Prarancangan Pabrik Metil Benzoat Dari Metanol dan Asam Benzoat Kapasitas 10.000 ton / tahu
BAB I PENDAHULUAN 1. 1 Latar Belakang Metil benzoat merupakan salah satu bahan yang dibutuhkan dalam industri. Kegunaanya antara lain sebagai pelarut cat, zat aditif untuk pestisida, desinfektan, insektisida, fungisida, solven untuk selulosa, ester, resin karet, dan lain sebagainya. Selain itu metil benzoat juga digunakan dalam industri parfum dan kosmetika. Konsumsi metil benzoat dalam waktu yang akan datang diperkirakan akan terus meningkat seiring dengan perkembangan yang pesat di bidang industri saat ini. Misalnya perkembangan dalam industri coating dan plastik yang berdampak pada meningkatnya kebutuhan metil benzoat sebagai pelarut.
1. 2 Kapasitas Produksi Penentuan kapasitas pabrik mengacu pada pabrik yang telah berdiri dan kebutuhan impor. Tabel 1.1 Pabrik Yang Telah Berdiri di Dunia (China) Pabrik Yang Telah Berdiri 1. Huaxinhang Tianjin Import and Export Co., Ltd. 2. K-Well Industry Co., Ltd. 3. Hangzhou Think Chemical Co., Ltd.
Kapasitas (kg/ tahun) 120.000 480.000 240.000
Kebutuhan metil benzoat di Indonesia mengalami peningkatan setiap tahunnya dan utnuk memenuhi kebutuhan tersebut Indonesia masih mengimpor dari luar negeri. Data yang diperoleh dari Biro pusat Statistik, BAB I Pendahuluan 1
Prarancangan Pabrik Metil Benzoat Dari Metanol dan Asam Benzoat Kapasitas 10.000 ton / tahun
2
kebutuhan metil benzoat di Indonesia tahun 2000-2005 dapat dilihat dari tabel 1.2. Tabel 1.2 Kebutuhan metil benzoat di Indonesia Tahun 1999-2004 Tahun 2000
Kapasitas (kg/tahun) 3.137.689
2001
4.348.882
2002
5.228.425
2003
5.097.170
2004
6.992.876
2005 6.804.398 (Sumber : Data Impor tahun 2000-2005, Biro Pusat Statistik) Dari
data
diperoleh
persamaan
garis
yaitu
Y=
746.693,486X
–
1.489.985.465,143 maka dapat diperkirakan kebutuhan Metil Benzoat pada tahun yang akan datang. Tabel 1.3 Perkiraan Kebutuhan Metil Benzoat di Indonesia Tahun 2006- 2012 Tahun 2006
Kapasitas (kg/tahun) 7.881.668
2007
8.628.361
2008
9.375.055
2009
10.121.748
2010
10.868.442
2011
11.615.135
2012
12.361.829
BAB I Pendahuluan
Prarancangan Pabrik Metil Benzoat Dari Metanol dan Asam Benzoat Kapasitas 10.000 ton / tahun
3
Gambar 1.1 Grafik kebutuhan Metil Benzoat di Indonesia pada tahun 2000-2012 Berdasarkan data kapasitas pabrik yang sudah berdiri di dunia dan data kebutuhan metil benzoat di Indonesia, maka dapat ditentukan kapasitas produksi metil benzoat dari asam benzoat dan metanol sebanyak 10.000 ton per tahun. Namun kapasitas ini masih terlalu kecil, sehingga seharusnya didirikan pabrik dengan kapasitas yang lebih besar.
I. 3 Lokasi Pabrik Pabrik metil benzoat ini dirancanakan didirikan di Pulau Bunyu yang terletak di antara Malaysia, Pulau Kalimantan, dan Pulau Sulawesi dan masih berada di dalam daerah territorial Indonesia. Peta lokasi pabrik dapat dilihat pada ganbar 1.1.
BAB I Pendahuluan
Prarancangan Pabrik Metil Benzoat Dari Metanol dan Asam Benzoat Kapasitas 10.000 ton / tahun
4
Gambar 1.1 Peta Lokasi Pabrik Pulau Bunyu dipilih sebagai lokasi berdirinya pabrik tersebut atas dasar pertimbangan sebagai berikut : a. Penyediaan bahan baku Metanol diperoleh dari pabrik metanol di PT. Medco di Pulau Bunyu. Sedangkan asam benzoat masih harus diimpor dari China. Dengan pertimbangan tersebut maka pabrik diusashakan didirikan di dekat bahan baku. b. Pemasaran produk Metil benzoat merupakan bahan yang tidak langsung dipakai atau dikonsumsi oleh masyarakat, melainkan merupakan bahan untuk industri seperti industri cat, parfum, obat-obatan, dan lain-lain. Oleh karena itu untuk pemasarannya lebih mudah karena banyak industri yang membutuhkan metil benzoat sebagai bahan bakunya. BAB I Pendahuluan
Prarancangan Pabrik Metil Benzoat Dari Metanol dan Asam Benzoat Kapasitas 10.000 ton / tahun
5
c. Transportasi Transportasi merupakan faktor yang terkait dengan pengangkutan bahan baku maupun produk jadi. Faktor transportasi juga mempengaruhi kesuksesan pemasaran. Pulau Bunyu mempunyai lokasi yang sangat strategis untuk mencapai lokasi yang menunjangpemasaran seperti pelabuhan dan industri-industri yang akan menampung metil benzoat. d. Tenaga kerja Di sekitar lokasi pabrik tersedia tenaga kerja yang cukup banyak, sehingga tidak ada kendala dalam perekrutan tenaga kerja. e. Utilitas Hal lain yang mendukung pemilihan lokasi pabrik di Pulau Bunyu ini adalah dekatnya sumber air yang merupakan kebutuhan utama pekerja dan operasional pabrik.
1. 4 Tinjauan Pustaka Metil benzoat merupakan salah satu bentuk ester dalam asam karboksilat. Ester asam karboksilat adalah suatu senyawa yang mengandung gugus CO2R dengan R dapat berbentuk alkil mupun aril. Ester asam karboksilat dapat dibuat dengan mereaksikan suatu asam karboksilat dengan alkohol yang akan menghasilkan ester dan air. Reaksi ini disebut reaksi esterifikasi yang berkatalis asam yang merupakan reaksi reversible. Bentuk umum ester yaitu:
O
R C O R Rumus struktur dari metil benzoat yaitu: BAB I Pendahuluan
Prarancangan Pabrik Metil Benzoat Dari Metanol dan Asam Benzoat Kapasitas 10.000 ton / tahun
6
O C
O
CH3 (Vogel,1979)
1. 4. 1 Macam-macam Proses Pembuatan Pembuatan metil benzoat melalui proses esterifikasi dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu: a. Reaksi antara Metanol dengan Asam Benzoat Proses pembuatan metil benzoat dapat dilakukan dengan cara mereaksikan asam benzoat dengan metanol menjadi metil benzoat dan air. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: C6H5COOH + CH3OH
C6H5COOCH3 + H2O
Perbandingan umpan masuk reaktor antara asam benzoat : metanol adalah 1 : 6,2. Reaksi tersebut berjalan pada suhu 65°C dan tekanan 1,5 atmosfer. Pada umumnya digunakan katalisator asam sulfat (H2SO4) karena dapat bekerja maksimal sebagai katalis pada reaksi eterifikasi. (U.S patent Pub. No USApp20070149802) Pada reaksi esterifikasi diatas akan menghasilkan konversi 90% atas asam benzoat dan diproses secara kontinyu.
b. Reaksi antara Etil Benzoat dan Metanol
BAB I Pendahuluan
Prarancangan Pabrik Metil Benzoat Dari Metanol dan Asam Benzoat Kapasitas 10.000 ton / tahun
7
Cara lain untuk membuat metil benzoat dapat juga dilakukan dengan cara mereaksikan etil benzoat dengan metanol menghasilkan metil benzoat dan etanol. Reaksinya adalah sebagai berikut : C6H5COOC2H5 + CH3OH
C6H5COOCH3 + C2H5OH
Reaksi ini jika berjalan pada suhu kamar dan tidak ditambahkan katalisator, maka akan sangat lambat untuk mencapai kesetimbangan. Katalis yang biasanya digunakan adalah sodium alkoksid dan hanya mampu mencapai konversi maksimal 53%. (Groggins, 1958) 1. 4. 2 Alasan Pemilihan Proses Pada tabel 1.4 dan 1.5 dapat dilihat perbandingan kedua proses tersebut. Tabel 1.4 Perbandingan Proses Pembuatan Metil Benzoat Variable Bahan baku
Proses 1
Proses 2
Asam Benzoat
Etil Benzoat
Metanol
Metanol
Suhu
65 °C
Suhu kamar
Tekanan
1 atm
1 atm
Katalis
Asam sulfat
Sodium etoksid
Konversi
80-90 %
53 %
Umpan masuk
1 : 6,2
1:1
Kondisi Operasi :
Tabel 1.5 Kelebihan dan Kekurangan Proses
BAB I Pendahuluan
Prarancangan Pabrik Metil Benzoat Dari Metanol dan Asam Benzoat Kapasitas 10.000 ton / tahun
Proses
8
Kelebihan
Kekurangan
Reaksi Metanol dan Asam Benzoat
Konversi dapat mencapai 80-90%
Bahan baku asam benzoat masih harus diimpor dari Cina
Reaksi Etil Benzoat dan Metanol
Kondisi operasi menggunakan tekanan dan suhu ruangan
Konversi 53 %
Dari kedua proses tersebut dipilih proses 1 yaitu pembuatan metil benzoat dengan cara mereaksikan asam benzoat dengan Metanol untuk menghasilkan Metil benzoat dan air, karena mempunyai banyak kelebihan dibandingkan dengan proses 2 (pembuatan metil benzoat denan cara mereaksikan etil benzoat dan metanol). Dari segi ekonomi, proses 1 memiliki potensial ekonomi yang tinggi, sedangkan proses 2 memiliki potensial ekonomi rendah. Selain itu pada proses 1 konversi yang dapat dicapai lebih tinggi (8090%) jika dibandingkan dengan proses 2 yang hanya mencapai konversi 53%.
1. 4. 3 Kegunaan Produk Kegunaan metil benzoat antara lain adalah sebagai pelarut cat, zat aditif untuk pestisida, desinfektan, insektisida, fungisida, solven untuk selulosa, ester, resin karet, dan karena sifatnya yang tidak beracun dan tidak berbahaya maka metil benzoat juga dipakai dalam berbagai industri makanan, farmasi, parfum dan kosmetika.
BAB I Pendahuluan
Prarancangan Pabrik Metil Benzoat Dari Metanol dan Asam Benzoat Kapasitas 10.000 ton / tahun
9
1. 4. 4 Sifat Fisis dan Kimia A. Bahan Baku 1. Asam Benzoat -
Rumus Molekul : C6H5COOH
-
Wujud
: padatan kristal
-
Berat Molekul
: 122,12 kg/kgmol
-
Titik Didih
: 249,2 oC
-
Titik Lebur
: 121,7 oC
-
Suhu Kritis
: 479 oC
-
Tekanan Kritis
: 45 atm
-
Densitas, g/ml
: 1,266 kg/lt (30 oC)
-
Kelarutan
: 71,5 gr/100 gr methanol ( Perry, 1950)
2. Metanol -
Rumus Molekul : CH3OH
-
Wujud
: Cair
-
Berat Molekul
: 32,042 kg/kgmol
-
Titik Didih
: 64,7 oC
-
Titik Beku
: -97,8 oC
-
Suhu Kritis
: 239,6 oC
-
Tekanan Kritis
: 79,9 atm
-
Densitas, g/ml
: 0,7920 kg/lt (20 oC)
-
Kenampakan
: Bening
BAB I Pendahuluan
Prarancangan Pabrik Metil Benzoat Dari Metanol dan Asam Benzoat Kapasitas 10.000 ton / tahun
-
Sp gr
10
: 1,266 ( Perry, 1950)
3. Toluen -
Rumus Molekul : C6H5CH3
-
Berat Molekul
: 92,13 kg/kgmol
-
Titik Didih
: 110,8 oC (1 atm)
-
Densitas
: 0,866 g/ml
-
Suhu Kritis
: 320,6 oC
-
Tekanan kritis
: 41,6 atm ( Perry, 1950)
B. Bahan Pembantu 1. Asam Sulfat -
Rumus Molekul : H2SO4
-
Wujud
: Cair
-
Berat Molekul
: 98,08 kg/kgmol
-
Titik Didih
: 340 oC
-
Titik Beku
: 1,8357
-
Densitas, g/ml
: 1,843 kg/lt (30 oC)
-
Kenampakan
: Bening
-
Sp gr
: 1,3857
-
Impurities
: 2% air ( Perry, 1950)
2. Sodium Hidroksida
BAB I Pendahuluan
Prarancangan Pabrik Metil Benzoat Dari Metanol dan Asam Benzoat Kapasitas 10.000 ton / tahun
11
-
Rumus Molekul : NaOH
-
Wujud
: cair
-
Berat Molekul
: 40 kg/kgmol
-
Kelarutan
: 119 gr/100 gr air (25 oC)
-
Densitas, g/ml
: 1,563 kg/lt (30 oC)
-
Sp gr
: 1.330 ( Perry, 1950)
-
Komposisi
: 48 % NaOH, 52 % Air (www.PT. CCM Indonesia.com)
C. Produk 1. Metil Benzoat -
Rumus Molekul : C6H5COOCH3
-
Wujud
: Cair, tidak larut dalam air, larut dalam
alkohol -
Berat Molekul
: 136,14 kg/kgmol
-
Titik Didih
: 198 oC
-
Densitas
: 1,087 kg/lt
-
Suhu Kritis
: 419 oC
-
Tekanan Kritis
: 36 atm ( Perry, 1950)
2. Air -
Rumus Molekul
: H2O
-
Wujud
: Cair
BAB I Pendahuluan
Prarancangan Pabrik Metil Benzoat Dari Metanol dan Asam Benzoat Kapasitas 10.000 ton / tahun
12
-
Berat Molekul
: 18 kg/kgmol
-
Titik Didih
: 100 oC (1 atm)
-
Titik Beku
: 0 oC (1 atm)
-
Densitas, g/ml
: 1 gr/ml
-
Kenampakan
: Jernih
-
Suhu Kritis
: 374,15 oC (cair)
-
Tekanan Kritis
: 281,4 atm (cair)
-
Panas Penguapan (25 oC)
: 170,12 kcal/mol
-
ΔHf° H20
: -68,3150 kcal/mol ( Perry, 1950)
1. 5 Tinjauan Proses Secara Umum Proses yang dipilih adalah pembuatan metil benzoat dengan cara mereaksikan asam benzoat dengan metanol untuk menghasilkan metil benzoat dan air. Proses ini menggunakan bahan baku metanol 99 % dan kristal asam benzoat 98,5 %. Metanol dan kristal asam benzoat diumpankan ke dalam reaktor untuk mencapai konversi 90 %. Di dalam reaktor terjadi reaksi esterifikasi asam benzoat oleh metanol menjadi metil benzoat dan air dengan menggunakan katalisator asam sulfat. Reaktor yang digunakan adalah reaktor alir tangki berpengaduk dengan kondisi operasi pada suhu 65 °C dan tekanan 1,5 atm. Proses yang terjadi eksotermis sehingga diperlukan pendingin sebagai penyerap panas reaksi. Hasil dari reaktor dialirkan ke netralisator sebagai
BAB I Pendahuluan
Prarancangan Pabrik Metil Benzoat Dari Metanol dan Asam Benzoat Kapasitas 10.000 ton / tahun
13
penetral digunakan Na0H 10%. Dalam netralisator terjadi reaksi antara asam sulfat dan NaOH dan reaksi antara sisa asam benzoat dengan NaOH menjadi natrium sulfat dan natrium benzoat. Arus keluar netralisator diumpankan ke dalam dekanter. Campuran natrium sulfat dan natrium benzoat pada dasar dekanter dikumpulkan ke penampung, sedangkan hasil atas dekanter yang terdiri dari metanol, air, toluen dan metil benzoat diumpankan ke menara distilasi 1 untuk dimurnikan. Metanol diperoleh sebagai hasil atas MD 1 dialirkan untuk di recycle ke mixer. Hasil bawah MD 1 berupa metanol, air , toluen dan metil benzoat diumpankan ke MD 2 untuk memperoleh metil benzoat 99% sebagai produk bawah MD 2.
BAB I Pendahuluan
