PRARANCANGAN PABRIK SABUN PADAT DARI REFINED BLEACHED AND DEODORIZED PALM STEARIN (RBDPS) DAN SODIUM HIDROKSIDA (NaOH) KAPASITAS 60.

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK SABUN PADAT DARI REFINED BLEACHED AND DEODORIZED PALM STEARIN (RBDPS) DAN SODIUM HIDROKSIDA (NaOH) KAPASITAS TON/TAHUN Disusun Oleh: Dimas Prasthya Witana I Alfian Fathony I JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012 i

2 ii

3 KATA PENGANTAR Segala puji syukur kehadirat Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridho- Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul dari Refined Bleached and Deodorized Palm Stearin (RBDPS) dan Sodium Hidroksid Dalam penyusunan tugas akhir penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa, materi dan semangat yang senantiasa diberikan tanpa kenal lelah. 2. Ibu Dwi Ardiana, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing I dan Ibu Ir. Endang Mastuti selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir. 3. Bapak Dr. Margono dan Bapak Ir. Paryanto, M.S. selaku dosen penguji atas saran dan masukannya terhadap laporan ini. 4. Teman-teman mahasiswa teknik kimia FT UNS angkatan 2007, kakakkakak alumni dan adik-adik tingkat atas bantuan saran dan share ilmunya. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum sempurna. Oleh karena itu, penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian. Surakarta, 26 Januari 2012 Penulis iii

4 DAFTAR ISI Halaman Judul... Lembar Pengesahan... i ii Kata Pengantar... iii Daftar Isi... iv Daftar Tabel... x Daftar Gambar... xii Intisari... xiii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik Kapasitas Perancangan Kebutuhan Sabun Mandi Kapasitas Pabrik yang Telah Berproduksi Ketersediaan Bahan Baku Pemilihan Lokasi Pabrik Tinjauan Pustaka Macam-macam Proses Kegunaan Produk Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk Bahan Baku Produk Bahan Pembantu Tinjauan Proses Secara Umum iv

5 BAB II DESKRIPSI PROSES 2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk Spesifikasi Bahan Baku Spesifikasi Produk Spesifikasi Bahan Pembantu Konsep Proses Dasar Reaksi Kondisi Reaksi Mekanisme Reaksi Tinjauan Termodinamika Tinjauan Kinetika Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses Diagram Alir Proses Tahapan Proses Neraca Massa dan Neraca Panas Neraca Massa Neraca Panas Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses Lay Out Pabrik Lay Out Peralatan Proses v

6 BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES 3.1 Mixer Mixer Mixer Mixer Melter Melter Reaktor Dekanter Spray Dryer Bar Soap Finishing Machine Gudang Gudang Gudang Hopper Hopper Hopper Hopper Hopper Silo Silo Tangki Belt Conveyor Belt Conveyor Belt Conveyor vi

7 3.25 Belt Conveyor Belt Conveyor Blower Siklon Heat Exchanger Pompa Pompa Pompa Pompa Pompa Pompa Pompa Pompa Pompa BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM 4.1 Unit Pendukung Proses Unit Pengadaan Air Air Proses Air Umpan Boiler Air Konsumsi Umum dan Sanitasi Unit Pengadaan Steam Unit Pengadaan Udara Tekan Unit Pengadaan Listrik Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas vii

8 Listrik untuk Penerangan Listrik untuk AC Listrik untuk Laboratorium dan Instrumentasi Unit Pengadaan Bahan Bakar Laboratorium Laboratorium Fisik Laboratorium Analitik Laboratorium Penelitian dan Pengembangan Unit Pengolahan Limbah Keselamatan dan Kesehatan Kerja Jenis-jenis Alat Pelindung Diri BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN 5.1 Bentuk Perusahaan Struktur Organisasi Tugas dan Wewenang Pemegang Saham Dewan Komisaris Dewan Direksi Staf Ahli Penelitian dan Pengembangan (Litbang) Kepala Bagian Pembagian Jam Kerja Karyawan Karyawan Non Shift Karyawan Shift Status Karyawan dan Sistem Upah viii

9 5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji Kesejahteraan Sosial Karyawan Manajemen Perusahaan Perencanaan Produksi Pengendalian Produksi BAB VI ANALISIS EKONOMI 6.1 Penaksiran Harga Peralatan Dasar Perhitungan Penentuan Total Capital Investment (TCI) Hasil Perhitungan Fixed Capital Investment (FCI) Working Capital Investment (FCI) Total Capital Investment (FCI) Direct Manufacturing Cost (DMC) Indirect Manufacturing Cost (IMC) Fixed Manufacturing Cost (FMC) Total Manufacturing Cost (TMC) General Expense (GE) Total Production Cost (TPC) Analisa Kelayakan Daftar Pustaka... xiv Lampiran ix

10 DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Data Kebutuhan Sabun Indonesia Berdasarkan Ekspor dan Impor. 4 Tabel 1.2 Beberapa Produsen Sabun Mandi Dunia... 5 Tabel 2.1 F dan G F Masing-masing Komponen Tabel 2.2 Neraca Massa pada Mixer Tabel 2.3 Neraca Massa pada Melter Tabel 2.4 Neraca Massa pada Reaktor Tabel 2.5 Neraca Massa pada Mixer Tabel 2.6 Neraca Massa pada Dekanter Tabel 2.7 Neraca Massa pada Mixer Tabel 2.8 Neraca Massa pada Mixer Tabel 2.9 Neraca Massa pada Spray Dryer Tabel 2.10 Neraca Massa Total Tabel 2.11 Neraca Panas pada Mixer Tabel 2.12 Neraca Panas pada Melter Tabel 2.13 Neraca Panas pada Reaktor Tabel 2.14 Neraca Panas pada Mixer Tabel 2.15 Neraca Panas pada Mixer Tabel 2.16 Neraca Panas pada Dekanter Tabel 2.17 Neraca Panas pada Mixer Tabel 2.18 Neraca Panas pada Spray Dryer Tabel 2.19 Neraca Panas Total x

11 Tabel 4.1 Kebutuhan Air Proses Tabel 4.2 Kebutuhan Air Umpan Boiler Tabel 4.3 Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi Tabel 4.4 Kebutuhan Total Air Sungai Tabel 4.5 Kebutuhan Steam Tabel 4.6 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses Tabel 4.7 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Utilitas Tabel 4.8 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan Tabel 4.9 Kebutuhan Listrik Pabrik Tabel 4.10 Kebutuhan Bahan Bakar Solar Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift Tabel 5.2 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji Tabel 6.1 Indeks Harga Alat Tabel 6.2 Fixed Capital Invesment Tabel 6.3 Working Capital Invesment Tabel 6.4 Direct Manufacturing Cost Tabel 6.5 Indirect Manufacturing Cost Tabel 6.6 Fixed Manufacturing Cost Tabel 6.7 General Expense Tabel 6.8 Analisis Kelayakan xi

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Diagram proses CPO menjadi ROL dan RBDPS... 2 Gambar 1.2 Grafik Kebutuhan Ekspor Sabun Mandi Indonesia... 4 Gambar 1.3 Peta Lokasi Pabrik... 9 Gambar 1.4 Diagram Alir Blok Saponifikasi Trigliserida Gambar 2.1 Diagram Alir Proses Gambar 2.2 Diagram Alir Kualitatif Gambar 2.3 Diagram Alir Kuantitatif Gambar 2.4 Layout Pabrik Gambar 2.5 Layout Peralatan Proses Gambar 4.1 Skema Pengolahan Air dari PT Petrokimia Gresik Gambar 4.2 Skema Analisa Laboratorium Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Sabun Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index Gambar 6.2 Grafik Analisis Kelayakan xii

13 INTISARI Dimas Prasthya Witana dan Alfian Fathony, 2012, Prarancangan Pabrik Sabun Padat dari RBDPS dan NaOH Kapasitas Ton/Tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta Sabun mandi merupakan salah satu kebutuhan manusia saat ini. Kegunaan sabun mandi adalah membersihkan kulit dari kotoran dan mencegah penyakit. Sabun mandi menjadi produk kimia yang sangat penting di dunia maupun di Indonesia, hal ini tentu sangat menguntungkan bagi negara-negara yang memiliki sumber daya alam untuk bahan baku sabun seperti Indonesia. Untuk memenuhi kebutuhan ekspor, maka dirancang pabrik sabun dengan kapasitas ton/tahun dengan bahan baku RBDPS dan NaOH. Dengan memperhatikan beberapa faktor, seperti aspek penyediaan bahan baku, transportasi, tenaga kerja, pemasaran, serta utilitas, maka lokasi pabrik yang cukup strategis adalah di Kawasan Industri Gresik, Jawa Timur. Peralatan proses yang ada antara lain mixer, melter, reaktor, dekanter, spray dryer, heat exchanger, valve, dan pompa. Sabun dihasilkan dari reaksi saponifikasi antara trigliserida (RBDPS) dan NaOH dalam reaktor alir tnagki berpengaduk pada kondisi isotermal non adiabatik pada suhu 90 ºC dan tekanan 1 atm dengan konversi sabun yang diperoleh sebesar 99,5%. Konversi hasil samping berupa gliserol yang dijual ke pabrik pengolah gliserol. Untuk menjaga reaksi isotermal, diperlukan media pemanas steam. Untuk memurnikan sabun digunakan dekanter, dan untuk mendapat sabun sesuai spesifikasi yang diinginkan ditambahkan zat aditif pada mixer. Utilitas terdiri dari unit penyediaan air untuk kebutuhan proses maupun keperluan umum, penyediaan steam, tenaga listrik, penyediaan udara tekan, penyediaan bahan bakar, dan unit pengolahan limbah. Terdapat tiga laboratorium, yaitu laboratorium fisik, laboratorium analitik, dan laboratorium penelitian dan pengembangan, untuk menjaga kualitas bahan baku dan produk. Perusahaan berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift. Hasil analisis ekonomi terhadap prarancangan pabrik sabun diperoleh modal tetap sebesar Rp dan modal kerjanya sebesar Rp Biaya produksi total per tahun sebesar Rp Hasil analisis kelayakan menunjukkan ROI sebelum pajak 97,01% dan setelah pajak 72,76%, POT sebelum pajak 0,93 tahun dan setelah pajak 1,21 tahun, BEP 52,66%, SDP 46,96% dan DCF sebesar 29,52%. Berdasarkan analisis ekonomi dapat disimpulkan bahwa pendirian pabrik sabun dengan kapasitas ton/tahun layak dipertimbangkan untuk direalisasikan pembangunannya. xiii

14 14 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik Indonesia sebagai negara berkembang, salah satu usaha jangka panjang yang dilakukan demi menciptakan struktur ekonomi yang lebih kokoh dan seimbang, yaitu dengan menitik-beratkan pada kemajuan bidang industri, terutama industri kimia. Dunia industri dituntut untuk dapat lebih meningkatkan teknologinya, baik dengan penemuan-penemuan baru maupun pengembangan teknologi yang sudah ada dan didukung oleh sektor-sektor lain yang tangguh. Dengan sumber daya alam yang melimpah, mendukung era industrialisasi untuk produksi berbagai kebutuhan hidup yang diperlukan masyarakat Indonesia. Sabun mandi merupakan salah satu kebutuhan manusia saat ini. Kegunaan sabun mandi adalah membersihkan kulit dari kotoran dan mencegah penyakit. Sabun mandi menjadi produk kimia yang sangat penting di dunia maupun di Indonesia, hal ini tentu sangat menguntungkan bagi negara-negara yang memiliki sumber daya alam untuk bahan baku sabun seperti Indonesia. Salah satu cara pembuatan sabun mandi adalah proses saponifikasi minyak kelapa sawit dengan NaOH. Indonesia merupakan salah satu negara penghasil minyak sawit terbesar di dunia, yang merupakan bahan baku utama pembuatan sabun, sehingga pendirian pabrik pembuat sabun di Indonesia mempunyai prospek yang sangat menguntungkan. 1

15 2 Minyak sawit dapat dipergunakan dalam industri melalui proses refinery dan proses Fraksinasi. Proses refinery adalah proses pemurnian minyak nabati secara fisika untuk menghilangkan pengotor yang larut dan yang tidak larut dalam minyak nabati dengan tahapan proses pre-heating, degumming, bleaching dan deodorizing menghasilkan produk RBDPO (Refined Bleached and Deodorized Palm Oil). Proses fraksinasi adalah metode fisik dengan menggunakan sifat kristalisasi dari trigliserida untuk pemisahan campuran menjadi leleh rendah fraksi cair dan lebur tinggi fraksi cair. Dua komponen yang dihasilkan dari fraksinasi minyak kelapa sawit adalah minyak goreng atau ROL (olein/minyak cair) dan stearin sawit atau RBDPS (Refined Bleached and Deodorized Palm Stearin). RBDPS akan digunakan sebagai bahan baku dalam pra-rancangan pabrik pembuatan sabun mandi ini. Bahan ini sudah murni, sehingga tidak perlu melakukan proses pemurnian. Diagram proses refinery CPO dapat dilihat pada gambar 1.1 berikut. (Laporan Pegawai Trainee PT.Wilmar, 2009) Gambar 1.1 Diagram proses CPO menjadi ROL dan RBDPS

16 3 Keterangan: CPO RBDPO ROL RBDPS : Crude Palm Oil : Refined Bleached and Deodorized Palm Oil : Refined Olein : Refined Bleached and Deodorized Palm Stearin Kebutuhan sabun terus meningkat dari tahun ke tahun seiring dengan laju pertumbuhan penduduk dunia. Maka perlu bagi pemerintah maupun swasta agar mendirikan atau menambah kapasitas pabrik sabun mandi sehingga dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri dan kebutuhan ekspor. 1.2 Kapasitas Perancangan Pabrik Dalam penentuan kapasitas pabrik yang menguntungkan, digunakan beberapa pertimbangan, yaitu proyeksi kebutuhan sabun mandi dalam dan luar negeri, kapasitas minimal dan maksimal pabrik sabun yang ada di dunia, serta ketersediaan bahan baku Kebutuhan Sabun Mandi Dari Tabel 1.1, terlihat bahwa ekspor sabun mandi Indonesia semakin meningkat tiap tahunnya, hal ini menunjukkan kebutuhan sabun nasional telah terpenuhi, sedangkan permintaan luar negeri semakin meningkat.

17 4 Tabel 1.1 Data Kebutuhan Sabun Indonesia Berdasarkan Ekspor dan Impor Tahun Ekspor (ton) Impor (ton) (BPS, 2011) y = x Kebutuhan Ekspor (ton) Tahun Gambar 1.2 Grafik Kebutuhan Ekspor Sabun Mandi Indonesia Dari grafik pada Gambar 1.2, apabila pabrik ingin didirikan tahun 2014, pada saat itu kebutuhan ekspor diperkirakan sebesar ton.

18 Kapasitas Pabrik yang Telah Berproduksi Kapasitas pabrik yang akan didirikan sebaiknya diatas kapasitas minimum pabrik atau minimal sama dengan pabrik yang telah berjalan. Di dunia ini ada banyak pabrik sabun, jumlahnya mencapai ratusan pabrik. Beberapa produsen sabun dengan kapasitas maksimal dan minimal dapat dilihat pada Tabel 1.2. Tabel 1.2 Beberapa Produsen Sabun Mandi Dunia Nama Perusahaan Lokasi Kapasitas Misr Oil and Soap Co. PT Unilever Indonesia Sociedade Nacional de Saboes Lda Quimigal Alexandria Oil and Soap Co. Mansoura, Mesir Cikarang, Indonesia Lisbon, Portugal Lisbon, Portugal Kafr El-Sheikh, Mesir ton/tahun ton/tahun ton/tahun ton/tahun ton/tahun ( Ketersediaan Bahan Baku Bahan baku utama pembuatan sabun mandi padat adalah RBDPS dan NaOH. RBDPS dapat diperoleh dari PT Wilmar Nabati Indonesia dengan kapasitas ton/tahun. Sedangkan NaOH dapat diperoleh dari PT Aneka Kimia Inti yang berlokasi di Surabaya. Berdasarkan pertimbangan pemenuhan pasar persaingan ekspor sabun mandi yang terus meningkat, ketersediaan bahan baku, dan kapasitas maksimalminimal pabrik yang sudah berdiri. Ditetapkan rancangan kapasitas pabrik sabun mandi padat yang akan didirikan pada tahun 2014 sebesar ton/tahun, diperkirakan pada tahun 2014 kebutuhan ekspor sabun mandi mencapai ,8

19 6 ton, sedangkan pada tahun 2010 ekspor sebesar ton. Jadi kapasitas ton/tahun diharapkan dapat menutupi kekurangan tersebut. 1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik Lokasi suatu pabrik akan mempengaruhi kedudukan pabrik dalam persaingan dan penentuan kelangsungan produksi. Penentuan lokasi pabrik yang tepat dan ekonomis dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain: sumber bahan baku, pemasaran, penyediaan air dan energi, jenis transportasi, ketersediaan tenaga kerja, kondisi masyarakat, karakteristik lokasi, dan kebijakan pemerintah. Dengan mempertimbangkan hal tersebut di atas, maka lokasi pabrik direncanakan didirikan di daerah Kawasan Industri Gresik, Jawa Timur. Pertimbangan dipilihnya lokasi tersebut adalah sebagai berikut: 1. Sumber bahan baku Bahan baku utama sabun adalah RBDPS yang dapat diperoleh dari PT Wilmar Nabati Indonesia yang berada di Kabupaten Gresik, Jawa Timur dengan kapasitas produksi RBDPS PT Wilmar sebesar ton/tahun. Sedangkan NaOH dapat diperoleh dari PT Aneka Kimia Inti yang berlokasi di Surabaya. 2. Area pemasaran Prioritas utama pemasaran produk utama yaitu sabun mandi ini akan di ekspor ke luar negeri. Pemilihan lokasi yang dekat dengan pelabuhan yang berada di Gresik akan memudahkan pengiriman produk antar pulau dan antar negara.

20 7 Prioritas pemasaran produk samping dari pabrik ini yaitu gliserol adalah industri yang berada di daerah Jawa Timur, Jawa Tengah, Jakarta, Jawa Barat, dan Banten untuk industri yang menggunakan gliserol sebagai bahan baku maupun bahan penolong, seperti pada industri kosmetik dan rokok. Direncanakan ekspor sabun mandi ke negara Malaysia dan negaranegara afrika seperti Tanzania, Mozambik, dan Senegal yang membutuhkan banyak pasokan sabun dari Indonesia. 3. Penyediaan air dan energi Kebutuhan air untuk konsumsi, sanitasi pekerja, proses produksi serta air umpan boiler diperoleh dari sumber air sungai yang berasal dari PT Petrokimia Gresik. Sedangkan kebutuhan listrik pabrik sebagian dipenuhi oleh PLN, dan untuk jaminan kelancaran penyediaan tenaga listrik bagi kelangsungan produksi menggunakan generator. Kebutuhan bahan bakar yakni IDO (Industrial Diesel Oil) yang digunakan untuk generator diperoleh dari Pertamina. 4. Jenis dan sarana transportasi Gresik merupakan daerah yang sangat strategis dalam hal transportasi karena dekat dengan Surabaya yang merupakan pusat pemerintahan Provinsi Jawa Timur. Di samping itu juga berdekatan dengan pelabuhan laut dan bandar udara, serta sarana transportasi darat yang terhubung dengan baik ke berbagai daerah di Jawa Timur.

21 8 5. Kebutuhan tenaga kerja Kebutuhan tenaga kerja sangat mudah tercukupi karena di Indonesia, khusunya daerah Jawa Timur, memiliki tenaga kerja yang cukup banyak, baik tenaga ahli, menengah, maupun pekerja kasar. 6. Kebijaksanaan pemerintah Gresik dirancang sebagai kawasan industri provinsi Jawa Timur oleh Pemda Tk. 1 Jawa Timur. Oleh karena itu, pemerintah daerah tentu akan banyak memberikan kemudahan bagi industri baru yang akan didirikan di wilayahnya, terutama dalam hal pemberian izin pendirian dan pengoperasian pabrik baru. 7. Keadaan masyarakat Gresik merupakan kawasan industri, sehingga masyarakatnya telah terbiasa untuk menerima kehadiran suatu pabrik di daerahnya. Disamping itu masyarakat juga dapat mengambil keuntungan dari pendirian pabrik baru. 8. Karakteristik lokasi Di kawasan industri Gresik telah disediakan tanah yang relatif luas sehingga memungkinkan adanya perluasan pabrik di masa mendatang. Peta lokasi pabrik dapat ditunjukkan pada Gambar 1.3. berikut

22 9 Gambar 1.3 Peta Lokasi Pabrik 1.4 Tinjauan Pustaka Macam-macam Proses Pembuatan Sabun Ada beberapa macam proses pembuatan sabun, yaitu: A. Proses Saponifikasi Trigliserida Proses ini merupakan proses yang paling tua diantara proses-proses yang ada, karena bahan baku untuk proses ini sangat mudah diperoleh. Dahulu digunakan lemak hewan dan sekarang telah digunakan pula minyak nabati. Pada saat ini, telah digunakan proses saponifikasi trigliserida sistem kontinyu sebagai ganti proses saponifikasi trigliserida sistem batch. Reaksi yang terjadi pada proses ini adalah: CH 2 COOR 1 CHCOOR 2 CH 2 COOR 3 CH 2 - OH - OH CH 2 -OH Trigliserida Sabun Gliserol

23 10 Proses saponifikasi trigliserida ini adalah mereaksikan trigliserida dengan basa alkali (NaOH, KOH atau NH 4 OH) pada kondisi operasi suhu 90 o C dan tekanan 1 atm untuk membentuk sabun dengan produk samping yaitu gliserol. Proses saponifikasi trigliserida berhasil mengkonversi trigliserida menjadi sabun sebesar 99,5%. (Spitz, 2009) B. Proses Netralisasi Asam lemak Proses ini menggunakan dua langkah proses yang berbeda, pertama adalah proses hidrolisis dan yang kedua adalah proses netralisasi. Proses hidrolisis adalah proses pembentukan asam lemak dari minyak/lemak dengan bantuan air dengan produk samping yaitu gliserol. Proses hidrolisis Trigliserida menjadi asam lemak pada suhu 260 o C dan tekanan 5 bar dengan konversi mencapai 99%, berikut persamaan reaksi. (Kirk & Othmer, 2008) RCO-OCH 2 CH 2 - OH RCO-OCH + 3 H 2 O CH - OH RCO-OCH 2 CH 2 -OH Trigliserida Asam Lemak Gliserol Proses selanjutnya adalah proses netralisasi asam lemak menjadi sabun dengan produk samping yaitu air. Suhu reaksi pada proses ini berkisar antara o C dan tekanan operasi 1 atm. Dengan persamaan reaksi sebagai berikut. (Kirk & Othmer, 1998) RCOOH RCOONa + H 2 O Asam lemak Sabun Air

24 11 Sodium klorida juga ditambahkan dalam reaksi dan berguna mengurangi viskositas hasil reaksi sehingga memudahkan transportasi hasil reaksi melalui pompa. Reaksi netralisasi berlangsung dalam reaktor sirkulasi yang terdiri dari turbodizer dan mixer. Turbodizer berfungsi menghomogenkan campuran reaktan sehigga reaktan-reaktan tersebut mengawali pembentukan sabun. Sabun tersebut kemudian direaksikan sebagian pada tahap ini, kemudian dialirkan ke mixer dan disirkulasi kembali hingga reaksi netralisasi selesai. Kecepatan putaran pengadukan dalam turbodizer sebesar rps dan dalam mixer sebesar rps. (Spitz, 2009) C. Proses Saponifikasi Metil Ester Asam Lemak Metil ester asam lemak dihasilkan dari reaksi inter-esterifikasi trigliserida dan metanol dengan bantuan katalis tertentu dengan produk samping yaitu gliserol. Katalis yang digunakan pada proses metanolisis trigliserida adalah enzim lipase. (Kent & Riegel, 2007) Reaksinya adalah sebagai berikut: RCO - OCH 2 CH 2 -OH RCO - OCH + 3CH 3 3RCOOCH 3 + CH - RCO - OCH 2 CH 2 -OH Trigliserida Metil ester Gliserol Reaksi saponifikasi metil ester asam lemak dengan basa NaOH menghasilkan sabun dan metanol (Reaksi 2). Reaksi ini dilangsungkan dalam reaktor alir pipa pada suhu 120 o C tekanan 1 atm dengan konversi reaksi yang cukup tinggi. Reaksinya adalah sebagai berikut:

25 12 RCOOCH 3 RCOONa + CH 3 (2) Metil Ester Sabun Metanol Produk samping Proses Saponifikasi metil ester yaitu metanol dipisahkan dengan menggunakan flash drum, dan kemudian campuran sabun ini dimasukkan kembali ke reaktor alir tubular kedua untuk menyempurnakan reaksi penyabunan. Sabun yang dihasilkan kemudian dikeringkan dalam pengeringan vakum. (Ali, 2005) Proses ini hampir sama dengan Proses Netralisasi asam lemak (B), perbedaannya terletak pada produk samping yang dihasilkan, yaitu air pada Proses Netralisasi asam lemak (B) dan metanol pada Proses metil ester asam lemak (C). Proses yang dipilih dalam pra-rancangan ini adalah proses saponifikasi trigliserida dengan mempertimbangkan faktor-faktor berikut: 1. Suhu operasi dan tekanan relatif rendah sehingga lebih hemat dalam pemakaian energi dan desain peralatan lebih sederhana. 2. Proses lebih sederhana dibandingkan dua proses lainnya. Karena proses saponifikasi trigliserida hanya membutuhkan satu reaktor, sedangkan dua proses lainnya membutuhkan dua reaktor. 3. Konversi reaksi saponifikasi trigliserida menjadi sabun sebesar 99,5% sehingga secara ekonomis proses ini sangat layak didirikan dalam skala pabrik. 4. Proses Saponifikasi Trigliserida tidak menggunakan katalis seperti proses saponifikasi Metil ester yang menggunakan katalis yaitu enzim lipase.

26 Kegunaan Produk Kegunaan dari produk utama sabun adalah sebagai alat pembersih tubuh dari kotoran dengan cara mengemulsi kotoran-kotoran berupa minyak ataupun zat pengotor lainnya yang menempel pada permukaan kulit yang sukar larut oleh air. Produk samping yaitu gliserol digunakan sebagai bahan baku industri kosmetik, rokok, farmasi, dan untuk pembuatan nitrogliserin sebagai bahan dasar peledak, dan resin sintesis. (Kirk & Othmer, 1998) Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku da Produk Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku 1. Refined Bleached Deodorized Palm Stearin (RBDPS) a. Sifat fisika: Rumus kimia : [CH 3 (CH 2 ) 16 CO 2 ] 3 C 3 H 5 Berat molekul : 890 g/mol Specific gravity (25 o C) : 0,862 Titik leleh : 73,1 C Titik didih : 310 C Densitas : 0,862 g/cm3 Angka sabun : 188,8 Angka asam : 197,2 Iodine value : 55 Tegangan muka : 35,4 dyne/cm (20 o C) Berbentuk padatan

27 14 Berwarna putih kekuningan (Perry, 2008) b. Sifat kimia : Tidak larut dalam air, sedikit larut dalam alkohol dingin, sangat larut dalam alkohol panas, dan eter. Dengan alkohol membentuk ester asam lemak menurut reaksi esterifikasi biasa. Rantai alkil (R) bisa berupa rantai karbon jenuh atau tak jenuh. Ikatan karbon tak jenuh dapat dihidrogenasi membentuk ikatan jenuh. Ikatan karbon tak jenuh mudah teroksidasi oleh oksigen diudara. Bersifat asam dalam air, dengan air membentuk ion Bereaksi dengan basa membentuk garam. (Kirk & Othmer, 1998) 2. Sodium Hidroksida (NaOH) a. Sifat fisika: Berat molekul, gr/mol : 40 Spesific gravity : 2,13 Titik leleh pada 1 atm, C : 318,4 Titik didih pada 1 atm, C : 1390 Temperatur kritis, C : 2546 Tekanan kritis, atm : 249,9977 Volume kritis, m 3 /kmol : 0,2 (Perry, 2008)

28 15 b. Sifat kimia: Termasuk dalam golongan basa kuat, sangat larut dalam air Bereaksi dengan trigliserida membentuk sabun dan gliserol Bereaksi dengan CO 2 di udara membentuk Na 2 CO 3 dan air Bereaksi dengan asam membentuk garam Bereaksi dengan Al 2 O 3 membentuk AlO - 2 yang larut dalam air Bereaksi dengan halida (X) menghasilkan NaOX dan asam halida Bereaksi dengan ester membentuk garam dan senyawa alkohol (Kirk & Othmer, 1998) I Sifat Fisika dan Kimia Produk 1. Sabun Mandi Padat a. Sifat fisika: Rumus kimia : C 17 H 35 COONa Berat molekul, gram/gmol : 306 Specific gravity (25 o C) : 0,9 Titik didih : 352 C Titik beku Densitas : 53,5 C : 0,9124 g/cm3 (Spitz, 2009) b. Sifat kimia: Memiliki ph sekitar 10 Sabun dapat bereaksi dengan air buangan membentuk senyawa garamgaram kalsium dan magnesium yang langsung terendapkan.

29 16 Sabun memiliki dua bagian, bagian kepala (COONa) yang bersifat polar dan bagian ekor (R-CH 3 ) yang bersifat nonpolar. Bagian kepala bersifat hidrofil (suka air) dan bagian ekor bersifat hidrofob (takut air) dapat berinteraksi dengan kotoran yang selanjutnya didispersikan ke dalam air. (Spitz, 2009) 2. Gliserol a. Sifat fisika: Rumus kimia : C 3 H 5 (OH) 3 Berat molekul Titik didih Titik leleh Titik nyala Temperatur kritis Tekanan kritis : 92,09 g/mol : 290 o C : 17,9 o C : 160 o C : 451,85 o C : 65,82778 atm Specific gravity (25 o C) : 1,26 Densitas : 1,261 g/cm 3 (Perry, 2008) b. Sifat kimia: Zat cair bening, lebih kental dari air dan rasanya manis Larut dalam air dan alkohol dengan semua perbandingan Tidak larut dalam eter, benzena dan kloroform

30 17 Senyawa turunan alkohol (polialkohol) dengan tiga gugus OH (Kirk & Othmer, 1998) Dengan asam nitrat membentuk gliserol trinitrat Bersifat higroskopis sehingga digunakan sebagai pelembab Bereaksi dengan kalsium bisulfat membentuk akrolein (Kent & Riegel, 2007) I Bahan Baku Pembantu 1. Air (H 2 O) a. Sifat fisika: Berat molekul, gr/gr-mol : 18 Titik beku pada 1 atm, ( C) : 0 Titik didih normal 1 atm, ( C) : 100 Densitas pada 30 C, (kg/m 3 ) : 995,68 Tegangan permukaan pada 25 C, (dyne/cm) : 71,97 Indeks refraksi pada 25 C : 1,3325 Viskositas pada 3.0 C dan 1 atm, mp : 8,949 Koefisien difusi pada 30 C, (cm 2 /dt ) : 2,57 x 10-5 Konstanta disosiasi pada 30 C : 10-4 Panas ionisasi, (kj/mol) : 55,71 H f (kkal/mol,25 0 C) : -57,8 Kompresibiliti isotermal, (atm -1 ) : 45,6 x 10-6 Panas spesifik pada 25 C, (J/g C) : 4,179 Konduktifitas termal pada 20 C, (1 atm, watt/cm 2 ) : 5,98 x 10-3

31 18 Konduktifitas elektrik pada 25 C, (1 atm, ohm -1 /cm 2 ) : < 10-8 Berupa zat cair pada suhu kamar Berbentuk heksagonal Tidak berbau, berasa, dan tidak berwarna (Perry, 2008) b. Sifat kimia: Bereaksi dengan karbon menghasilkan metana, hidrogen, karbon dioksida, monoksida membentuk gas sintetis (dalam proses gasifikasi batubara) Bereaksi dengan kalsium, magnesium, natrium dan logam-logam reaktif lain membebaskan H 2 Air bersifat amfoter Bereaksi dengan kalium oksida, sulfur dioksida membentuk basa kalium dan asam sulfat Bereaksi dengan trigliserida (minyak/lemak) menghasilkan asam lemak dan gliserol (reaksi hidrolisis trigliserida) Air dapat berfungsi sebagai media reaksi dan atau katalis, misalnya dalam reaksi substitusi garam - garam padat dan perkaratan permukaan logam logam Dengan anhidrid asam karboksilat membentuk asam karboksilat (Kirk & Othmer, 1998)

32 19 2. Natrium Clorida (NaCl) a. Sifat fisika: Berat molekul, gr/gr-mol : 58,44 Titik beku pada 1 atm, ( C) : 800,8 Titik didih pada 1 atm, ( C) : 1465,05 Spesific gravity (25 C) : Temperatur kritis, C : 3126 Tekanan kritis, atm : 354 Volume kritis, m 3 /kmol : 0,266 (Perry, 2008) b. Sifat kimia: Larut dalam air, alkohol dan eter (Lide, 2005) 3. Etilen Diamin Tetra Asetat (EDTA) a. Sifat fisika: Rumus molekul : C 10 H 16 N 2 O 8 Berat molekul, gr/mol : 292 Temperatur kritis, C : 535,85 Tekanan kritis atm : 22,00848 Volume kritis, m 3 /kmol : 0,798 Titik didih pada 1 atm, C : 388 (Perry, 2008) b. Sifat kimia:

33 20 Membentuk ion komplek dengan logam - logam golongan transisi Bersifat sebagai antioksidan, mencegah oksidasi berkatiliskan ion logam Dapat mencegah penggumpalan darah Melarutkan kerak logam dengan pembentukan senyawa komplek yang larut Digunakan sebagai antibasi dalam panganan Larut dalam air (Kirk & Othmer, 1998) 4. Parfum (Patchouly Oil atau minyak nilam) a. Sifat fisika: Rumus molekul : C 15 H 26 O Berat molekul, gr/mol : 222,37 Spesific gravity, 25 C : 0,95 Titik leleh, C : 56 Titik didih, C : 288 Warna : Kuning muda (Lide, 2005) b. Sifat kimia: Larut dalam Alkohol dan Eter Tidak larut dalam air (Lide, 2005)

34 21 5. Filler Inert (Natrium Sulfat) a. Sifat fisika: Rumus molekul : Na 2 SO 4 Berat molekul, gr/mol : 142 Spesific gravity, 25 C : 2.7 Titik leleh, C : 884 Warna : putih (Lide, 2005) b. Sifat kimia: Larut dalam Air Tidak larut dalam alkohol dan eter (Lide, 2005) 6. Stearic Acid Sifat fisika: Rumus molekul : CH 3 (CH 2 ) 16 CO 2 H Berat molekul, gr/mol : 284 Spesific gravity, 25 C : 0,847 Titik leleh, C : 70 Titik didih, o C : 291 (Perry, 2008) b. Sifat kimia: Stearic Acid direaksikan dengan basa alkali membentuk sabun dengan produk samping air. Sedikit larut dalam air dan sangat larut dalam eter.

35 22 (Perry, 2008) I.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum Pembuatan sabun mandi dari RBDPS dengan Natrium Hidroksida merupakan reaksi saponifikasi pada fase cair-cair dengan reaksi: CH 2 COOC 17 H 35 CHCOOC 17 H 35 CH 2 COOC 17 H 35 CH 2 - OH 17H 35 COONa + CH - OH CH 2 -OH Tristearin Sabun Gliserol (RBDPS) Diagram alir blok pembuatan sabun dengan proses saponifikasi trigliserida adalah sebagai berikut: Parfum Na2SO4 EDTA NaOH NaCl SA Trigliserida M-02 R M-01 FL Udara DE Udara + Air Gliserol BSFM Sabun Gambar 1.4 Diagram Alir Blok Saponifikasi Trigliserida

36 23 Keterangan: BSFM : Mesin Pencetak Sabun DE : Spray Dryer FL : Dekanter M-01 : Mixer NaCl M-02 : Mixer Zat Aditif R : Reaktor Tahap pertama dari proses saponifikasi tristearin adalah mereaksikan Tristearin dengan NaOH, untuk membentuk sabun dan gliserol. Reaksi ini mengkonversi lemak/minyak menjadi sabun sebesar 99,5%. Variabel penting yang mempengaruhi proses saponifikasi ini antara lain: suhu operasi, pengadukan, dan konsentrasi reaktan. (Spitz, 2009) Hasil reaksi kemudian dipompakan ke mixer untuk ditambahkan larutan NaCl (Brine) yang berfungsi sebagai pengendap gliserol pada dekanter. Aliran keluar mixer dialirkan ke dekanter, dekanter adalah pemisah yang bekerja dengan prinsip perbedaan densitas. Kemudian campuran sabun mandi dari dekanter dipompa ke mixer-03 untuk dicampur dengan zat aditif. Zat aditif yang ditambahkan adalah Stearic acid yang digunakan untuk menetralkan NaOH menjadi sabun, EDTA yang berfungsi sebagai surfaktan pada sabun (pembersih dan pemutih) yang dapat menangkat kotoran pada kulit, parfum (patchouli alkohol) yang berfungsi untuk memberi kesegaran dan keharuman pada sabun, dan natrium sulfat sebagai filler (bahan pengisi). Zat aditif ini dicampur dalam tangki pencampur dengan jumlah sesuai dengan spesifikasi mutu yang diinginkan. Sabun kemudian ditransfer ke unit spray dryer untuk mengurangi kadar air dalam sabun, dan dihasilkan sabun berupa serpihan (flake) kemudian dikirim ke unit finishing yang terdiri dari satuan mesin pembentukan sabun batang yang disebut Bar Soap Finishing Machine (BSFM).

37 24 BAB II DESKRIPSI PROSES 2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk Spesifikasi Bahan Baku 1. RBDPS (Refined Bleached Deodorized Palm Stearin) Fase Warna Kemurnian Impuritas : Padat : Putih kekuningan : minimal 99,9% (w/w) : maksimal 0,1% air (w/w) (PTWilmar Nabati Indonesia) 2. Sodium Hidroksida (NaOH) Fase Warna Kemurnian Impuritas : Padat : Putih Serpihan : minimal 99% (w/w) : maksimal 1% berat air (PTAneka Kimia Inti) Spesifikasi Bahan Produk 1. Sabun mandi (C 17 H 35 COONa) Fase Warna : Padat : Putih 24

38 25 Komposisi sabun Sabun : 88,48% Gliserol :0,45% EDTA : 0,2 % Parfum : 1% Filler :0,98% Air : 8% Alkali : 0,45 % Unsaponified FFA : 0,44 % (Spitz, 2009) 2. Gliserol (C 3 H 5 (OH) 3 ) Fase Warna Kemurnian Impuritas : Cair : Kuning pucat : minimal 99% (w/w) : maksimal 1% berat air Spesifikasi Bahan Pembantu 1. Air (H 2 O) Fase Warna Impuritas : Cair : Bening : maksimal silika 0,02ppm maksimal oksigen terlarut 1 ppm

39 26 2. Natrium Klorida (NaCl) Fase: Padat Warna: Putih kristal Kemurnian Impuritas : minimal 99 % (w/w) : maksimal 1% berat air (CV Wahana Jaya Mandiri) 3. EDTA (Etilen Diamin Tetra Asetat) Fase: Padat Warna: Bening Kemurnian Impuritas : minimal 95 % (w/w) : maksimal 5% berat air (CV Humaira Husada) 4. Parfum (Minyak nilam) Fase: Padat Warna: Kuning bening Kemurnian Impuritas : minimal 95 % (w/w) : maksimal 5% berat air (PT Djasula Wangi) 5. Filler (Natrium sulfat) Fase: Padat Warna: Bubuk putih Kemurnian Impuritas : minimal 95 % (w/w) : maksimal 5% berat air (PT Aneka Kimia Inti)

40 Konsep Reaksi Dasar Reaksi Pembuatan sabun mandi dengan proses saponifikasi fase cair dari tristearin (RBDPS) dengan soda kaustik (NaOH) dijalankan dengan sistem kontinyu dan menghasilkan produk samping gliserol. Reaksi yang terjadi pada proses ini adalah: CH 2 COOC 17 H 35 CH 2 - OH CHCOOC 17 H 35 17H 35 COONa + CH - OH CH 2 COOC 17 H 35 CH 2 -OH Tristearin Sabun Gliserol Kondisi Reaksi Dalam proses pembuatan sabun dengan reaksi saponifikasi trigliserida, reaksi berlangsung dalam reaktor alir tangki berpengaduk (RATB). Pada umumnya, variabel-variabel proses utama yang cukup menentukan tingkat keberhasilan reaksi saponifikasi adalah sebagai berikut: 1. Suhu operasi Proses saponifikasi trigliserida dapat berlansung pada suhu kamar dan reaksinya berjalan secara cepat sehingga sesuai untuk produksi skala besar. Pada proses skala industri suhu reaksi saponifikasi berada diatas titik cair RBDPS dan di bawah titik didih air dengan tekanan operasi 1 atm, hal ini bertujuan: Memudahkan pencampuran antar reaktan.

41 28 Transportasi cairan melalui pompa-pompa dan pipa-pipa lebih mudah karena viskositasnya berkurang. Jika suhu berada diatas titik didih air maka tekanan dalam reaktor lebih besar dari 1 atm untuk menghindari penguapan air. Berdasarkan Rule of Thumb, laju reaksi saponifikasi akan meningkat sebesar dua kali lipat setiap kenaikan suhu sebesar 10 o C. Suhu operasi reaksi saponifikasi dapat berlangsung pada kisaran suhu o C. Sedangkan suhu operasi yang dipilih adalah 90 o C danpada tekanan atmosferis untuk menjaga fase campuran tetap cair. (Spitz,2009) 2. Pengadukan Trigliserida sukar larut dalam air, sedangkan basa seperti NaOH sangat larut dalam air. Sehingga jika didiamkan akan terbentuk dua lapisan yang terpisah dan reaksi hanya berlangsung pada daerah batas dua permukaan tersebut, akibatnya reaksi menjadi lambat. Untuk menghindari hal ini maka diperlukan pengadukan agar seluruh partikel reaktan dapat terdispersi satu sama lain, dengan demikian laju reaksi dapat meningkat. 3. Rasio reaktan Perbandingan reaktan pada proses saponifikasi merupakanperbandingan mol reaktan NaOH terhadap RBDPS sebesar 3:1. Perbandingan reaktan tersebut diambil berdasarkan persamaan stoikiometri reaksi saponifikasi trigliserida. Pada proses saponifikasi ini mol reaktan NaOH diberikan berlebih sebesar 10%. (Spitz,2009) Mekanisme Reaksi

42 29 Pembuatan sabun mandi dengan reaksi saponifikasi fase cair dari tristearin (RBDPS) dan soda kaustik (NaOH)dan menghasilkan produk samping gliserol mempunyai konversi reaksi 99,5% dengan waktu tinggal 80 menit pada suhu 90 o C dan tekanan atmosferis. (Spitz,2009) Persamaan reaksinya sebagai berikut: CH 2 COOC 17 H 35 CHCOOC 17 H 35 CH 2 COOC 17 H 35 CH 2 - OH 3 C 17 H 35 COONa + CH - OH CH 2 -OH Tristearin Sabun Gliserol Dari persamaan reaksi saponifikasi dapat dilihat 1 mol tristearin direaksikan dengan 3 mol NaOH untuk membentuk 3 mol produk sabun dan 1 mol produk gliserol. Namun sebenarnya mekanisme reaksi saponifikasi tristearin terdiri dari 3 langkah reaksi sebagai berikut: Langkah 1: CH 2 COOR 1 CH 2 COOR 2 CHCOOR 2 + NaOH R 1 COONa + CHCOOR 3 CH 2 COOR 3 CH 2 -OH Langkah 2: CH 2 COOR 1 CH 2 - OH CH 2 COOR 2 1COONa + R 2 COONa + HCCOOR 3 CH 2 COOR 3 CH 2 OH

43 30 Langkah 3: CH 2 COOR 1 CHCOOR 2 CH 2 COOR 3 CH 2 - OH 1 COONa+ R 2 COONa + R 3 COONa + CH - OH CH 2 -OH (Spitz, 2009) Tinjauan Termodinamika Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk menentukan sifat reaksi apakah berjalan eksotermis atau endotermis dan arah reaksi apakah reversible atau irreversible, maka perlu perhitungan dengan menggunakan panas pembentukan f o ) dan energi bebas Gibbs ( G o ) dari reaktan dan produk. Pada proses pembentukan sabun mandi, harga f o dan G o adalah sebagai berikut: Tabel 2.1 F dan F Masing-masing Komponen Komponen F (kkal/kmol) G F (kkal/mol) RBDPS -382,46-531,45 NaOH -101,96-90,6 Gliserol -159,1-113,65 Sabun -185,35-246,02 i. Panas reaksi standar R o ) (Perry, 2008) H R o = f o produk - f o reaktan H R o = (3. 0 F 0 F gliserol) 0 F RBDPS F NaOH) = (3(-185,3566) + (-159,1)) (-382,46 + 3(-101,96)) = -26,8338 kkal/kmol Karena H o R bernilai negatif maka reaksi bersifat eksotermis.

44 31 dh = Cp.dT H 363 = 363K 298K Cp. dt H H 363 = ,703kkal/kmol ,642 kkal/kmol H 363 = -744,939 kkal/kmol H R = H o f + H 363 = - 26, ,939 = - 771,323kkal/kmol ii. Konstanta kesetimbangan (K) pada keadaan standar G o r = - RT ln K 298 Dimana: G r 0 : Energi Gibbs pada keadaan standar (T = 298 K, P = 1 atm), kkal/mol K 298 : Konstanta kesetimbangan keadaan standar (T = 298 K, P = 1 atm) T : Suhu standar (298 K) R : Tetapan Gas Ideal (1,987 kal/mol.k) Sehingga nilai K dari reaksi tersebut dapat ditentukan, sebagai berikut: G r o = G f o produk - G f o reaktan = ( G 0 F G 0 F gliserol) G 0 F RBDPS G 0 F NaOH) = (3(-246,02) ,65) (-531,45 + 3(-90,6)) = -48,46 kkal/kmol

45 32 iii. Konstanta kesetimbangan (K) pada T = 90 o C = 363 K Dengan: K 298 = Konstanta kesetimbangan pada 298 K K 363 = Konstanta kesetimbangan pada suhu operasi T 1 = Suhu standar (25 o C = 298 K) T 2 = Suhu operasi (90 o C = 363 K) R = Tetapan Gas Ideal = 1,987 kal/mol.k H R o = Panas reaksi standar pada 298 K Karena harga konstanta kesetimbangan relatif besar, maka reaksi berlangsung searah, yaitu ke kanan (irreversible) Tinjauan Kinetika Reaksi pembentukan Sabun dari RBDPS dan NaOH, dengan persamaan reaksi: CH 2 COOC 17 H 35 CH 2 -OH CHCOOC 17 H 35 17H 35 COONa +CH -OH CH 2 COOC 17 H 35 CH 2 -OH Tristearin Sabun Gliserol A + 3B 3C + D Kecepatan reaksi elementer tersebut dapat dinyatakan dengan persamaan:

46 33 Pada reaksi ini, digunakan NaOH berlebih sebanyak 1,1 kali kebutuhan stoikiometris. Hal ini membuat kecepatan reaksi ke kanan menjadi lebih besar, reaksi tersebut merupakan reaksi orde 2 dengan perbandingan mol NaOH/mol RBDPS adalah 3,3 : 1. (Spitz, 2009) Maka, nilai konstanta kecepatan reaksi dapat dicari, sebagai berikut: C A F A F A0 1 X A C A 1 X A...(2) C B F B F B0 F A0 X A F A0 F F B0 A0 x A C B C A0 B X A...(3) Menghitung waktu tinggal dan volume reaktor V... (5) F X r A0 A V... (6) A Subtitusi persamaan (4) ke persamaan (6)

47 34 F X A0 A V...(4) 2 kca0 1 XA B X A Mencari konstanta kecepatan reaksi F A0 k...(5) 2 CA0 1 X A B X A Konversi (X A ) reaksi saponifikasi pembentukan sabun dari RBDPS dan NaOH sebesar 99,5% dengan waktu tinggal ( ) 80 menit dan kondisi operasi suhu 90 o C (363 K), tekanan 1 atm,maka nilai konstanta kecepatan reaksi (k) dapat ditentukan.(spitz,2009). Maka nilai konstanta kecepatan reaksi (k) didapat. k C 2 A0 1 F A0 X A B X A k = 0,0222 m 3 /kmol.s 2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses Diagram AlirProses Diagram alir ada tiga macam, yaitu: a. Diagram alir proses (gambar 2.1) b. Diagram alir kualitatif (gambar 2.2) c. Diagram alir kuantitatif (gambar 2.3)

48 Tahapan Proses Proses pembuatan sabun mandi padat dapat dibagi menjadi limatahap proses, yaitu: 1. Tahap persiapan umpan 2. Tahap reaksi saponifikasi tristearin 3. Tahap pemurnian sabun mandi 4. Tahap penambahan zat aditif pada sabun 5. Tahap pengeringan dan finishing sabun

49 36 1, ,2 45,3 5 1,2 90

50 Gambar 2.2 Diagram Alir Kualitatif 37

51 Gambar 2.3 Diagram Alir Kuantitatif 38

52 Tahap Persiapan Umpan Umpan terdiri dari RBDPS (Refined Bleached Deodorized Palm Stearin) dan NaOH. RBDPS dimasukkan ke dalam tangki yang dilengkapi dengan pemanas (Melter), dipanaskan terlebih dahulu menggunakan steam sampai 90 o C sebelum dipompa ke dalam reaktor. Sedangkan NaOH dilarutkan dalam air pada suhu kamarsampai konsentrasinya 50% massa. RBDPS dan campuran larutan NaOH kemudian dipompakan ke dalam reaktor Tahap Reaksi Saponifikasi Tristearin RBDPSdan campuran larutan NaOH dipompakan ke dalam reaktor yang diberi jaket pemanas dengan tujuan untuk menjaga suhu agar tetap pada suhu operasi yaitu 90 o C, tekanan armosferis. Konversi reaksi 99,5% dengan waktu tinggal 80 menit. (Spitz, 2009) Tahap PemurnianSabun Mandi Produk keluar reaktor berupa cairan yang terdiri dari atas sabun, gliserol, air, dan sedikit RBDPS yang belum bereaksi. Hasil reaksi kemudian dipompakan ke mixer untuk ditambahkan larutan NaCl (Brine) yang berfungsi sebagai pengendap gliserol pada dekanter. Aliran keluar mixer-02 dialirkan kedekanter, dekanter adalah pemisah yang bekerja dengan prinsip perbedaan densitas. Kondisi operasi pada alatdekanter pada suhu 65 o C dan tekanan atmosferis. Pada unit ini akan terbentuk dua lapisan, yaitu lapisan bagian atas yang terdiri dari sabun, air, sedikit gliserol, alkalidan sisa RBDPS, sedangkan pada lapisan bagian bawah terdiri dari gliserol, alkali,dan sedikit air yang secara keseluruhan

53 40 membentuk lapisan yang lebih berat daripada sabun, sehingga berada pada lapisan bagian bawah pada pemisahan statis Tahap Penambahan Zat Aditif pada Sabun Mandi Setelah proses pemisahan sabun mandi dari gliserol dan air. Proses selanjutnya adalah penambahan aditif sabun. Zat aditif yang ditambahkan antara lain: Stearic Acid yang berfungsi untuk mengurangi kandungan NaOH, EDTA yang berfungsi sebagai surfaktan pada sabun (pembersih dan pemutih) yang dapat menangkat kotoran pada kulit, pewangi (minyak nilam) yang berfungsi untuk memberi kesegaran dan keharuman pada sabun, dan natrium sulfat sebagai filler (bahan pengisi). Zat tambahan ini dicampur dalam tangki pencampur (mixer) pada suhu 65 o C dan tekanan atmosferis. Jumlah aditif yang ditambahkan sesuai dengan spesifikasi mutu yang diinginkan Tahap Pengeringan dan Finishing Sabun Pengeringan sabun dilakukan dalam spray dryer. Campuran sabun cair dari tangki pencampur dipompa ke spray dryer, dari unit pengeringan ini dihasilkan sabun berupa serpihan (flake) dan dengan bantuan conveyor dikirim ke unit finishing yang terdiri dari satuan mesin pembentukan sabun batangdan disebut Bar Soap Finishing Machine (BSFM).

54 Neraca Massa dan Neraca Panas Produk Kapasitas Satu tahun produksi : Sabun mandi padat : ton/tahun : 300 hari Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam Neraca Massa Basis perhitungan Satuan : 1 jam operasi : kg/jam Neraca massa prarancangan pabrik sabun padat sesuai dengan gambar 2.3. Tabel 2.2 Neraca Massa pada Mixer 01 (M-01) Senyawa Input (kg/jam) Output (kg/jam) Arus 1 Arus 3 Arus 4 NaOH 1.041, ,577 Air 8, , ,577 Total 1.049, , , , ,153

55 42 Tabel 2.3 Neraca Massa pada Melter 01 (M-04) Senyawa Input (kg/jam) Output (kg/jam) Arus 2 Arus 5 RBDPS 7.024, ,507 Air 7,032 7,032 Total 7.031, ,539 Tabel 2.4 Neraca Massa pada Reaktor (R-01) Senyawa Input (kg/jam) Output (kg/jam) Arus 4 Arus 5 Arus 6 RBDPS ,507 35,123 NaOH 1.041, ,423 Sabun ,333 Gliserol ,205 Air 1.041,577 7, ,608 Total 2.083, , , , ,692

56 43 Tabel 2.5 Neraca Massa pada Mixer 2 (M-02) Senyawa Input (kg/jam) Output (kg/jam) Arus 6 Arus 7 Arus 8 RBDPS 35, ,123 NaOH 99, ,423 Sabun 7.208, ,333 Gliserol 723, ,205 Air 1.048, , ,428 NaCl 0 723, ,205 Total 9.114, , , , ,717 Tabel 2.6 Neraca Massa pada Dekanter (FL-01) Senyawa Input (kg/jam) Output (kg/jam) Arus 8 Arus 9 Arus 10 RBDPS 35,123 35,123 0 NaOH 99,423 21,777 77,646 Sabun 7.208, ,333 0 Gliserol 723,205 37, ,705 Air 3.941, , ,143 NaCl 723,205 37, ,705 Total , , , , ,717

57 44 Tabel 2.7 Neraca Massa pada Mixer 3 (M-03) Senyawa Input (kg/jam) Output (kg/jam) Arus 9 Arus 11 Arus 12 Arus 13 Arus 20 Arus 14 Sabun 7.208, ,267 Gliserol 37, ,500 NaCl 37, ,500 NaOH 21, ,218 EDTA 0 16, ,667 Parfum , ,333 Air 3.547, ,987 Na 2 SO , ,729 RBDPS 35, ,123 Stearic Acid Total ,622 1, ,908 16,667 83, , , , , ,869 Tabel 2.8 Neraca Massa pada Mixer 05 (M-05) Senyawa Input (kg/jam) Output (kg/jam) Arus 18 Arus 19 Arus 4 NaCl 723, ,577 Air 7, , ,577 Total 730, , , , ,153

58 45 Tabel 2.9 Neraca Massa pada Spray Dryer (DE-01) Senyawa Input (kg/jam) Output (kg/jam) Arus 14 Arus 15 Arus 16 Arus 17 Sabun 7.373,267 0,00 0, ,267 Gliserol 37, ,500 NaCl 37, ,500 NaOH 0, ,218 EDTA 16, ,667 Parfum 83, ,333 Air 3.556, , ,14 666,67 Na 2 SO 4 81, ,729 RBDPS 35, ,123 Stearic acid 1, ,546 Udara , ,62 0 Total , , , , , ,09

59 46 Tabel 2.10 Tabel Neraca Massa Total Input (kg/jam) No Komponen Arus 1 Arus 3 Arus 5 Arus 11 Arus 12 Arus 13 Arus 15 Arus 18 Arus 19 Arus 20 1 RBDPS , NaOH 1.041, , Sabun 0 0 0, Gliserol 0 0 0, Air 8, ,17 7, ,82 7, , NaCl , EDTA , Parfum , Na2SO , ,62 Stearic Acid Udara , Jumlah 1049, , ,54 16,67 83,33 81, ,44 730, , ,62 Total ,98

60 Tabel 2.10 Tabel Neraca Massa Total(lanjutan) Output (kg/jam) No Komponen Arus 10 Arus 16 Arus 17 1 RBDPS ,12 2 NaOH 77,64 0 0,218 3 Sabun , Gliserol 685, ,5 5 Air 394, ,14 666,67 6 NaCl 685, ,5 7 EDTA ,67 8 Parfum ,33 9 Na2SO ,72 10 Stearic Acid 0 0 1, Udara ,62 0 Jumlah 1.860, , ,33 Total ,98

61 Neraca Panas Basis perhitungan Satuan : 1 jam operasi : kj/jam Tabel 2.11 Neraca Panas pada Mixer (M-01) Senyawa Input (kj/jam) Output (kj/jam) Arus 1 Arus 3 Arus 4 NaOH 7.456, ,468 Air 176, , ,881 Qpelarutan , Total , ,349 Tabel 2.12 Neraca Panas pada Melter (M-04) Senyawa Input (kj/jam) Output (kj/jam) Arus 2 Arus 5 RBDPS , ,893 Air 147, ,968 Steam ,078 - Qpeleburan ,764 Total , ,625

62 49 Tabel 2.13 Neraca Panas pada Reaktor Senyawa Input (kj/jam) Output (kj/jam) Arus 4 Arus 5 Arus 6 RBDPS , ,719 NaOH , ,502 Sabun ,500 Gliserol ,350 Air , , ,044 Qreaksi - 884,291 Steam ,197 0 Total , ,407 Tabel 2.14 Neraca Panas pada Mixer 05 Senyawa Input (kj/jam) Output (kj/jam) Arus 18 Arus 3 Arus 4 NaCl 3.102, ,069 Air 153, , ,650 Qpelarutan ,737 Total 3.275, ,719

63 50 Tabel 2.15 Neraca Panas pada Mixer (M-02) Senyawa Input (kj/jam) Output (kj/jam) Arus 6 Arus 7 Arus 8 RBDPS 5.057, ,656 NaOH 9.389, ,869 Sabun , ,158 Gliserol , ,350 Air , , ,601 NaCl 0 159, ,201 Total , ,836 Tabel 2.16 Neraca Panas pada Dekanter (FL-01) Senyawa Input (kj/jam) Output(kJ/jam) Arus 8 Arus 9 Arus 10 RBDPS 3.164, ,656 0 NaOH 5.839, , ,130 Sabun , ,158 0 Gliserol , , ,150 Air , , ,360 NaCl , , ,181 Total , ,836