BAB I PENDAHULUAN. Prarancangan Pabrik N-Butil Akrilat dari Asam Akrilat dan N-Butanol Menggunakan Distilasi Reaktif Kapasitas 60.

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik Perkembangan industri sebagai bagian usaha pembangunan ekonomi jangka panjang diarahkan sebagai pembentuk struktur ekonomi yang lebih kokoh dan seimbang. Dengan perkembangan peradaban manusia, dunia industri khususnya industri kimia dituntut lebih meningkatkan teknologinya, baik dengan penemuan-penemuan baru maupun pengembangan teknologi sebelumnya. Di Indonesia, industri kimia kini mulai berkembang dan merupakan salah satu tulang punggung pendorong pertumbuhan industri-industri lainnya, misalnya industri polimer. Salah satu bahan dasar pembuatan produk polimer adalah ester akrilat misalnya n-butil Akrilat. N-Butil Akrilat dapat di aplikasikan pada kehidupan sehari-hari dan di berbagai industri (Ostaniewicz-Cydzik, 2014). Biasanya N-Butil Akrilat diproduksi dengan dua reaktor seri dan tiga menara distilasi untuk proses pemurnian produk. Hal ini tentu akan membutuhkan banyak biaya, untuk itu ditawarkan alternatif yang lebih baik menggunakan distilasi reaktif. Distilasi reaktif menggabungkan proses pereaksian dengan proses pemisahan sekaligus, dan tentunya akan menghemat biaya peralatan (Ostaniewicz-Cydzik, 2014). Selama ini dilakukan impor guna memenuhi kebutuhan n-butil Akrilat di Indonesia. Selain pertimbangan tersebut, pendirian pabrik ini dapat menciptakan lapangan kerja baru, memacu pertumbuhan industriindustri baru baik industri penghasil bahan baku untuk n-butil Akrilat, seperti Asam Akrilat dan n-butanol, maupun industri-industri polimer yang menggunakan n-butil Akrilat sebagai bahan bakunya, mengurangi ketergantungan pada negara asing dan menigkatkan pendapatan negara dari sektor industri, serta menghemat devisa negara. 1

2 Data Impor (Ton/Tahun) Prarancangan Pabrik N-Butil Akrilat 2 I.2. Kapasitas Rancangan Kapasitas produksi pabrik berpengaruh pada perhitungan teknis maupun ekonomis, tetapi terdapat faktor-faktor lain menentukan produksi, yaitu : kebutuhan pasar, kapasitas minimum pabrik dan ketersediaan bahan baku. Pabrik ini direncanakan akan di bangun pada tahun 2017 dan beroperasi tahun Pada tahun 2005, kebutuhan n-butil Akrilat di luar negeri terbesar di Eropa Utara mencapai ton/tahun. Sedangkan berdasarkan data statistik, kebutuhan n-butil Akrilat di Indonesia mengalami fluktuasi. Kebutuhan n-butil Akrilat, diimpor setiap tahun dari tahun 2010 sampai tahun 2013 dapat dilihat pada Tabel I-1. Tabel I.1 Data Kebutuhan Impor n-butil Akrilat di Indonesia Tahun Kebutuhan n-butil Akrilat (Ton / Tahun) , , , ,004 Sumber : bps.go.id, , , y = x , , Gambar I.1 Data Impor N-Butil Akrilat Di Indonesia

3 3 Untuk memprediksi kebutuhan import tahun 2019, diperlukan persamaan trendline y = 951,44x dengan y adalah jumlah N-Butil Akrilat impor tahun ke-x. Jadi pada tahun 2019 diperkirakan Indonesia membutuhkan n-butil Akrilat sebesar ,4 ton/tahun. Kapasitas pabrik harus didirikan diatas kapasitas minimum atau minimal sama dengan pabrik yang sudah ada. Hal tersebut dikarenakan pabrik yang telah didirikan tentunya telah memiliki analisis ekonomi mengenai kapasitas yang sesuai dan memberikan keuntungan. Pertimbangan kapasitas dari beberapa pabrik yang sudah berdiri dapat dilihat pada Tabel I.2 Tabel I.2 Daftar pabrik n-butil Akrilat yang telah berdiri Pabrik Lokasi Kapasitas (ton/tahun) Proses Rohm and Haas Co. U.S Esterifikasi DOW Chemical U.S Esterifikasi PT. Nippon Shokubai Indonesia Esterifikasi Sumber : Ostaniewicz-Cydzik, 2014 Dari Tabel I.2 diketahui bahwa kapasitas minimum pabrik n-butil Akrilat yang sudah berdiri adalah ton/tahun di Indonesia. Ketersediaan bahan baku perlu diperhatikan guna menjamin kontinuitas produksi suatu pabrik. Bahan baku pembuatan n-butil akrilat adalah asam akrilat dan n-butanol. Bahan baku asam akrilat diperoleh dari PT. Nippon Shokubai, Cilegon berkapasitas produksi ton/tahun dan n-butanol diperoleh dari PT. Oxo Nusantara, Gresik dengan kapasitas produksi ton/tahun. Dari perhitungan, untuk memproduksi 1 ton n- Butil Akrilat dibutuhkan 0,702 ton Asam Akrilat dan 0,888 ton n-butanol. Kapasitas produksi dirancang tidak terlalu besar agar kedua perusahaan tersebut tetap dapat mensuplai bahan baku. Dengan mempertimbangkan faktor-faktor pemilihan kapasitas pabrik diatas, maka ditetapkan kapasitas pabrik n-butil Akrilat ton/tahun guna memenuhi kebutuhan dalam negeri dan ekspor ke luar negeri.

4 4 I.3. Pemilihan Lokasi Pabrik Pabrik n-butil Akrilat akan didirikan di kawasan industri Cilegon, Banten dengan mempertimbangkan kedekatan dengan sumber bahan baku Asam Akrilat diperoleh dari PT. Nippon Shokubai, Cilegon. Kawasan Industri Cilegon memiliki sarana dan prasarana yang memadai mulai dari sarana transportasi dan kedekatan dengan pelabuhan penyeberangan merak (jarak 12 km). Sarana pendukung seperti ketersediaan air dapat langsung mengambil dari air laut, pengadaan listrik dari PLN setempat (PLTU Suralaya) dan generator sebagai cadangan, kebutuhan bahan bakar dapat diperoleh dari PT. Pertamina (Persero). Pemilihan kawasan industri Cilegon sebagai lokasi pabrik juga didasarkan pada kedekatannya dengan pasar, diantaranya dua produsen cat besar seperti PT. Nipsea Paint dan ICI Paint Indonesia di Tangerang. Berdasar data kementrian perindustrian tahun 2014 kedua industri tersebut berkapasitas produksi ton/tahun. Rata-rata 15% dari kapasitas produksi adalah produk interior coating yang berbahan baku n-butil Akrilat 15% berat. Jadi untuk dua produsen cat diatas membutuhkan setidaknya ton n-butil Akrilat per tahunnya. Produk n-butil Akrilat juga bisa didistribusikan ke produsen cat skala menengah disekitar Jawa Barat dan Jakarta seperti Dana Paint, Gajah Tunggal Prakasa, Jotun Indonesia, Pacific Dwiyoga Putra. Selain digunakan untuk bahan cat produk akan dijual ke distributor bahan kimia skala lab disekitar Cilegon yang untuk saat ini dipenuhi dari luar negeri. Selain faktor diatas, pemilihan cilegon karena memiliki kemudahan dalam perizinan, pajak dan lain-lain yang menyangkut teknis pelaksanaan pendirian suatu pabrik. Dari beberapa keunggulan di atas maka Cilegon dirasa tepat untuk lokasi pendirian pabrik n-butil Akrilat. Buangan air pendingin dari air laut dialirkan kembali ke laut tanpa pengolahan terlebih dahulu. Limbah cair yang mengandung larutan kimia diolah terlebih dahulu di Waste Water Treatment sebelum dialirkan ke laut. Sehingga di pilih lokasi dekat dengan laut sesuai Gambar I.2.

5 5 Gambar I.2 Peta Lokasi Pabrik I.4. Tinjauan Pustaka Ester dihasilkan apabila asam karboksilat dipanaskan bersama alkohol dengan bantuan katalis (H + ) (persamaan I-1). reaksi esterifikasi berlangsung lambat dan dapat balik (reversible). Reaksi esterifikasi N- Butil Akrilat dapat berlangsung dari Asam Akrilat dengan N-Butanol, dan air sebagai hasil sampingnya. Reaksi yang berlangsung sesuai dengan persamaan I-1 (Ostaniewicz-Cydzik, 2014). (I-1) (Asam Akrilat) + (n-butanol) (n-butil Akrilat) + (Air) Reaksi ini sangat lambat dan bisa berlangsung dengan menggunakan homogen katalis (sulfuric acid, hidroflouric acid, paratoluenesulfonic acid, dll.) atau heterogen katalis (oksida maupun resin). Bisa juga menggunakan katalis padat seperti Amberlyst, Lewatit (Ostaniewicz-Cydzik, 2014).

6 6 I.4.1. Macam-macam Proses Pembuatan N-Butil Akrilat Beberapa proses pembuatan n-butil akrilat, yaitu : 1. Proses Reppe Menggunakan bahan baku asetilen yang direaksikan dengan karbon monoksida dan senyawa alkohol dalam suasana asam. Reaksi berlangsung pada suhu 40 o C dan tekanan 1 atm dengan rasio mol asetilen : karbon monoksida = 1: 1,1. Reaksi yang terjadi sesuai dengan persamaan I-2. 4 C2H2 + 4 R-OH + Ni(CO)4 + 2 HCL 4 CH2=CHCOOR + H2 + NiCl2 (I-2) Proses ini ditinggalkan karena kesulitan dalam penanganan sifat racun dan mahalnya Nikel Karbonil (Kirk and Othmer, 1991). 2. Proses Etilen Sianohidrin Etilen Sianohidrin dibuat terlebih dahulu dari etilen oksida dan asam sianida kemudian dihidrolisa menjadi asam akrilat dengan hasil samping ammonium sulfat. Produk ini selanjutnya direaksikan dengan alkohol membentuk ester akrilat. Proses ini tidak digunakan lagi karena sulitnya penanganan sianida dan limbah Amonium sulfat (Kirk and Othmer, 1991). 3. Proses Goodrich (Ketene Process) Pada proses ini digunakan bahan baku keten kemudian direaksikan dengan formaldehid membentuk β-propialaktone (bersifat racun), kemudian direaksikan dengan alcohol membentuk ester akrilat. Proses ini tidak begitu lama digunakan karena melalui beberapa tahapan reaksi dan hasil β- propialaktone merupakan bahan beracun (Mc. Ketta, 1977). 4. Proses Esterifikasi Asam Akrilat Dengan Reactive Distillation Proses pembuatan ester (persamaan I-3) dapat dilakukan dengan menggunakan reactive distillation (Ostaniewicz-Cydzik, 2014). CH2 = CHCOOH + C4H9OH CH2 = CHCOOC4H9 + H2O...(I-3) (Asam Akrilat) + (Butanol) (n-butil Akrilat) + (Air)

7 7 Reactive distillation merupakan suatu alat yang menggabungkan antara proses reaksi kimia dan proses distilasi ke dalam satu unit proses. Dalam beberapa kasus, ketika kesetimbangan reaksi termodinamika dapat membatasi perolehan konversi maka diperlukan penggeseran kesetimbangan. Penggabungan antara proses reaksi dan pemisahan tersebut memberikan konversi yang maksimal dengan menggeser kesetimbangan kearah produk. Distilasi reaktif merupakan proses yang sederhana dengan arus recycle yang sedikit dibanding proses lainnya yang membutuhkan peralatan berlebih. Selain itu juga meminimalkan kebutuhan untuk pengolahan limbah sehingga dapat mengurangi biaya operasi dan investasi. Proses dijalankan pada suhu antara 70 o C 130 o C, didapatkan konversi asam akrilat terhadap pembentukan N-Butil Akrilat maksimal sebesar 97% (I-Lung, 2014). Dari keempat proses pembuatan N-Butil Akrilat yang telah diuraikan di atas, dipilih proses pembuatan n-butil Akrilat proses esterifikasi Asam Akrilat dengan reactive distillation dengan pertimbangan konversi tinggi, prosesnya ramah lingkungan, tidak menimbulkan racun, bahan baku relatif mudah diperoleh, hanya satu tahapan reaksi yaitu esterifikasi, serta mengurangi arus recycle karena hanya ada satu arus recycle yaitu refluk. Perbandingan keempat proses pembuatan N-Butil Akrilat dapat dilihat pada Tabel I.3.

8 8 Tabel I.3 Perbandingan Beberapa Proses Produksi n-butil Akrilat Proses Reppe Etilen Goodrich Sianohidrin (ketene) Esterifikasi Bahan baku Asetilen Etilen oksida Asam akrilat n-butanol HCN Asam akrilat Formaldehid nikel karbonil Asam sulfat n-butanol Alcohol asam klorida Alcohol Kondisi 40 proses C, 1 atm - - C, 1 atm Reaksi 1 tahap 2 tahap 2 tahap 1 tahap Reaktor Tangki Reactive - - berpengaduk distillation Produk Hydrogen Ammonium - samping Ni-kloride acid sulfate Air Kelemahan - Kesulitan dalam penanganan racun - Timbul masalah dalam penanganan - Melalui banyak tahapan reaksi. - - Mahalnya nikel karbonil HCN dan limbah NH4HSO4 - Produk bersifat racun. Kelebihan Satu tahap reaksi. - Konversi tinggi. - Kemurnian tinggi. - Tidak menimbulkan racun. - Mengurangi arus recycle. - Efisiensi alat.

9 9 I.4.2 Kegunaan produk Normal Butil Akrilat monomer dipakai sebagai chemical intermediate pada produksi resin polimer (emulsion polymers). Senyawa n-butil Akrilat juga digunakan sebagai penghasil homopolimer dan kopolimer bersama monomer-monomer lain misalnya asam akrilat dan garamnya, amida dan ester methakrilat, akrilonitril, asam maleat, vinil asetat, vinil klorida, stirena, butadiene, unsaturated polyester dan drying oil. Polimer dan kopolimer ini digunakan dalam berbagai macam produk misalnya zat-zat pendispersi atau pelarut (European Centre for Ecotoxicology and Toxicology of Chemical, 2015). Normal Butil Akrilat digunakan pula dalam industri pelapisan (cat) dan tinta, bahan perekat, seal, tekstil, plastic dan elastomer. Aplikasinya dalam industri pelapisan antara lain pembentukan lateks, pendispersi terhadap air, dan dipakai pada pabrik peralatan otomotif original, serta dalam refinishing material sebagai bahan perekat. N-butil akrilat digunakan dalam industri-industri tekstil dan konstruksi. Produk-produk industri tekstil mengandung n-butil akrilat antara lain fiber, warp, sizing, thickener dan back coat formulation (adhesives). Dalam industri plastik, n- Butil Akrilat merupakan bahan dasar bagi beberapa modifikasi PVC dan molding atau extrusion additive (Basic Acrylic Monomer Manufacturies Inc., 2015). Pada tahun % butil akrilat yang dihasilkan dijadikan bahan pelapis. Selain itu butil akrilat digunakan sebagai bahan comonomer untuk polietilen, kurang lebih 25% dari butil akrilat yang dihasilkan. Sisanya dijadikan sebagai perekat, dll. (International chemical Information Service, 2005)

10 10 I.4.3. Sifat-Sifat Fisis Dan Kimia I Sifat-Sifat Fisis Dan Kimia Bahan Baku a. Asam Akrilat Sifat Fisika (Yaws, 1999) : Nama IUPAC : prop-2-enoic acid Rumus Molekul Berat Molekul Titik Leleh Titik Didih : C3H4O2 : 72,06 g/mol : 12,5 o C (pada 1 atm) : 141,2 o C (pada 1 atm) Densitas : 1,0519g/ml (pada 25 o C) Kelarutan : Larut sempurna dalam air (1x10 6 ppm pada 25 o C) dan pelarut organic (alkohol, kloroform, benzen) Viskositas : 1,22 cp (pada 25 o C) Sifat Kimia (Kirk and Othmer, 1991) : Reaksi Esterifikasi Reaksi esterifikasi terjadi jika asam akrilat direaksikan dengan suatu alcohol membentuk ester dari asam akrilat dan air CH2 = CHCOOH + ROH CH2 = CHCOOR + H2O Reaksi Adisi Reaksi adisi terjadi jika asam akrilat diadisi dengan halogen, hidrogen dan hidrogen sianida CH2 = CHCOOH + HX H2CX CHCOOH

11 11 b. N-butanol Sifat Fisika (Yaws, 1999) : Nama IUPAC : n-butil Alkohol Rumus Molekul Berat Molekul Titik Leleh Titik Didih : C4H10O : 74,12 g/mol : -89,9 o C (pada 1 atm) : 117,6 o C (pada 1 atm) Densitas : 0,811 g/ml (pada 20 o C) Kelarutan : 6 x 10 4 ppm (pada 25 o C) Viskositas : 2,544 cp (pada 25 o C) Sifat Kimia (Fessenden & Fessenden, 1986) : Reaksi Esterifikasi Reaksi esterifikasi antara n-butanol dengan asam organic akan membentuk ester dan air CH2 = CHCOOH + ROH CH2 = CHCOOR + H2O Reaksi Subtitusi Reaksi subtitusi antara n-butanol dengan HCL dengan bantuan katalis ZnCl2 menghasilkan butyl klorida C4H9OH + HCl C4H9Cl + H2O

12 12 I Sifat Fisis Dan Kimia Produk a. N-butil akrilat Sifat Fisika (Yaws, 1999) : Nama IUPAC : butyl prop-2-enoate Rumus Molekul Berat Molekul Titik Didih Titik Leleh : C7H12O2 : 128,1689 g/mol : 145 o C (pada 1 atm) : -64,6 o C (pada 1 atm) Kelarutan : 2000 ppm (pada 25 o C) Densitas : 0,8898 g/ml (pada 20 o C) b. Air Sifat Fisika (Yaws, 1999) : Nama IUPAC Rumus Molekul Berat Molekul Titik Didih Titik Leleh Kelarutan Densitas Viskositas : Oxidane : H2O : 18,01528 g/mol : 99,974 o C pada 1 atm : 0 o C pada 1 atm : sangat larut dalam etanol, methanol dan acetone : 0,9950 g/ml pada 25 o C : 0,8949 cp pada 25 o C