lokasi pabrik pabrik pembuatan polistirena dengan proses suspensi di kawasan industri Serang, Banten.

6 6 Faktor-faktor yang menjadi dasar pertimbangan dalam penentuan lokasi pabrik pembuatan polistirena adalah sebagai berikut: 1. Letak Sumber Bahan Baku Bahan baku stirena monomer diperoleh dari PT. Styrindo Mono Indonesia (PT. SMI) yang memproduksi monomer stirena ton/tahun, yang berlokasi di Serang, Banten. 2. Pemasaran Di Jawa barat banyak terdapat industri-industri yang menggunakan polistirena sehingga untuk distribusi atau pemasarannya sangatlah mudah. 3. Fasilitas Transportasi dan Komunikasi Di sekitar Serang banyak terdapat kawasan industri yang telah memiliki sarana transportasi yang memadai, baik itu jalur darat (dekat dengan jalan tol), jalur laut, dan juga adanya jalur kereta api sehingga transportasi bahan baku dan produk lancar. 4. Tenaga Kerja Kebutuhan tenaga kerja dapat terpenuhi dengan mudah karena kawasan tersebut terletak di daerah Jabodetabek yang lengkap dengan lembaga pendidikan formal maupun nonformal sehingga untuk mendapatkan tenaga kerja yang berkualitas dan berkemampuan tinggi cukup tersedia.

7 7 5. Unit pendukung Sarana-sarana pendukung proses di Serang seperti air, bahan bakar dan energi dapat dipenuhi sedangkan tenaga listrik yang dipasok dari PLTU Suralaya yang lokasinya tidak jauh dari pabrik. Lokasi Pabrik Provinsi Banten dan Jawa Barat Gambar 1.2. Lokasi Pabrik 4. Tinjauan Pustaka 4.1. Macam-macam Proses Secara umum, polistirena dapat diproduksi dengan tiga macam proses, yaitu:

8 8 1. Polimerisasi bulk (larutan) Dalam industri umunya, polimerisasi bulk (larutan) disebut polimerisasi massa. Sebagian besar polistirena yang diproduksi sekarang ini menggunakan proses ini. Pada proses ini menggunakan sejumlah pelarut yang biasanya adalah monomer stirena itu sendiri dan Etil Benzena. Ada 2 jenis polimerisasi bulk, yaitu: Polimerisasi bulk batch Proses ini terdiri dari unit polimerisasi yang didalamnya terdapat tangki polimerisasi berpengaduk dengan konversi di atas 80%. Larutan polimer kemudian dipompa ke bagian finishing untuk devolatilisasi ataupun proses polimerisasi akhir dan grinding. Polimerisasi bulk continuous Proses ini merupakan proses pembuatan polistirena yang paling banyak digunakan. Larutan stirena dipersiapkan secara kontinyu dalam sebuah vessel, kemudian diinjeksikan ke dalam sistem reaktor. Reaksi polimerisasi menghasilkan panas yang dikeluarkan dari reaktor dengan fulida transfer panas melalui jaket. Variasi suhu reaktan tidak boleh melebihi 15 ºC melewati rangkaian reaktor. Pengendalian suhu sangat penting dalam reaksi ini karena seiring kenaikan suhu, berat molekul rata-rata polistirena berkurang. Suhu reaksi antara ºC. Dengan menggunakan proses ini, konversi monomer stirena menjadi polistirena dapat mencapai lebih dari 85% berat.

9 9 2. Polimerisasi Suspensi Polimerisasi suspensi merupakan proses polimerisasi yang terjadi secara batch, proses ini mempunyai karakteristik diantaranya memiliki transfer panas reaksi yang baik, viskositas rendah, biaya pemisahan yang rendah. Polimerisasi suspensi menghasilkan partikel dengan ukuran μm. Proses ini meliputi penambahan monomer + initiator + pelarut (air). Monomer stirena dan inisiator (benzoil peroxide) keduanya tidak larut dalam solvent (air). 3. Polimerisasi Emulsi Polimerisasi emulsi biasanya digunakan pada proses kopolimerisasi stirena dengan monomer atau polimer lain. Proses ini merupakan metode komersial yang jarang digunakan untuk memproduksi polistirena kristal atau High Impact Polystyrene. Proses ini mempunyai persamaan dengan proses polimerisasi suspensi kecuali bahwa butiran monomer yang digunakan dalam polimerisasi emulsi ini dalam ukuran mikroskopis. Polimer yang dihasilkan berwujud padatan yang berwarna putih dan bersifat termoplastik.

10 10 Reaksi: Gambar 1.3 Reaksi Polimerisasi Stirena Kelebihan dan kekurangan berbagai proses produksi polistirena yaitu: Tabel 1.4 Daftar Kelebihan dan Kekurangan Proses Polimerisasi Jenis Proses Produksi Kelebihan Kekurangan Polimerisasi Bulk: - Bulk batch - Prosesnya mudah - Kemurnian produk tinggi - Alat-alat sederhana - Sangat eksotermis - Waktu pengerjaan lama - Bulk continuous - Produk yang dihasilkan lebih seragam - Kemurnian produk tinggi - Membutuhkan pengadukan dan alat recycle

11 11 Jenis Proses Produksi Kelebihan Kekurangan Polimerisasi suspensi Polimerisasi emulsi - Tidak ada kesulitan dengan panas polimerisasi - Ketel untuk proses polimerisasi sederhana - Volatilitas dapat dikurangi sampai pada tingkat yang rendah dengan pemilihan katalis dan suhu yang tepat - Prosesnya cepat dan tidak ada kesulitan dengan panas polimeriasi - Beberapa proses polimerisasi tidak mungkin dilakukan dengan teknik lain tapi dengan mudah dilakukan dengan proses ini - Dapat diterapkan untuk proses kontinyu - Dimungkinkan adanya kontaminasi dari air dengan agen penstabil - Dimungkinkan terjadinya kontaminasi polimer dengan air dan agen pengemulsi - Berat molekul polimer tinggi untuk proses pembentukan yang cepat dengan menggunakan injeksi.

12 Alasan Pemilihan Proses Berdasarkan hasil pengamatan kelebihan dan kekurangan proses pembuatan polistirena diatas, maka dipilih proses polimerisasi suspensi. Pertimbangan pemilihan proses ini adalah: 1. Produk yang dihasilkan lebih seragam. Kemudahan mengontrol suhu reaksi dan kecepatan reaksi sehingga tidak memerlukan alat kontrol proses yang banyak dan rumit. 2. Proses berlangsung pada suhu 90 o C dan tekanan atmosferis. 3. Konversi yang dihasilkan relatif tinggi (>99%) Kegunaan Produk 1. Untuk pengepakan/pengemasan 2. Untuk bahan isolator 3. Konstuksi dan bangunan 4. Tempat makanan dan minuman Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku dan Produk a. Bahan baku 1. Stirena monomer Sifat fisika: Rumus kimia : C 8 H 8 Kemurnian : min 99,6% Berat molekul : 104,15 g/gmol Densitas (25 ºC) : 0,9019 g/cm 2

13 13 Tekanan kritis : 37,6 atm Volume kritis : 3,55 cm 3 /g Viskositas : 0,781 cp Titik leleh (1 atm) : -30,5 ºC Titik didih (1 atm) : 145 ºC Specific heat : 0,416 cal/g ºC Panas polimerisasi : 160 cal/g Specific gravity : 0,903 20/4 Kelarutan dalam air : 310 mg/l Sifat kimia: Dapat terpolimerisasi menjadi polistirena dengan cepat Bereaksi dengan phosgene dengan bantuan katalis AlCl 3 Bereaksi dengan acetyl chloride dengan bantuan stain chloride (SnCl 4 ) Bereaksi dengan halogen, misalnya: Br 2, Cl 2. b. Bahan Pembantu 1. Benzoyl Peroxide Sifat fisika: Rumus kimia : (C 6 H 5 CO) 2 O 2 Kemurnian : 50% minimal Berat molekul : 242,22 g/gmol Titik leleh (1 atm) : -8 ºC

14 14 Titik didih (1 atm) : 115 ºC Specific heat : 0,1211 cal/g ºC Density (25 ºC) : 1,199 g/cm 3 Viskositas : 1,85 cp Indeks bias : 1,545 Water content, max : 50% Sifat kimia Tereduksi dengan katalis platinum Jika dipanaskan akan terdekomposisi menjadi peroksida dan difenil Dengan amina sekunder akan menjadi derivatif benzoil Larut dalam pelarut organik, stirena, dan methyl methacrilate 2. Tricalcium Phosphate Sifat fisika Kandungan murni : 96% Rumus kimia : Ca 3 (PO4) 3 Berat molekul : 310,24 g/gmol Titik leleh (1 atm) : 1670 ºC Specific heat : 0,1863 cal/g ºC Densitas (25 ºC) : 3,14 kg/m 3 Viskositas : 1,900 cp Water content, maks. : 4% Sifat kimia

15 15 Tidak memiliki rasa Tidak larut dalam air, alkohol, dan asam asetat Larut dalam HCl dan HNO 3 3. Asam klorida Sifat fisika Rumus kimia : HCl Berat molekul : 36,5 Titik leleh (1 atm) : -111 ºC Berat jenis (25 ºC) : 1,1280 Viskositas : 0,013 cp Specific heat : 0,22 cal/gºc Sifat kimia Merupakan asam kuat Larut dalam air dingin atau air panas 4. Dodecylbenzene Sulfonate Bentuk : cair Warna : keruh Kemurnian : 96% Densitas : 1,05 g/cm 3 5. Air Rumus Molekul : H 2 O Berat Molekul : 18, 0153 g/mol Titik Didih : 100 o C

16 16 c. Produk Titik Beku : 0 o C Temperatur Kritis : 374,15 o C Tekanan Kritis : 218,3074 atm Densitas : 0,998 g/cm 3 (cair, 20 o C) 0,92 g/cm 3 (padatan) Panas Jenis : 0,9995 kal/g o C Kenampakan : Cairan jernih Kemurnian : 100% 1. Polistirena Sifat kimia Rumus kimia : (C 8 H 8 ) n Berat molekul rata-rata, min : g/gmol Specific gravity : 1,04-1,065 Refractive index : 1,59-1,60 Tensile strength : psi Elongation : 1%-3,6% Modulus elastisitas : psi Titik leleh : 104,4 ºC Densitas (20 ºC) : 0,8008 g/cm 3 Specific heat : 0,32 cal/gºc

17 17 Sifat kimia Dengan akrilonitril dan butadiene membentuk Acrilonitryl Butadiene Styrene (ABS) Dengan metilmetakrilat membentuk metil metakrilat butadiene styrene 4.4. Tinjauan Proses Secara Umum Polimerisasi suspensi adalah sistem batch yang populer dalam pembuatan polistirena. Pada produksi polistirena, larutan stirena dipolimerisasikan secara bulk melebihi fase inversinya kemudian disuspensikan di dalam air untuk membuat oil in water suspension utilizing soap dan suspending agent. Droplet tersuspensi kemudian dipolimerisasikan menggunakan inisiator dan pemanasan bertingkat. Fase air digunakan sebagai heat sink dan media transfer panas ke jaket yang terkontrol suhunya.