PRARANCANGAN PABRIK GLISEROL DARI EPICHLOROHYDRIN, AIR DAN NATRIUM HIDROKSIDA DENGAN KAPASITAS TON/TAHUN

Transkripsi

1 PRARANCANGAN PABRIK GLISEROL DARI EPICHLOROHYDRIN, AIR DAN NATRIUM HIDROKSIDA DENGAN KAPASITAS TON/TAHUN Disusun Oleh : 1. Dewi Khoirunnisak ( I ) 2. Fitri Febianti ( I ) PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

2 BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik Indonesia merupakan negara yang sedang berkembang. Perkembangan Industri di Indonesia akan semakin meningkat sejalan dengan pembangunan di Indonesia. Pada industri kimia, gliserol merupakan salah satu bahan yang penting. Gliserol digunakan hampir di semua industri, yang paling besar digunakan untuk industri Alkyd resin. Gliserol adalah senyawa kimia yang memiliki rumus molekul C 3 H 5 (OH) 3. Senyawa ini larut dalam air dan alkohol, sedikit larut dalam dietil eter, etil asetat, dan dioxane, dan tidak larut dalam hidrokarbon. Gliserol sangat banyak dan beragam kegunaanya, antara lain dimanfaatkan dalam obat-obatan, kosmetik, pemrosesan tembakau, material pelapis, dan pembungkus, makanan. Gliserol dapat diproduksi dari gliserida dalam minyak atau lemak. Pada tahun 1779 gliserol dihasilkan dari gliserida dalam lemak atau minyak. Semenjak tahun 1949 gliserol sintetik telah diproduksi. Produksi gliserol sintetis semakin bertambah, hingga pada tahun 1965 terhitung sebesar 60% dari kebutuhan pasar dan pada tahun 1977 kurang dari 50% kebutuhan pasar (Kirk Othmer, 1999). Salah satu alternatif pembuatan gliserol sintetik adalah dari bahan epichlorohydrin. Epichlorohydrin merupakan senyawa turunan dari alyl chloride yang memiliki rumus molekul C 3 H 5 OCl. Senyawa ini berupa cairan tidak berwarna dengan bau yang menyengat, agak larut dalam air, tetapi larut dengan pelarut organik yang paling polar. Epichlorohydrin adalah senyawa yang sangat reaktif dan digunakan dalam produksi gliserol, plastik, lem epoxy dan resin, dan elastomer (en.wikipedia.org). Pada tahun 2010 kontribusi produksi gliserol dunia mencapai 1 juta ton. Peningkatan kontribusi tersebut disebabkan cepatnya laju peningkatan 1

3 produksi gliserol yang selama diperkirakan mencapai 3,1% per tahun. Pasar gliserol dunia pada tahun 2000 sebagian besar terpusat di beberapa negara importir utama, yaitu Amerika Serikat dengan pangsa pasar 14,6% dari total volume impor dunia, Jerman 12,2%, Inggris 9,5%, Belanda 7,8%, Meksiko 6,7%, Jepang 6,6%, Perancis 4,7%, Swedia 4,8%, Belgia 4,5%, dan Italia 3,8%. Kesepuluh negara tersebut menyerap 75,2% dari total volume impor gliserol dunia. Dilihat pangsa pasar yang cukup prospektif, maka negara-negara tersebut tersebut patut dijadikan prioritas sebagai negara tujuan ekspor gliserol Indonesia ( Kebutuhan gliserol yang cenderung terus meningkat dari tahun ke tahun membuka peluang pendirian pabrik gliserol dengan pertimbangan antara lain : 1. Sebagai pemasok bahan baku untuk industri-industri farmasi dalam negeri. 2. Mengurangi jumlah impor yang berarti menghemat devisa negara. 3. Dapat membuka lapangan kerja baru. 4. Memacu pertumbuhan industri lain yang memerlukan gliserol sebagai bahan baku. I.2. Kapasitas Rancangan Penentuan kapasitas rancangan yang menguntungkan menggunakan beberapa pertimbangan, yaitu: I.2.1. Kebutuhan Gliserol di Indonesia Kebutuhan gliserol di Indonesia dalam kurun waktu enam tahun terakhir dapat dilihat dari data kebutuhan gliserol pada Tabel I.1 2

4 Tabel I.1 Data Kebutuhan Gliserol di Indonesia No. Tahun Jumlah kebutuhan (Ton/tahun) (Badan Pusat Statistik,2009) Dari data tersebut dapat dihitung pertumbuhan rata-rata kebutuhan gliserol di Indonesia setiap tahunnya. Dari hasil perhitungan pertumbuhan rata-rata, diperkirakan jumlah kebutuhan gliserol ditahun 2020 sebesar ton Kapasitas Pabrik Gliserol di Indonesia Data pabrik gliserol yang telah didirikan di Indonesia sebagai berikut : Tabel I.2 Produksi Gliserol di Indonesia Tahun 2010 Kapasitas No. Nama Perusahaan Lokasi Produksi (ton/tahun) 1. PT. Sinar Oleochemical Int Medan PT. Flora Sawita Medan PT. Cisadane Raya Chemical Tangerang PT. Sumi Asih Bekasi PT. Sayap Mas Utama Bekasi PT. Bukit Perak Semarang PT. Wings Surya Semarang PT. Unilever Surabaya Total (Direktorat Jenderal Industri Argo dan Kimia,2009) 3

5 I.2.3 Ketersediaan Bahan Baku Bahan baku untuk produksi gliserol adalah epichlorohydrin dan natrium hidroksida. Epichlorohydrin diimpor dari Qingdao Lasheng Corporation Limited China, sedangkan natrium hidroksida diperoleh dari PT. Asahimas Chemical, Cilegon, Banten. Tabel I.3 Sumber Bahan Baku Utama No. Bahan Baku Produsen Produksi (Ton/Tahun) Sumber Qingdao 1. Epichlorohydrin Lasheng 99,9 % massa Corporation Ltd, China 2. NaOH PT. Asahimas 98,2 % massa Chemical I.2.4 Kapasitas Pabrik Gliserol di Luar Negeri Penentuan kapasitas pabrik yang akan didirikan harus memerhatikan kapasitas pabrik sejenis dalam skala komersial yang sudah beroperasi. Daftar pabrik gliserol yang sudah beroperasi dapat dilihat pada Tabel I.4 Tabel I.4 Data Kapasitas Pabrik Gliserol di Dunia No. Nama Pabrik Lokasi Kapasitas (ton/tahun) 1. Procter & Gamble Ivorydale, Ohio ,27 2. Emery Oleochemicals Cincinnati, Ohio ,45 3. Vantage Oleochemicals Chicago, Illinois ,73 4. Cargill Iowa Falls, Iowa ,45 Kansas City, Missouri ,36 4

6 Tabel I.4 Data Kapasitas Pabrik Gliserol di Dunia (lanjutan) 5. BMC Brogenix Memphis, Tennessee ,36 6. WF Montgomery, Illinois ,36 Twin Rivers Quincy, ,27 Technologies Massachusettes 8. Evonik Mapleton, Illinois 9.090,91 (Icis Chemical Business Americas, 2012) Dilihat dari Tabel I.3 & I.4 di atas, kapasitas minimum pabrik gliserol yang pernah dibangun adalah Evonik, Mapleton, Illinois dengan kapasitas sebesar 9.090,91 ton/tahun sedangkan kapasitas terbesar pabrik gliserol adalah Procter & Gamble sebesar ,27 ton/tahun. Berdasarkan pertimbangan di atas maka direncanakan pabrik gliserol yang akan mulai berproduksi pada tahun 2020 dengan kapasitas ton/tahun. Kapasitas tersebut dengan pertimbangan: 1. Dari data kebutuhan gliserol di Indonesia dan data ekspor gliserol dari Indonesia diperkirakan pada tahun 2020 kebutuhan gliserol di Indonesia sebesar ton. Dengan kapasitas pabrik yang sudah bediri yaitu sebesar ton/tahun maka pendirian pabrik baru dengan kapasitas ton/tahun dapat memenuhi sisa kebutuhan gliserol Indonesia pada tahun 2020 sebesar ton. Sedangkan sisanya diekspor ke Negara Malaysia sebesar ton dan Negara Australia sebesar ton. 2. Pertimbangan ketersediaan bahan baku. Bahan baku dari PT. Asahimas dan Qingdao Lasheng Coorporation Ltd dapat memenuhi kebutuhan bahan baku pabrik gliserol yang akan didirikan dengan kapasitas ton/tahun. I.3 Pemilihan Lokasi Pabrik Letak geografis suatu pabrik mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap keberhasilan perusahaan. Beberapa faktor dapat menjadi acuan dalam menentukan lokasi pabrik antara lain, penyediaan bahan baku, pemasaran produk,transportasi dan tenaga kerja. Berdasarkan tinjauan tersebut maka lokasi 5

7 pabrik gliserol ini dipilih di kabupaten Ciwandan, Cilegon, Banten dengan pertimbangan sebagai berikut : a. Penyediaaan bahan baku Bahan baku memegang peranan paling penting dalam proses produksi. Dalam hal ini bahan baku yang digunakan adalah natrium hidroksida yang berada di Cilegon. Bahan baku epichlorohydrin diimpor dari luar negeri seperti Cina. Pengangkutan bahan baku dapat dilakukan baik lewat darat maupun laut. b. Letak pabrik terhadap daerah pemasaran Pemilihan lokasi pabrik mendekati pasar bertujuan supaya pengiriman cepat sampai ke konsumen dan dapat menghemat biaya distribusi. Jawa merupakan daerah pemasaran yang menguntungkan, sebab di Jawa banyak terdapat industri farmasi. c. Transportasi Kawasan industri Cilegon dekat dengan pelabuhan laut Merak, telah ada sarana transportasi jalan raya, sehingga mempermudah sistem pengiriman bahan baku dan produk. d. Tenaga kerja Kawasan industri Cilegon terletak didaerah Jawa Barat dan Jabotabek yang syarat dengan lembaga pendidikan formal maupun nonformal dimana banyak dihasilkan tenaga kerja ahli maupun nonahli, sehingga tenaga kerja mudah didapatkan. e. Utilitas Utilitas yang diperlukan seperti air, bahan baku dan tenaga listrik dapat dipenuhi karena lokasi terletak di kawasan industri. Penyediaan air, kebutuhan air proses, air minum dan sanitasi, air pendingin dan air pemadam kebakaran diperoleh dari PT. Krakatau Tirta Industri. Penyediaan tenaga listrik, diperoleh dari PLN setempat dan generator sebagai cadangan. 6

8 Gambar I.1 Lokasi Pabrik Gliserol I.4 Tinjauan Pustaka I.4.1. Macam-macam Proses Gliserol dapat dibuat dengan beberapa proses sebagai berikut : 1. Gliserol sebagai hasil samping pembuatan sabun Hidrolisis atau saponifikasi lemak (komponen utama lemak dan minyak) diuraikan menjadi asam lemak bebas dan gliserol melalui proses hidrolisis. Proses yang dapat dilakukan diantaranya : hidrolisis dengan air pada tekanan biasa dengan bantuan katalis (Twitchell Process), suhudan tekanan tinggi dengan atau tanpa katalis (Autoclave Process), dan counter current hydrolysis secara kontinyu pada suhu dan tekanan tinggi dengan atau tanpa katalis (Ittner Process). Metode saponifikasi umumnya menggunakan sodium hidroksida sebagai basa dan dioperasikan secara batch atau kontinyu menghasilkan sabun dan gliserol. Proses ini menghasilkan 75% yield. Dahulu proses batch lebih umum digunakan, produk tersabunkan dipisahkan ke dalam sabun, dan sisa larutan yang 7

9 disebut spent soap lyes ditreatment dengan memisahkan sodium klorida (Faith and Keyes, 1965). 2. Gliserol dari propilen melalui allil klorida Klorinasi kontinyu dari propilen pada suhu tinggi mencapai 400 o C dan tekanan 40 Psi (yang didapat dari proses petroleumcracking) menghasilkan allyl chloride yang kemudian direaksikan kembali dengan Hypochlorous acid menjadi Dichlorohydrin dan direaksikan kembali dengan susu kapur menghasilkan Epichlorohydrin yang bereaksi dengan gliserol melalui hidrolisa dengan larutan sodium hidroksida (Faith and Keyes, 1965). 3. Gliserol dari propilen melalui acrolein Propylene direaksisan menjadi acrolein dengan oksidasi katalitik fase uap. Acrolein dioksidasi menjadi glyceraldehyde dengan hydrogen peroxide (dari oksidasi isopropil alcohol) pada suhu C dan tekanan 2 atm, glyceraldehyde kemudian dihidrogenasi menjadi gliserol (Faith and Keyes, 1957). 4. Gliserol dari proses hidrolisis epichlorohydrin Reaksi epichlorohydrin dengan air menjadi Gliserol: O CH 2 OH CH 2 CH CH 2 Cl + H 2 O + NaOH CH OH + NaCl... (I-2) CH 2 OH Reaksi di atas merupakan reaksi hidrolisa yang berjalan pada suhu C dengan waktu tinggal 30 menit sehingga mencapai konversi 99% dengan produk gliserol (Faith and Keyes,1957) Kegunaan Produk 1. Kosmetik; digunakan sebagai body agent, emollient, humectant, lubricant, solven. Biasanya dipakai untuk skin cream dan lotion, sampo, hair conditioner, sabun, dan detergen. 2. Dental cream, digunakan sebagai humectant. 3. Peledak; digunakan untuk nitroglycerine sebagai bahan dasar peledak. 8

10 4. Industri makanan dan minuman; digunakan sebagai solvent emulsifier, conditioner, freeze preventer dan coating. Digunakan dalam industri minuman anggur dan minuman lainnya. 5. Industri kertas; digunakan sebagai humectant, plasticizer, softgening agent, dan lain-lain. 7. Industri farmasi; digunakan sebagai antibiotik, capsule, dan lain-lain. 8. Resin; digunakan untuk polyurethanes, epoxies, phtalic acid dan malic acid resin Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku Produk 1. Bahan baku a. Epichlohydrin Sifat fisis : Rumus Molekul : C 3 H 5 OCl Berat molekul : 92,53 gr/gmol Titik Didih : C Titik Leleh : C SG (20 o C) : 1,183 Cairan tidak berwarna ( Sifat Kimia Mudah menguap Cairan yang tidak stabil Dapat dicampur dengan pelarut organik Sedikit larut dengan air Epichlorohydrin direaksikan dengan Bisphenol A akan menghasilkan Epoxy Resin. (Sax, 1987) 9

11 Dapat terionisasi menjadi H + dan OH - (Sax, 2007) b. Natrium Hidroksida Sifat fisik : Berat molekul : 40 gr/mol Specific gravity : 2,13 Titik leleh : 12 0 C Titik didih : C Densitas : 1,5 gr/cm 20 0 C Kelarutan dalam air : 111 g/ C Viskositas : C Cairan tidak berwarna ( Sifat kimia : ph adalah 14 bersifat higroskopis Larut dalam air, alkohol dan gliserol Tidak larut dalam aseton dan eter ( c. Air Sifat fisik : Berat molekul : 18,02 gr/mol Titik didih : C pada tekanan 1 atm Titik beku : 0 0 C pada tekanan 1 atm Densitas : 1 gr/ml (Perry, 8 ed ) Sifat kimia : Merupakan cairan polar dengan konstanta dielektrik tinggi 10

12 2. Bahan Tambahan a. Asam klorida Sifat fisik : Rumus Molekul : HCl Fase : Cair Berat molekul : 36,461 gr/gmol Titik Didih : C Titik Beku : C Kelarutan dalam air dingin : 82,3 pada 0 o C Kelarutan dalam air panas : 56,1 pada 56,1 o C Sifat kimia : Tidak berwarna dan sedikit kekuningan Tidak ada flash point Asam klorida adalah asam yang sangat korosif Larut dalam air, alkohol dan benzene b. Chloroform Sifat fisik : (Perry, 8 ed ) (Sax,2007) Rumus Molekul : CHCl 3 Berat molekul : 119,5 gr/gmol Titik Didih : 61,2 0 C Titik Leleh : -63,5 0 C (Perry, 8 ed ) Sifat kimia : Tidak berwarna Tidak ada flash point Liquid volatile Larut dalam alkohol, eter, benzene dan petroleum eter. (Faith and Keyes, 1957) 11

13 3. Produk a. Gliserol Sifat fisik : Berat molekul : 92,09 g/mol Titik beku : 18 0 C Titik didih : C pada tekanan 101,3 kpa Densitas (20 0 C) : 1,261 g/cm 3 Viskositas : 1499 cp pada 20 0 C (100% gliserol) (Ullman, 2002) Sifat kimia : Larut dalam alkohol dan air (larutan encer yang netral) Tidak larut dalam eter, benzene, chloroform, dan minyak yang mudah menguap Mudah terbakar, tidak berbau dan tidak berwarna (Sax, 2007) b. Natrium klorida Sifat fisik : Rumus Molekul : NaCl Berat molekul : 58,44 gr/gmol Titik Didih : C Titik Beku : 800,4 0 C SG : 2,163 Kelarutan dalam air dingin : 35,7 pada 0 o C Kelarutan dalam air panas : 39,8 pada 100 o C (Perry, 8 ed ) Sifat kimia : Tidak berwarna, kristal transparan atau putih Larut dalam air dan gliserol, sedikit larut dalam alkohol 12

14 Tidak dapat terbakar (Sax, 2007) Tinjauan Proses Secara Umum Reaksi pembuatan Gliserol dari epichlorohydrin, NaOH dan air merupakan reaksi hidrolisa dalam fase cair dengan suasana basa. O CH 2 CH CH 2 Cl + H 2 O + NaOH C CH 2 OH CH OH + NaCl...(I-3) CH 2 OH Epichlorohydrin + air + natriun hidroksida glycerol + natriium klorida Pembuatan gliserol dari epichlorohydrin, NaOH dan air menghasilkan produk samping yaitu NaCl. Reaksi pembentukan gliserol ini merupakan reaksi hidrolisa yang bersifat eksotermis. Hidrolisa didefinisikan sebagai suatu proses dimana air bereaksi dengan bahan lain untuk membentuk dua atau lebih bahan baku. Reaksi hidrolisa melibatkan ionisasi dari molekul air sebagaimana pemisahan dari komponen yang terhidrolisa. Epichlorohydrin, NaOH dan air dengan perbandingan tertentu direaksikan dalam reaktor alir tangki berpengaduk yang dilengkapi dengan koil pendingin pada kondisi operasi tekanan 4,5 bar dan temperatur 150 o C. Konversi dalam reaksi tersebut sebesar 99%. Produk keluar reaktor kemudian dinetralkan dengan asam klorida sehingga membentuk garam NaCl. Kemudian kandungan air diuapkan sehingga didapatkan kristal NaCl menggunakan evaporator. Selanjutnya kristal NaCl dipisahkan dari filtrat menggunakan centrifuge. Proses evaporasi dan sentrifugasi dilakukan dua kali agar garam NaCl terpisah sempurna dari filtrat yang terdiri dari gliserol dan epichlorohydrin. Filtrat yang terbentuk kemudian ditambahkan solvent kloroform untuk memisahkan gliserol dengan epichlorohydrin sehingga diperoleh gliserol dengan kemurnian 100% menggunakan mixer dan dekanter. Sedangkan sisa epichlorohydrin dan 13

15 solvent ditambahkan air kemudian dipisahkan menggunakan dekanter untuk dapat dipakai kembali sebagai reaktan dan solvent. 14