BAB I PENDAHULUAN. Prarancangan Pabrik Ethyl Chloride dari Ethylene dan Hydrogen Chloride Kapasitas Ton/Tahun

Transkripsi

1 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Memasuki era perdagangan bebas, negara Indonesia perlu mengembangkan lagi sektor-sektor yang menunjang untuk perkembangan ekonomi. Salah satu diantaranya adalah pembangunan di sektor industri kimia. Sejalan dengan meningkatnya kebutuhan akan berbagai bahan penunjang untuk proses-proses dalam industri, maka perlu adanya pendirian pabrik-pabrik baru yang tidak hanya untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, namun berorientasi ekspor. Salah satunya ialah dengan mendirikan pabrik Ethyl Chloride. Ethyl Chloride merupakan bahan kimia yang digunakan dalam bidang industri obat-obatan, refrigerant, dan bahan pembuat senyawa organik. Ethyl Chloride digunakan untuk memproduksi Tetra Etil Lead (TEL), namun saat ini sudah tidak digunakan kembali karena pengunaan TEL dapat menimbulkan polusi dan pencemaran udara (adanya kandungan tembaga) sehingga efek jangka panjang dapat menjadi pemicu kanker. Selain itu, manfaat Ethyl Chloride juga digunakan sebagai bahan dasar pembuatan Etil Selulosa dan sebagai ethylating agent benzena dalam memproduksi styrene yang digunakan pada industri platik. Berkembangnya industri polimer salah satunya plastik, menyebabkan kebutuhan Ethyl Chloride untuk membuat Etil Selulosa dan styrene masih cukup besar dan meningkat. Sampai saat ini, kebutuhan Ethyl Chloride di Indonesia masih dipenuhi dengan jalan impor dari luar negeri. Kapasitas impor Ethyl Chloride diperkirakan akan selalu meningkat seiring meningkatnya kebutuhan etil selulosa. Oleh karena itu, pabrik Ethyl Chloride perlu didirikan di Indonesia. Secara umum dapat disimpulkan latar belakang pendirian pabrik adalah: 1

2 2 1. Dalam rangka menunjang pembangunan nasional pada umumnya dan pembangunan industri pada khususnya teknologi industri kimia. 2. Merupakan suatu investasi dalam industri teknologi kimia. 3. Dapat menghemat devisa negara, karena impor dapat dikurangi bahkan jika berlebih bisa diekspor. 1.2 Kapasitas Perancangan Dalam penentuan kapasitas rancangan pabrik diperlukan beberapa pertimbangan yaitu kebutuhan produk, kapasitas pabrik sejenis, dan ketersediaan bahan baku. Pada prarancangan pabrik Ethyl Chloride dari Ethylene dan Hydrogen Chloride ini direncanakan berkapasitas ton/tahun, dengan pertimbangan sebagai berikut : Kebutuhan Ethyl Chloride Berdasarkan data Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia Impor, kebutuhan Ethyl Chloride di Indonesia Tabel 1.1 Data Impor Ethyl Chloride di Indonesia Tahun Tahun Impor (ton) , , , , , , , ,825 (un.data.com)

3 Kebutuhan Impor (ton) Prarancangan Pabrik Ethyl Chloride 3 Dari tabel 1.1 dapat dilihat impor Ethyl Chloride dari tahun ke tahun mengalami kenaikan. Data dari impor tabel 1.1 diatas, kemudian dilakukan regresi linier untuk mendapatkan trend kenaikan impor Ethyl Chloride dan untuk memperkirakan impor Ethyl Chloride pada tahun y = 155,72x R² = Tahun Gambar 1.1 Grafik Impor Ethyl Chloride di Indonesia Dari regresi linier terhadap data impor Ethyl Chloride didapat persamaan, y= 155,72x dengan y adalah impor Ethyl Chloride dalam ton, sedangkan x adalah tahun. Jadi untuk tahun 2020 diperkirakan Indonesia membutuhkan Ethyl Chloride sebesar ±2.557,4 ton. Selain untuk memenuhi kebutuhan di Indonesia, pabrik Ethyl Chloride akan didirikan untuk memenuhi kebutuhan luar negeri sekitar Indonesia seperti yang terlihat pada tabel 1.2 Tabel 1.2 Kebutuhan Impor Negara Lain Negara Kebutuhan Impor /ton. tahun I II III IV V VI Singapur 1.948, , , , , ,715 Malaysia 1.597, , , , , ,688 Philppina 1.336, ,69 861, , , ,04

4 4 Thailand 1.128, , , , , ,514 Australia 1.215, , , , , ,206 China , , , , , ,723 (un.data.com) Ketersediaan Bahan Baku Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan Ethyl Chloride adalah Ethylene dan Hydrogen Chloride. Kebutuhan bahan baku diperoleh dari dalam negeri, Tabel 1.3 Ketersediaan Bahan Baku No. Bahan Baku Produsen Kapasitas (Ton/tahun) 1 Ethylene PT. Chandra Asri Petrochemical 2 Hydrogen Chloride PT. Asahimas Chemical Kapasitas Maksimal dan Minimal Pabrik yang Telah Berproduksi Kapasitas pabrik yang akan didirikan harus berada di atas kapasitas minimal atau sama dengan kapasitas pabrik yang sedang berjalan. Tabel 1.4 Produsen Ethyl Chloride di Dunia Tahun 2006 Pabrik Kapasitas (ton/tahun) Chloritech Industries, India First Chemical Pascagoula Missisipi, USA Coastal Chemical, St. Helens, Oregon, USA Farmland Industries, Enid, Oklahoma, USA (

5 5 Dengan adanya industri Ethyl Chloride yang adalah bahan baku utama untuk pembuatan etil selulosa dan styrene mempunyai prospek yang cukup baik untuk dikembangkan di Indonesia. Dari tabel 1.4 diketahui bahwa kapasitas minimum pabrik yang sudah berdiri adalah ton/tahun yang berlokasi di India. Sedangkan kapasitas maksimum pabrik yang telah berdiri adalah ton/tahun yang berlokasi di USA. Dengan mempertimbangkan perkiraan kebutuhan dalam negeri sekitar ±2.557,4 ton, kapasitas minimal pabrik yang sudah berdiri adalah ton/tahun dan memperkirakan prospek ekspor Ethyl Chloride. Negara lain seperti Singapur, Malaysia, Philipina, Thailand,Australia,China sekitar ± ton. Serta memperhatikan kebutuhan Ethyl Chloride sebagai bahan baku pembuatan etil selulosa, dimensi dan efisiensi alat-alat pabrik, maka dipilih kapasitas ton/tahun. Kapasitas yang direncanakan diharapkan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri dan selebihnya dapat diekspor ke negara negara sekitar Indonesia. 1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik Pemilihan lokasi merupakan hal yang penting dalam merancang suatu pabrik, karena berhubungan langsung dengan nilai ekonomis dari pabrik yang akan didirikan. Idealnya, lokasi yang dipilih memiliki banyak pertimbangan yang menjadi dasar dalam menentukan lokasi pabrik, antara lain: letak pabrik dekat dengan sumber bahan baku, pasar penunjang, transportasi,tenaga kerja, kondisi sosial politik, dan kemungkinan memperluas atau memperbesar pabrik dan memberikan keuntungan untuk jangka panjang. Pabrik Ethyl Chloride ini direncanakan berdiri di kawasan industri Cilegon, Banten, Jawa Barat. Peta lokasi pabrik dapat dilihat pada gambar 1.2

6 6 Gambar 1.2 Peta Lokasi Pabrik Ethyl Chloride Pemilihan ini dimaksudkan untuk mendapatkan keuntungan secara teknis dan ekonomis berdasarkan pertimbangan: Faktor Primer Faktor ini mempengaruhi secara langsung tujuan utama pabrik yang meliputi produksi dan distribusi produksi. Faktor utama meliputi: a. Penyediaan bahan baku Bahan baku merupakan variabel penting dalam pemilihan lokasi pabrik. Pabrik harus didirikan pada suatu daerah dimana bahan baku mudah diperoleh atau paling tidak tersedia sarana transportasi yang memadai. Bahan baku Ethylene diperoleh dari PT. Chandra Asri Petrochemical, Cilegon, Banten yang memiliki kapasitas produksi ton/tahun. Bahan baku Hydrogen Chloride didapat dari PT. Asahimas Chemical kapasitas Produksi ton/tahun. b. Letak pabrik dengan daerah pemasaran Cilegon relatif dekat dengan industri-industri karena merupakan kota yang industrinya sangat berkembang sehingga produk Ethyl Chloride tidak akan mengalami kesulitan untuk di

7 7 distribusikan ke konsumen yaitu pabrik-pabrik yang menggunakan Ethyl Chloride sebagai bahan baku, sehingga kebutuhan lokal dapat tercukupi dan dana investasi penyimpangan produk dapat dikurangi. c. Sarana dan Transportasi Sistem transportasi yang dominan adalah darat dan laut. Pengangkutan bahan bahan baku ke lokasi dan pemasaran sekitar dengan jalan transportasi darat. Pemasaran luar pulau jawa dan ekspor ke negara negara maju dengan jalan transportasi laut melalui pelabuhan Merak di Propinsi Banten. d. Tenaga Kerja Tenaga kerja merupakan modal utama dalam pendirian pabrik, dengan didirikan pabrik ini maka akan menyerap banyak tenaga kerja yang terdapat di sekitar lokasi pabrik yang akan didirikan. Penyediaan tenaga kerja tidak sulit, mengingat lokasi pabrik berada di kawasan industri yang memungkinkan didatangkan dari Pulau Jawa. e. Utilitas Cilegon merupakan kawasan industri sehingga kebutuhan utilitas seperti: tenaga listrik, air dan bahan bakar dapat diatasi. Kebutuhan tenaga listrik berasal dari generator pembangkit yang dibangun sendiri. Kebutuhan bahan bakar dapat diperoleh dengan memanfaatkan sisa hasil proses dan bahan bakar batubara. Pengadaan air diolah dari Sungai Cidanau. f. Letak Daerah. Pabrik harus didirikan di kawasan yang jauh dari pemukiman penduduk, sehingga masyarakat tidak terganggu oleh limbah dan polusi yang ditimbulkan oleh pabrik.

8 8 g. Faktor Keamanan Pabrik akan didirikan di daerah yang aman, baik aman secara alamiah maupun aman ditinjau dari segi sosial politik. Pabrik harus didirikan di daerah yang stabil, tidak rawan gempa, kekuatan angin stabil, tekstur tanah kuat, dan aman dari bencana alam lainnya. Selain itu secara segi sosial politik harus aman, tidak sering terjadi kerusuhan Faktor Sekunder a. Perijinan dan Kebijaksanaan Pemerintah Pendirian pabrik ialah usaha mewujudkan kebijakan pemerintah mengenai pengembangan industri, dan pemerataan kesempatan kerja. b. Perluasan Pabrik Pendirian pabrik haruslah memperhitungkan rencana perluasan pabrik tersebut dalam jangka waktu 10 sampai 20 tahun kedepan (jangka panjang). Karena apabila suatu saat nanti akan memperluas area dari pabrik tidak mengalami kesulitan dalam mencari lahan perluasan. c. Kondisi Iklim Kondisi alam (iklim) dari suatu area yang akan dibangun pabrik haruslah mendukung, dalam arti kondisinya tidak terlalu mengganggu jalannya operasi pabrik. d. Pembuangan Limbah Penanganan masalah limbah tidak menjadi masalah karena lokasi pabrik dekat dengan aliran sungai danau dan laut.

9 9 e. Energi Penyediaan energi merupakan hal yang perlu di perhatikan dalam pemilihan lokasi pabrik. Untuk memenuhi kebutuhan listrik diambil dari generator. f. Perpajakan Pajak yang harus dibayarkan dapat lebih murah, karena Cilegon merupakan kawasan industri sehingga pembayaran pajaknya lebih dipermudah. g. Korosifitas Lokasi kawasan industri Cilegon tidak berada tepat ditepi laut, sehingga korosifitas yang utamanya disebabkan oleh air laut tidak begitu berpengaruh. h. Perawatan Pabrik mempunyai bengkel perawatan sendiri, apabila tidak dapat dilakukan sendiri di Cilegon banyak terdapat bengkel yang dapat menangani peralatan peralatan besar. i. Biaya Konstruksi Biaya konstruksi bisa lebih murah, karena kawasan industri Cilegon berada di dekat pelabuhan sehingga biaya pengangkutan alat ke lokasi dapat lebih murah. j. Kondisi Daerah Lokasi Keadaan sekitar lahan pabrik haruslah diamati dan dimengerti, dengan maksud agar pada saat pabrik telah berdiri tidak ada masalah yang akan berkembang. k. Bahaya Banjir dan Kebakaran Pabrik yang akan didirikan harus memperhatikan keselamatannya. Cilegon tidak termasuk daerah rawan banjir dan di kawasan ini memiliki keselamatan terpadu untuk menjaga dari hal hal yang berbahaya.

10 Tinjauan Pustaka Macam macam proses Ada tiga macam pembuatan Ethyl Chloride secara industri yaitu hidroklorinasi etanol, hidroklorinasi etilen dan klorinasi etana 1. Hidroklorinasi Etanol Reaksi antara Etanol dan HCl dilakukan pada suhu C dengan bantuan ZnCl2. Reaksi yang terjadi adalah : C2H5OH (l)+ HCl(g) C2H5Cl (l) + H2O (l) Perawatan harus dilakukan untuk mempertahankan suhu reaktor cukup tinggi untuk setiap tekanan yang diberikan reaktor untuk menghindari dilusi dari katalis dengan hilangnya konversi. Yang perlu diperhatikan pada proses ini adalah terbentuknya reaksi samping, yaitu kombinasi dua molekul etanol akan menghasilkan dietil eter, sesuai dengan reaksi sebagai berikut: 2C2H5OH (l) C2H5OC2 H5 (l) + H2O(l) ((Mc Ketta and Cunningham, 1979). Secara ekonomis kurang bisa bersaing dengan proses yang lainnya yaitu proses dengan bahan baku Ethylene (Kirk and Othmer,1990) 2. Hidroklorinasi Ethylene Reaksi yang terjadi antara Ethylene dan HCl adalah C2H4 (g)+ HCl (g) C2H5Cl (g) Proses ini dijalankan dalam fase uap dan fase cair, tetapi biasanya dijalankan pada fase uap. Pada fase gas operasi dijalankan pada suhu o C dan tekanan 27 atm, adiabatis menggunakan Reaktor Fixed bed katalitik. Katalis yang digunakan tembaga klorida, seng klorida.dapat juga menggunakan katalisator lain, misalnya Zirkonium Oksiklorida. Kondisi operasi berlangsung pada suhu diizinkan o C dan tekanan 27 atm.

11 11 Konversi sebesar 44.5 % terhadap Ethylene. (Mc Ketta and Cunningham, 1979). Pada fase cair dioperasikan pada suhu tinggi dapat menyebabkan terjadinya polimerisasi dan dapat merusak katalisator. Kesulitan lain yang dihadapi adalah mengganti katalisator yang sudah tidak aktif lagi serta pendingin yang cukup untuk mempertahankan suhu (Kirk and Othmer, 1990) 3. Klorinasi Etil Proses pembuatan Ethyl Chloride dengan cara klorinasi etil dapat dijalankan secara termal, fotokimia dan katalitik. Dalam industri biasanya dijalankan secara termal. Pada temperatur sekitar 400 C akan terjadi mekanisme reaksi radikal sebagai berikut : Cl2 2Cl Cl + C2H5 HCl + C2H5 C2H5 + Cl2 C2H5Cl + Cl (Kirk and Othmer, 1990) Reaksi sangat eksotermis sehingga Temperatur reaksi harus dipertahankan selalu tetap untuk mengurangi terjadinya produk samping, mencegah terjadinya pirolisa Ethyl Chloride menjadi Ethylene dan Hydrogen Chloride dan terjadinya reaksi karbonisasi. Reaksi karbonisasi dapat terjadi jika perbandingan antara klorin dan etil sangat besar, sedangkan pirolisa terjadi jika temperaturnya terlalu tinggi. Untuk itu reaktor yang digunakan harus merupakan reaktor yang dilengkapi pendingin agar panas yang timbul bisa diserap sehingga suhunya konstan. Ethyl Chloride yang dihasilkan sangat tergantung pada perbandingan klorin dan etana yang digunakan. Selektifitas terbesar dihasilkan pada temperatur operasi C. Karena karbon terbentuk pada temperatur C, maka range suhu C merupakan

12 12 range yang terbaik. Tekanan operasi sebaiknya cukup tinggi dan waktu kontak reaksi adalah sebesar 1-2 detik. (Mc Ketta and Cunningham, 1979). Dari uraian macam-macam proses diatas, maka dipilih proses pembuatan Ethyl Chloride dengan Hidroklorinasi Ethylene fase gas. Pertimbangan pemilihan proses adalah a. Bahan baku ethylene dapat dipenuhi dari dalam negeri b. Pada fase cair ada kemungkinan terjadinya polimerisasi dan dapat merusak katalisator sehingga lebih dipilih pada fase gas Kegunaan Produk Ethyl Chloride merupakan produk setengah jadi yang sering digunakan dalam industri kimia lainnya. Ethyl Chloride digunakan sebagai bahan baku pembuatan etil selulosa, ethylating agent benzene, cat, obat-obatan, serta merupakan bahan baku Tetra Etil Lead (TEL). (Mc Ketta and Cunningham, 1979) Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku, Katalis, dan Produk a. Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku Ethylene (C2H4 ) Sifat Fisis: Rumus molekul : C2H4 Berat molekul 28 Titik didih (1 atm) : o C Titik beku (1 atm) : o C Densitas (25 o C, 1 atm) : 7,63 kg /cm 3 Tekanan kritis : 50,32 Bar Viscositas (25 o C,1 atm) : 0.19 cp Fase : gas (Kirk and Othmer, 1993)

13 13 Sifat Kimia : Polimerisasi Ethylene dapat bergabung dengan Ethylene yang lain untuk membentuk molekul yang lebih besar (polimer) dengan cara memutus ikatan rangkap dua dan kemudian membentuk molekul yang lebih besar. Hidrogenasi Ethylene dapat berubah menjadi etana melalui proses hidrogenasi langsung pada katalis Ni dengan kondisi suhu 300 o C. Oksidasi Zat pengoksidasi kuat dapat mengoksidasi sempurna Ethylene menjadi karbondioksida dan air. Ethylene dalam larutan basa atau berair bereaksi dengan oksidator lemah menjadi glikol. Reaksi ini dikenal dengan tes bayer yang digunakan untuk membuktikan adnya ikatan rangkap dengan menggunakan KMnO4. Adisi Penambahan brom pada senyawa berikatan rangkap menghasilkan dibromida sehingga senyawa baru menjadi jenuh. Reaksi ini juga digunakan untuk mengidentifikasi adanya ikatan rangkap yang ditunjukkan dengan hilangnya warna coklat dari larutan brom. (Kirk and Othmer, 1993) Hydrogen Chloride (HCl) Sifat Fisis : Rumus molekul : HCl Berat molekul : 36.5 Titik didih (1 atm) : o C Titik beku (1 atm) : o C Densitas (25 o C,1 atm) : 7.96 gr /cm 3

14 14 Tekanan kritis : 83 bar Viscositas : 0.07 cp Fase : gas Tidak Korosi (Kirk and Othmer, 1993) Sifat kimia: Reaksi dengan komponen anorganik Sebagian besar logam dan campuran logam dapat bereaksi dengan Hidrogen Klorida. Oksida dan Hidroksida bereaksi dengan Hidrogen Klorida membentuk garam dan air. Reaksi antara Hidrogen Klorida dengan zat pengoksidasi H2O2, H2SeO4 dan V2O5 membentuk Air dan Klorin Reaksi dengan komponen organik Beberapa reaksi organik menggunakan katalis asam misalnya Hidrogen Klorida. Reaksi yang menggunakan Hidrogen Klorida sebagai katalis antara lain konversi lignocellulose menjadi heksosa dan pentose, sukrosa menjadi gula dan esterifikasi asam aromatis. (Kirk and Othmer, 1993) b. Sifat Fisis dan Kimia Bahan Pendukung Zirkonium Oksiklorida (ZrOCl.8H 2 O) Sifat Fisis : Rumus Molekul : ZrOCl.8H2O Berat Molekul : 322,2 Bentuk : Bola Suhu lebur (1 atm) : 400 o C Densitas (25 o C, 1 atm) : 1,91 g/cm 3 Fase : padat ( )

15 15 c. Sifat Fisis dan Kimia Produk Ethyl Chloride Sifat Fisis : Rumus molekul : C2H5Cl Berat Molekul : 64,5 Titik didih normal (1 atm) : 12,28 o C Temperatur kritis : 186 o C Tekanan kritis : 52,69 Bar Densitas (25 o C, 1 atm) : 0.89 g/ml Fase : cair ( Kirk and Othmer, 1993 ) Sifat Kimia : Ethyl Chloride akan terdekomposisi pada temperatur yang tinggi menjadi Ethylene dan hidrogen klorida. Dekomposisi ini akan meningkat pada temperatur o C Ethyl Chloride direaksikan dengan benzene menggunakan katalis Aluminium Klorida pada temperature 25 o C membentuk Etilbenzen dan Dietilbenzen. Ethyl Chloride direaksikan langsung dengan Sulfur Trioksida menghasilkan Etil Klorosulfonat dan asam 2-Kloroetilsulfonik. (Kirk and Othmer,1993) Hydrochloric Acid Sifat-sifat fisis : Rumus molekul : HCl Berat molekul : 36,46 g/mol Fase : cair Densitas (25 o C) : 1,189 g/cm 3 Titik didih (1 atm) : 321,15 K

16 16 Titik leleh (1 atm) : 245,83 K Sifat-sifat kimia : Reaksi dengan oksidator membentuk Cl2 4 HCl + O2 2 Cl2 + 2 H2O Reaksi dengan sulfur trioksida membentuk asam klorosulfat. HCl + SO3 ClSO3H Reaksi HCl dan asetilen akan menghasilkan kloroprena (Perry, 2008) Tinjauan Proses Secara Umum Pembuatan Ethyl Chloride berjalan pada fase gas dengan katalis Zirkonium Oksiklorida. Reaksi yang terjadi pada temperature o C tekanan 27 atm, konversi yang diperoleh 44.5% terhadap Ethylene. Reaksi dijalankan dalam reaktor fixed bed katalitik. Gas keluar reaktor kemudian dilewatkan Kondensor Parsial. Sebagian besar reaktan yang belum bereaksi dipisahkan dari produk Ethyl Chloride dalam separator. Gas keluar separator sebagian dikembalikan ke reaktor dan sebagian di purging. Hasil bawah yang berupa cairan Ethyl Chloride kemudian disimpan dalam tangki penyimpanan produk. (Mc.Ketta dan Cunningham,1979)