BAB I PENGANTAR A. Latar Belakang Kebutuhan dunia akan bahan-bahan kimia semakin meningkat dari tahun ke tahun, salah satunya adalah formamid. Formamid atau juga dikenal sebagai karbamaldehid ataupun metanamid merupakan senyawa organik turunan amide yang berbentuk cair dalam suhu ruangan. Formamid memiliki rumus kimia HCONH 2 dengan struktur kimia sebagai berikut : Gambar I.1. Struktur Kimia Formamid Formamid mempunyai dua gugus fungsi, yaitu gugus amine (-NH 2 ) dan gugus aldehid (-CHO) sehingga disebut senyawa bifungsional. Formamid bersifat higroskopis dan memiliki bau seperti amonia. Senyawa ini tidak berwarna dan larut dalam senyawa polar, seperti : air, ester, eter, kloroform, aseton, fenol, dan lain sebagainya. Senyawa ini memiliki titik didih 210,5ºC dan titik lebur 2,55ºC. Formamid merupakan bahan kimia antara (intermediate chemicals) yang banyak digunakan untuk memproduksi fungisida dan pestisida serta sebagai pelarut. Berikut beberapa uraian tentang penggunaan formamid, yaitu: 1. Formamid digunakan sebagai bahan baku untuk memproduksi beberapa macam obat dan vitamin (WiseGEEK, 2015). 2. Formamid digunakan dalam industri kertas sebagai pelunak untuk memecah serat. 1
3. Formamid digunakan dalam bidang genetika dan molekul sebagai senyawa stabilizer bagi RNA dalam proses gel electrophoresis dengan proses deionizing RNA. Formamid juga digunakan untuk menstabilkan satu rangkaian DNA dalam kapiler electrophoresis. 4. Formamid memiliki tingkat kepolaritasan dan konstanta dielektrik yang tinggi sehingga dapat digunakan sebagai pelarut untuk garam anorganik, termasuk klorida, iodida, nitrat, fosfat, dan karbonat (Ullmann, 2005). 5. Formamid juga dapat digunakan sebagai bahan tambahan dalam agen pengental untuk pengeboran minyak dan industri bangunan (Sincere Chemicals, 2015). Penggunaan formamid akan terus meningkat seiring dengan meningkatnya kebutuhan formamid dalam skala global. Akan tetapi sampai saat ini, di Indonesia belum ada pabrik formamid sehingga Indonesia perlu mendatangkan formamid dari luar negeri untuk memenuhi kebutuhan industri kimia pengguna formamid, maka pendirian pabrik formamid di Indonesia merupakan peluang bisnis yang sangat baik dan dapat menghemat devisa negara. Terlebih dengan adanya pembangunan pabrik baru di Indonesia maka dapat membuka lapangan pekerjaan untuk mengurangi pengangguran yang ada di Indonesia yang pada tahun 2015 jumlahnya mencapai 7,56 juta orang (Badan Pusat Statistik, 2015). Dengan demikian, pembangunan pabrik formamid ini pun diharapkan dapat berperan dalam pembangunan ekonomi Indonesia. B. Pemilihan Proses Pemilihan proses menjadi salah satu bagian penting dalam perancangan pabrik kimia karena proses berkaitan erat dengan peforma pabrik kimia dan nilai ekonomi dari pabrik kimia tersebut. Dalam memproduksi formamid, terdapat beberapa proses yang dapat digunakan, antara lain: 1. Reaksi Sintesis Langsung (Direct Synthesis) Formamid dihasilkan dengan mereaksikan karbon monoksida dan amonia dengan bantuan katalis, seperti natrium metoksida. Proses ini 2
mengikuti reaksi : NaOCH 3 CO (g) + NH 3(aq) HCONH 2 (aq) (1) (McKetta, 1985) Langkah awal proses ini mencampur amonia, metanol, dan katalis dalam mixer. Campuran disemprotkan dalam reaktor agar bereaksi dengan gas karbon monoksida. Reaksi berlangsung pada tekanan 300 atm dan suhu 70ºC (McKetta, 1985). Campuran produk dan sisa reaktan keluar dari bagian bawah reaktor dan dimasukkan dalam separator bertekanan tinggi. Sisa karbon monoksida yang tidak bereaksi keluar dari bagian atas separator dan dikembalikan ke reaktor. Produk lainnya keluar dari bagian bawah separator dan masuk ke separator bertekanan rendah. Gas yang tidak terlarut dibuang dari bagian atas separator. Sisa produk dimasukkan ke separator berikutnya. Metanol dikeluarkan dari atas separator untuk dikembalikan ke dalam mixer umpan, sedangkan katalis di blow down sebagai hasil bawah, sehingga diperoleh produk formamid dengan kemurnian 99%. Kekurangan proses ini adalah jika digunakan karbon monoksida kualiltas rendah maka senyawa-senyawa inert yang ada dapat menjadi racun bagi katalis. Akan tetapi, karbon monoksida dengan kemurnian tinggi sulit didapatkan dan sangat mahal harganya karena membutuhkan proses pembuatan karbon monoksida dari bahan baku lain. Selain itu, tekanan operasi sangat tinggi hingga mencapai 300 atm. Kelebihan proses ini adalah kemurnian formamid yang dihasilkan tinggi yaitu sebesar 99%. 2. Reaksi Sintesis Dua Langkah Formamid dihasilkan dari reaksi antara metil formiat dengan amonia. Metil formiat dihasilkan dengan mereaksikan antara karbon monoksida dan metanol dengan bantuan katalis, seperti natrium metoksida. Proses ini mengikuti reaksi : NaOCH 3 CO (g) + CH 3 OH (aq) HCOOCH 3(aq) (2) HCOOCH 3(aq) + NH 3(g) HCONH 2(aq) + CH 3 OH (aq) (3) (Ullmann, 2005) 3
Karbon monoksida murni direaksikan dengam metanol dengan bantuan katalis dalam reaktor pertama. Produk cairan yang dihasilkan dimasukkan dalam separator untuk memisahkan metil formiat dengan reaktan dan katalis. Metil formiat dan amonia (yang berfase gas) direaksikan dalam reaktor kedua. Reaksi ini berlangsung pada tekanan 1-3 atm dan suhu 40-100ºC (Ullmann, 2005). Sisa-sisa gas yang terbentuk dalam reaktor, seperti amonia dan metil formiat, dikeluarkan dari bagian atas reaktor dan dimasukkan dalam scrubber. Sedangkan gas-gas inert dibakar dalam flare. Produk cairan berupa amonia, metil formiat, metanol, dan formamid dikeluarkan dari bagian bawah reactor. Produk tersebut dimasukkan ke dalam menara distilasi untuk memisahkan amonia, metil formiat, dan metanol pada hasil atas sedangkan formamid diambil pada hasil bawah. Produk dari hasil atas dimasukkan ke dalam menara distilasi berikutnya untuk memurnikan metanol pada hasil bawah yang akan digunakan kembali sebagai reaktan pada proses sintesis metil formiat. Kemudian, formamid yang dipisahkan dari menara distilasi pertama, dimurnikan dengan menggunakan menara distilasi. Kekurangan proses ini adalah sulit mendapatkan karbon monoksida dengan kemurnian tinggi. Sedangkan kelebihan proses ini adalah kondisi operasi yang tidak ekstrim dan dapat menghasilkan formamid dengan kemurnian tinggi, yaitu 99,5%. 3. Reaksi Aminolysis dari Metil Formiat Formamid dihasilkan dari reaksi antara metil formiat dengan amonia. Proses ini mengikuti reaksi : HCOOCH 3(aq) + NH 3(g) HCONH 2(aq) + CH 3 OH (aq) (4) (Ullmann, 2005) Amonia diubah fasenya dari cair menjadi uap. Kemudian dimasukkan dalam separator untuk memisahkan antara fase uap dan fase cair sisanya. Hasil atas berupa uap amonia dimasukkan dalam reaktor dengan digelembungkan dari bagian bawah reaktor dengan sparger 4
kemudian cairan metil formiat dialirkan melalui bagian atas reaktor. Reaksi ini berlangsung pada tekanan 6 atm dan suhu 90ºC. Sisa uap amonia diambil dari bagian atas reaktor dan dikembalikan ke dalam reaktor lagi melalui aliran amonia di bagian bawah reaktor. Produk dari reaktor berfase cair diambil dari bagian bawah reaktor, kemudian dimasukkan dalam rangkaian menara distilasi untuk memisahkan formamid dan metanol. Kekurangan dari proses ini adalah tidak diproduksinya metil formiat di Indonesia, maka perlu impor metil formiat (kemurnian 96%) apabila ingin menggunakan metil formiat di Indonesia. Sedangkan kelebihan dari proses ini adalah kondisi operasi yang tidak ekstrim dan kemurnian formamid yang tinggi, yaitu 99,5%. Berdasarkan kelebihan dan kekurangan dari ketiga proses pembuatan formamid, maka dipilih proses pembuatan formamid dengan reaksi aminolysis metil formiat karena dapat menghasilkan formamid dengan kemurnian tinggi tanpa menggunakan kondisi operasi yang ekstrim/tinggi dan dapat langsung menggunakan metil formiat yang dijual secara komersil dengan kemurnian yang sudah cukup tinggi. C. Market Analysis Pabrik formamid sampai tahun 2015 dapat dipastikan belum ada di Indonesia sehingga sangat berpotensi jika ingin mendirikan pabrik formamid di Indonesia. Dengan pembuatan pabrik formamid di Indonesia diharapkan dapat memenuhi kebutuhan formamid di Indonesia dan dunia, mengingat masih sedikit pabrik yang memproduksi formamid. Pabrik ini nantinya dapat menjadi lapangan pekerjaan baru sehingga dapat membantu pembangunan ekonomi Indonesia. Pabrik-pabrik penghasil formamid yang sudah beroperasi sebagian besar ada di Negara Cina sehingga dalam pemenuhan kebutuhan formamid dunia maupun dalam negeri masih sangat bergantung pada produksi formamid dari Cina. Kapasitas dari pabrik-pabrik formamid yang ada di Cina adalah : 5
Tabel I.1. Data Kapasitas Pabrik Formamid di Cina Nama Perusahaan Kapasitas (ton/tahun) Feicheng Acid Chemicals Co., Ltd 4.000 Xinle City Hongyuan Carbon Black Sales Center 12.000 Shijiazuang Sincere Chemical Co., Ltd. 20,000 Tianjin Tiger International Trade Co., Ltd. 20.000 Suqian Xinya Technology Co., Ltd. 20.000 (Made-in-China.com, 2015) Dari data Tabel I.1 dapat disimpulkan pabrik-pabrik dari Cina masih menguasai pasar formamid yang ada di dunia. Berdasarkan data Departemen Bidang Ekonomi dan Sosial United Nations, diperoleh data kebutuhan dalam skala global senyawa acyclic amides dan turunannya dimana formamid termasuk di dalamnya. Pemilihan data ini berdasarkan senyawa acyclic amides dan turunannya memiliki HS Code (Harmonized System kode untuk penggolongan barang yang dibuat secara sistematis dengan tujuan untuk mempermudah dalam transaksi perdagangan) yang sama dengan formamid yaitu 29241900. Oleh karena itu selanjutnya senyawa acyclic amides dan turunannya akan disebut formamid. Data berikut diperoleh dari data ekspor Negara Cina untuk memenuhi kebutuhan formamid dunia : Tabel I.2. Data Kebutuhan Acyclic Amides dan Turunannya di Dunia Tahun Kebutuhan Acyclic Amides dan Turunannya (Formamid) (kg/tahun) (ton/tahun) 2010 146.262.759 146.263 2011 165.547.019 165.547 2012 182.574.019 182.574 2013 200.620.618 200.621 2014 222.295.914 222.296 (UN Comtrade, 2015) 6
Kebuthan (ton / tahun) Prarancangan Pabrik Formamid dari Metil Formiat dan Amonia Jika pabrik formamid ingin didirikan di Indonesia pada tahun 2016 dengan estimasi waktu pembangunan pabrik selama 2 tahun, dapat diperkirakan kebutuhan formamid pada tahun 2018. Data pada Tabel I.2 kemudian dibuat grafik dan dengan metode linearisasi dapat ditentukan kebutuhan formamid dunia pada tahun 2018. 250.000 200.000 150.000 100.000 50.000 y = 18.714x + 127.318 Data Linear (Data) 0 2010 2011 2012 2013 2014 Tahun Gambar I.2. Kebutuhan Formamid Dunia Dari linearisasi grafik di atas diperoleh persamaan : y = 18.714x + 127.318 dengan y adalah kebutuhan formamid (ton/tahun) dan x adalah tahun ke- (tahun 2010 dihitung sebagai tahun ke-1, tahun 2011 sebagai tahun ke-2, dan seterusnya). Pada tahun 2018, dapat diperkirakan kebutuhan formamid dunia sebesar 295.744 ton/tahun. Kapasitas pabrik yang ingin dibangun diharapkan dapat memenuhi sekitar 10% dari kebutuhan formamid dunia, yaitu sebesar 29.574 ton/tahun. Selain pertimbangan tersebut, digunakan pertimbangan lain yaitu kapasitas pabrik formamid yang sudah ada. Pabrik-pabrik penghasil formamid yang ada di Cina memiliki kapasitas yang bervariasi yaitu 5.000 ton/tahun sampai 20.000 ton/tahun. Mengingat bahwa belum ada pabrik formamid di Indonesia sehingga teknologi pembuatan formamid belum banyak dikenal di Indonesia, maka diambil kapasitas di bawah pabrik yang sudah ada sebagai kapasitas pabrik formamid yang akan didirikan. Berdasarkan pertimbangan pertimbangan tersebut, kapasitas pabrik formamid yang akan dibangun adalah 80% dari kapasitas pabrik yang sudah ada, yaitu sebesar 16.000 ton/tahun. 7