Prarancangan Pabrik Metil Metakrilat Dari Aseton Sianohidrin dan Metanol Kapasitas ton/tahun BAB I PENDAHULUAN

Transkripsi

1 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik Sejalan dengan berkembangnya teknologi dan industri di Indonesia, semakin banyak diversifikasi usaha telah dilakukan. Banyak bahan mentah atau setengah jadi diolah menjadi produk setengah jadi atau produk jadi, sehingga mengurangi ketergantungan kita pada produk impor. Perkembangan teknologi dan industri tersebut menyebabkan semakin meningkatnya kebutuhan produk metil metakrilat. Metil Metakrilat dengan rumus molekul CH 2 =C(CH 3 )COOCH 3 merupakan senyawa turunan ester yang dapat digunakan dalam industri cat, industri peralatan rumah tangga, industri komestik dan industri polimer. Bahan baku yang digunakan dalam proses pembuatan metil metakrilat adalah aseton sianohidrin, asam sulfat dan metanol. Pada tahun 1983 metil metakrilat mulai diproduksi di Jepang oleh group Mitsubishi melalui proses oksidasi isobutan yang dikembangkan kembali pada tahun 1988 melalui proses aseton sianohidrin. Sampai saat ini metil metakrilat sangat diperlukan untuk berbagai jenis bahan baku di industri kimia. Dengan meningkatnya kebutuhan akan metil metakrilat, maka diperlukan pengembangan metode esterifikasi yang memungkinkan produksi secara kontinyu dan efisien.

2 2 Metil metakrilat adalah salah satu bentuk monomer dari acrylic resin. Bahan kimia ini mudah menguap, mudah terbakar, beracun, pada suhu kamar berupa cairan tak berwarna dan mempunyai rumus molekul CH 2 = C(CH 3 )COOC 3 (BM = 100). Sedangkan karakteristik lainnya antara lain mendidih pada temperatur C, larut dalam air dan beberapa solvent organik lainnya. Dengan berbagai sifat yang dimilikinya tersebut, aplikasi dari metil metakrilat menjadi cukup luas. Di negara-negara maju seperti Amerika Serikat, metil metakrilat banyak digunakan dalam industri pelapis kulit (24%), industri kosmetik (21%), industri cat (18%), industri peralatan rumah tangga (10%), industri polimer (8%) dan untuk industri lainnya (19%). Namun di Indonesia metil metakrilat ini masih terbatas penggunaannya pada industri plastik, industri jenis resin dan perekat dan industri cat. Berdasarkan data yang diperoleh dari Biro Pusat Statistik (BPS) diketahui bahwa konsumsi metil metakrilat di Indonesia cenderung terus meningkat setiap tahunnya dan sampai saat ini belum ada pabrik yang dapat memproduksinya, sehingga seluruh kebutuhan metil metakrilat di dalam negeri masih harus diimpor dari beberapa Negara di Asia, Eropa dan Amerika Kapasitas Rancangan Di dalam pemilihan kapasitas pabrik metil metakrilat ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan, yaitu :

3 Ketersediaan bahan baku Kapasitas minimal Kedua faktor tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut : Ketersediaan Bahan Baku Bahan baku yang digunakan untuk industri metil metakrilat adalah aseton sianohidrin, asam sulfat, dan methanol. Bahan baku berupa asam sulfat dapat diperoleh dari PT Petrokimia Gresik (Jawa Timur) dan bahan baku yang berupa metanol dapat diperoleh dari P.T. Medco Methanol Bunyu, Kalimantan Timur, sedangkan bahan baku yang berupa aseton sianohidrin diperoleh secara impor dari Mitshubishi Rayon Co,Ltd di Jepang. Sedangkan area Gresik terletak dekat dengan pelabuhan, sehingga akan mempermudah pengadaan bahan baku yang digunakan Kapasitas Minimal Ada beberapa pertimbangan dalam pemilihan kapasitas pabrik Metil Metakrilat. Penentuan kapasitas pabrik metil metakrilat dengan pertimbanganpertimbangan sebagai berikut: 1. Kebutuhan/pemasaran produk Kebutuhan metil metakrilat selama ini dipenuhi dari import. Import ini didatangkan terutama dari Jepang, China dan Korea. Berdasarkan data Departemen Perindustrian dan Perdagangan, perkembangan import metil metakrilat Indonesia dapat dilihat pada tabel 1.1.

4 4 Tabel 1.1. Import Metil Metakrilat di Indonesia Tahun Berat(kg) Nilai ($) Sumber : Biro Pusat Statistik Grafik Import Metil Metakrilat di Indonesia y = x Kebutuhan Tahun Gambar 1.1 Grafik Hubungan Kebutuhan Metil Metakrilat tiap tahun

5 5 Kebutuhan metil Metakrilat di Indonesia diperkirakan meningkat pada tahun 2008 mencapai ton/tahun. Kebutuhan ASEAN pada tahun 2004 sekitar 150 ribu ton dan pada tahun 2008 diperkirakan mencapai 230 ribu ton. Berdasarkan research yang dilakukan oleh Mitsubishi Rayon Co., Ltd, diperoleh bahwa produksi MMA di wilayh ASEAN terbesar berada di Thailand dengan kapasitas ton/tahun (satu unit plant). Dari Hydrocarbon Processing (2003), diperoleh data bahwa kapasitas minimal yang sudah ada untuk pendirian pabrik metil metakrilat adalah ton/tahun yang berlokasi di Spanyol. Sedangkan kapasitas terbesar sampai saat ini untuk pabrik tersebut adalah ton/tahun dengan lokasi pabrik di Deer Park, Texas. Berdasarkan pada hal-hal tersebut diatas, maka dalam perancangan pabrik metil metakrilat ini dipilih dengan kapasitas ton/tahun dan pabrik didirikan pada tahun Kapasitas rancangan ini ditetapkan sebesar ton/tahun dengan alasan agar dapat memenuhi kebutuhan metil metakrilat dalam negeri (30%) dan ekspor (70%) Lokasi Pabrik Lokasi pabrik dapat mempengaruhi kedudukan pabrik dalam persaingan maupun penentuan kelangsungan produksinya. Pemilihan lokasi pabrik yang tepat, ekonomis dan menguntungkan dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu :

6 6 1. Faktor primer - letak pabrik terhadap pasar - letak pabrik terhadap bahan baku - transportasi - tersedianya tenaga kerja - tersedianya sumber air dan tenaga 2. Faktor sekunder - harga tanah dan gedung - kemungkinan perluasan pabrik - tersedianya air yang cukup - peraturan daerah setempat - keadaan masyarakat setempat - iklim - keadaan tanah Dengan pertimbangan-pertimbangan hal tersebut di atas maka lokasi pabrik direncanakan didirikan di daerah Gresik, Jawa Timur. Alasan pemilihan lokasi tersebut antara lain : 1. Ketersediaan bahan baku Bahan baku pembuatan metil metakrilat adalah aseton sianohidrin, asam sulfat, dan metanol. Aseton sianohidrin diperoleh dengan cara impor dari Mitshubishi Rayon Co,Ltd di Jepang, asam Sulfat diperoleh dari PT Petrokimia Gresik, sedangkan bahan baku metanol diperoleh dari P.T. Medco Methanol Bunyu, Kalimantan Timur.

7 7 2. Tenaga kerja mudah didapatkan Gresik merupakan kawasan industri yang sudah cukup mapan sehingga mudah untuk mendapatkan tenaga kerja. Untuk mendapatkan tenaga kerja ahli dapat didatangkan dari luar. 3. Kebutuhan air dapat terpenuhi Air baku pabrik diambil dari air sungai. 4. Sumber tenaga dan bahan bakar Kebutuhan listrik didapatkan dari PLN dan generator sebagai cadangan apabila listrik dari PLN mengalami gangguan, dimana bahan bakarnya diperoleh dari Pertamina. 5. Sarana Transportasi Tersedianya jalan raya dan pelabuhan memudahkan dalam distribusi produk baik untuk kebutuhan dalam negeri maupun untuk tujuan eksport. 6. Kondisi geografis Selama ini kondisi alam Gresik cukup stabil, aman dari bahaya tanah longsor dan banjir. Iklim di Gresik seperti halnya di Indonesia pada umumnya, kondisi iklim tidak begitu berpengaruh terhadap jalannya operasi pabrik. 7. Faktor-faktor lain Gresik merupakan kawasan industri yang sudah ditetapkan oleh pemerintah sehingga hal-hal yang sangat dibutuhkan dalam kelangsungan proses produksi suatu pabrik telah tersedia dengan baik seperti sarana

8 8 transportasi, energi, keamanan lingkungan, faktor sosial, serta perluasan pabrik Tinjauan Pustaka Tinjauan Proses Berdasarkan bahan baku yang digunakan proses pembuatan metil metakrilat dapat dibedakan menjadi tiga cara yaitu: Metil metakrilat dari Aseton Sianohidrin Metil metakrilat dari Isobutanol atau dari Isobutilen Metil metakrilat dari Etilen Metil metakrilat dari Asetone Sianohidrin. Pendekatan yang paling aman untuk sintesa metil metakrilat (MMA) adalah dengan hidrolisa metakrilamit sulfat, yang didapat dari aseton sianohidrin. Reaksinya: (CH 3 ) 2 C(OH)(CN) + H 2 SO 4 CH 2 =C(CH 3 )CONH 2 H 2 SO 4... (1.1) CH 2 =C(CH 3 )CONH 2 H 2 SO 4 + CH 3 OH CH 2 C(CH 3 )CO 2 CH + NH 4 HSO 4... (1.2) Aseton sianohidrin direaksikan dengan asam sulfat berlebih (1,4 1,8 mol asam sulfat per mol aseton sianohidrin) untuk menghasilkan metakrilamid sulfat. Asam sulfat bertindak sebagai reaktan, katalis dan

9 9 pelarut untuk reaksi. Reaksi ini berlangsung di dalam reaktor berpengaduk pada suhu º C dengan tekanan operasi 1,5 atm dan waktu tinggal dalam reaktor esterifikasi dengan penambahan metanol berlebih untuk mendapatkan MMA dan ammonium bisulfat dengan kondisi reaktor º C pada tekanan 2 atm. Selanjutnya aliran keluar reaktor dialirkan melalui kolom distilasi guna memisahkan kandungan asam dari metil metakrilat (MMA). MMA yang mentah dimurnikan di kolom distilasi agar didapatkan produk yang lebih murni Metil Metakrilat dari Isobutanol atau Isobutilen. Tahap pertama dari reaksi ini adalah mengoksidasi Isobutanol menjadi metakrolein. Sedang tahap kedua adalah mengoksidasi metakrolein menjadi MMA. Kedua reaksi ini berlangsung dengan bantuan katalis. Katalis yang umum dipakai pada tahap pertama adalah oksida logam multi komponen yang mengandung bismut, molybdenum dan sejumlah logam lain untuk meningkatkan aktivitas dan selektivitas. Sedang katalis tahap kedua adalah katalis yang dasarnya mengandung fosfolibdat, namun juga mengandung logam alkali untuk mengontrol keasaman. Masing-masing reaksi ini berlangsung dalam reaktor yang berbeda. Reaksinya: (CH 3 ) 2 CHCH 2 OH + O 2 CH 2 C(CH 3 )CCHO + 2H 2 O... (1.3) CH 2 C(CH 3 )CCHO + ½ O 2 CH 2 C(CH 3 )CO 2 CH 3... (1.4)

10 10 Reakor oksidasi pertama beroperasi pada suhu ºC, dengan tekanan operasi 1-2 atm. Sedang reaktor oksidasi tahap kedua beroperasi pada suhu ºC, dengan tekanan operasi pada 1-10 atm. Waktu tinggal bahan adalah 0,2-30 detik. Selanjutnya aliran keluar reaktor kedua dialirkan melalui scrubber untuk mendapatkan crude MMA. Keluaran scrubber yang berupa gas dilewatkan ke dalam absorber untuk menyerap methacrolein yang tidak bereaksi. Sebagai penyerap biasanya digunakan larutan asam-asam karboksilat. Off gas absorber dikirim ke unit pembakaran sebelum dibuang ke udara. Sedang methacrolein yang terserap dialirkan ke stipper, dimana methacrolein akan dikembalikan ke reaktor kedua dan penyerap dikembalikan ke absorber. MMA mentah yang diperoleh dikirim ke menara distilasi untuk mendapatkan MMA dengan kemurnian yang tinggi Metil Metakrilat dari Etilen. Cara lain untuk mendapatkan MMA adalah dengan cara kondensasi dengan asam propinat untuk mendapatkan MMA dan kondensasi formaldehid dengan propanol untuk mendapatkan metakrolein. Pertama dihidroformilasi untuk mendapatkan propanol, yang selanjutnya dikondensasi dengan formaldehid untuk menghasilkan metakrolein. Reaksi ini berlangsung pada suhu 450ºC dan pada tekanan operasi 6 atm. Reaksi ini akan memberikan konversi sebesar 68% dengan menggunakan katalis berupa logam multi komponen.

11 11 Reaksinya: C 2 H 4 + CO + CH 2 O + CH 3 OH CH 2 C(CH 3 )CO 2 CH + H 2 O... (1.5) Pemilihan Proses: Tabel 1.2. Pemilihan Proses Bahan baku Aseton Sianohidrin Bahan baku Isobutolen/ Isobutanol Bahan baku Etilen Alat Proses Lebih sederhana Lebih rumit Lebih rumit Operasi 1. Hidrolisa Oksidasi 2 tahap Kondensasi 2. Esterifikasi Suhu operasi ºC ºC ºC ºC ºC-475ºC Tekanan operasi 1. 1,5 atm atm 6 atm 2. 2 atm atm Konversi > 90% 30% 68% Berdasarkan ciri masing-masing proses tersebut, maka pembuatan metil metakrilat ini menggunakan proses dengan bahan baku aseton sianohidrin, dengan pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut: 1. Proses ini menghasilkan yield yang paling tinggi, yaitu > 90%. 2. Kondisi operasi yang mudah dicapai sehingga tidak memerlukan perlakuan awal yang rumit dan tidak memerlukan energi yang besar.

12 12 3. Katalis yang digunakan juga sebagai reaktan dan pelarut sehingga tidak memerlukan perlakuan khusus seperti pada proses yang lain Kegunaan Produk Secara komersial metil metakrilat banyak digunakan sebagai bahan baku polimer yang dapat diproduksi menjadi plastik yang kuat, transparan dan mempunyai kestabilan yang tinggi. Dengan banyaknya gugus ester dalam ikatan polimer menyebabkan polimer memiliki batasan sifat fisis yang cukup luas sehingga dapat dibentuk menjadi bermacam-macam jenis produk. Karakteristik khusus dari polimer ini mempunyai kejernihan yang sangat baik dan tahan terhadap bermacan-macam reagen. Dengan sifatsifat yang dimilikinya tersebut maka tidak dibutuhkan zat-zat aditif dalam pembuatan plastik. Tabel 1.3. Industri Pemakai Metil Metakrilat No Jenis Industri Produk 1. Cast Sheet Reinforced Thermoplastic 2. Surface Coating Surface Coating 3. Molding Resins Chemicals for electronic component Reinforced Thermoplastic 4. Oil Additives Automotive after market. Lubricating oil additive and synthetic lubricant. Gasoline additive.

13 Sifat Fisika dan Sifat Kimia Bahan Baku A. Aseton Sianohdrin A.1. Sifat Fisis Rumus molekul : (CH 3 ) 2 C(OH)(CN) Bentuk fisik Warna Berat molekul : cair : tidak berwarna : 85 g/mol Titik Didih : 105 ºC Titik lebur : -19 ºC A.2. Sifat Kimia 1. Bereaksi dengan asam sulfat membentuk metakrilamid sulfat (CH 3 ) 2 COHCN + H 2 SO 4 CH 3 CHCONH 2 H 2 SO 4... (1.6) 2. Bereaksi dengan hydrazine Aseton sianohdrin akan bereaksi dengan hydrazine membentuk hydrazine A yang kemudian dengan oksidasi menggunakan air dan klorin akan menghasilkan 2,2 azobisisobutyronitrile (AIBN) (CH 3 ) 2 COHCN + H 2 NNH 2 (CH3) 2 C(CN)(NH) 2 (CH 3 ) 2 C(CN)..... (1.7) (CH3) 2 C(CN)(NH) 2 (CH 3 ) 2 C(CN) CH 3 ) 2 C(CN)NN(CH 3 ) 2 C(CN).... (1.8)

14 14 B. Asam Sulfat B.1. Sifat Fisis Rumus molekul : H 2 SO 4 Bentuk fisik Warna Berat molekul Titik Didih Titik lebur Temperatur kritis Tekanan kritis : cair : tidak berwarna : 98 g/mol : C : 10,49 0 C : 651 o C : 48,4 atm B.2. Sifat Kimia 1. Merupakan asam kuat 2. Bersifat higraskopis 3. Asam sulfat murni sangat kecil sekali terionkan 1. 2H 2 SO 4 H 3 SO4 + + HSO H 2 SO 4 H 3 O + + HS 2 O (1.9)... (1.10) Kecilnya asam sulfat yang terionkan inilah yang menyebabkan konduktivitas termal asam sulfat mempunyai harga terendah pada kemurnian 100%. Jika asam sulfat murni dilarutkan dalam air, dissosiasi terjadi sangat cepat. H 2 SO 4 + H 2 O H 3 O + + HSO (1.11)

15 15 Dengan terjadinya dissosiasi ini maka konduktivitasnya akan naik sangat cepat, dan pada kandungan air yang tinggi dissosiasi kedua akan terjadi H 2 SO H 2 O H 3 O + + HSO (1.12) C. Metanol C.1. Sifat Fisis Rumus molekul Bentuk fisik Warna Berat molekul Titik Didih Titik lebur Temperatur kritis Tekanan kritis : CH 3 OH : cair : tidak berwarna : 32 g/mol : 57,1 o C : -98,7 o C : 512,6 K : 81 atm C.2. Sifat Kimia Metanol merupakan alkohol alifatik dengan rumus molekul CH 3 OH yang reaktivitasnya ditentukan oleh gugus hidroksinya. Reaksi dengan methanol terjadi melalui pecahnya gugus C-O dan ikatan H. Reaksi yang penting dalam industri :

16 16 1. Dengan logam Na membentuk sodium metilat dan gas H 2 CH 3 OH + Na CH 3 ONa + H 2... (1.13) (Considine, 1970) 2. Dengan asam acrylate membentuk methyl acrylate CH 3 OH + CH 2 =CHOOH CH 2 =CHCOOCH 3 + H 2 O... (1.13) (Ulman s, 1989) 3. Dengan asam sulfat membentuk dimetil sulfat CH 3 OH + H 2 SO 4 (CH 3 ) 2 SO 4 + 2H 2 O... (1.14) (Considine, 1970) 4. Dehidrogenasi methanol akan menghasilkan formaldehyde CH 3 OH CH 2 O + H 2... (1.15) Produk A. Metil Metakrilat A.1. Sifat Fisis Rumus molekul : CH 2 C(CH 3 )CO 2 CH 3 Bentuk fisik Warna Berat molekul Titik Didih Titik lebur Temperatur kritis : cair : tidak berwarna : 100,12 g/mol : 101 o C : -48 o C : 552 o C

17 17 Tekanan kritis : 37,5 atm A.2. Sifat Kimia 1. Reaksi adisi pada ikatan rangkap karbon Penambahan hidrogen sianida, hidrogen halida, hidrogen sulfida, mercaptan, alkil amina, alkohol, penol atau pospine akan mengasilkan β yang tersubstitusi menjadi α -metil propinat. H ZH + CH 2 =C-CCOOR Z-CH 2 -C-COOR. (1.16) CH 3 2. Reaksi Dies-Alder Reaksi Dies-Alder terjadi dengan diena, seperti butadiene dan siklopentadiena Hasil Samping A. Ammonium Bisulfate A.1. Sifat Fisis Rumus molekul : NH 4 HSO 4 Bentuk fisik Warna Berat molekul Titik Didih Titik lebur : cair : tidak berwarna : 115 g/mol : 490 o C : 146,9 o C

18 18 A.2. Sifat Kimia 1. Reaksi Oksidasi Ammonium bisulfat dapat dioksidasi membentuk Asam Sulfat, Nitrogen dan Air. NH 4 HSO / 4 O 2 1 / 2 N / 4 H 2 + H 2 SO 4... (1.17)