BAB I PENDAHULUAN. Prarancangan Pabrik N-Butil Akrilat dari Asam Akrilat dan N-Butanol Menggunakan Distilasi Reaktif Kapasitas 60

Prarancangan Pabrik N-Butil Akrilat dari Asam Akrilat dan N-Butanol Menggunakan Distilasi Reaktif Kapasitas 60.000 Ton/Tahun

BAB I PENDAHULUAN

I.1.

Latar Belakang Pendirian Pabrik Perkembangan

industri

sebagai

bagian

usaha

pembangunan

ekonomi jangka panjang diarahkan sebagai pembentuk struktur ekonomi yang lebih kokoh dan seimbang. Dengan perkembangan peradaban manusia,

dunia

meningkatkan maupun

industri

khususnya

teknologinya,

baik

industri

dengan

kimia

dituntut

lebih

penemuan-penemuan

baru

pengembangan teknologi sebelumnya.

Di Indonesia,

industri

kimia kini mulai berkembang dan merupakan salah satu tulang punggung pendorong

pertumbuhan

industri-industri

lainnya,

misalnya

industri

polimer. Salah satu bahan dasar pembuatan produk polimer adalah ester akrilat misalnya n-Butil Akrilat. N-Butil Akrilat dapat di aplikasikan pada kehidupan

sehari-hari dan di berbagai industri (Ostaniewicz-Cydzik,

2014). Biasanya N-Butil Akrilat diproduksi dengan dua reaktor seri dan tiga menara distilasi untuk proses pemurnian produk. Hal ini tentu akan membutuhkan banyak biaya, untuk itu ditawarkan alternatif yang lebih baik

menggunakan

distilasi

reaktif.

Distilasi

reaktif

menggabungkan

proses pereaksian dengan proses pemisahan sekaligus, dan tentunya akan menghemat biaya peralatan (Ostaniewicz-Cydzik, 2014). Selama ini dilakukan impor guna memenuhi kebutuhan n-Butil Akrilat di Indonesia. Selain pertimbangan tersebut, pendirian pabrik ini dapat menciptakan lapangan kerja baru, memacu pertumbuhan industriindustri baru baik industri penghasil bahan baku untuk n-Butil Akrilat, seperti Asam Akrilat dan n-Butanol, maupun industri-industri polimer yang menggunakan n-Butil Akrilat sebagai bahan bakunya, mengurangi ketergantungan pada negara asing dan menigkatkan pendapatan negara dari sektor industri, serta menghemat devisa negara.

BAB I Pendahuluan 1

2 Prarancangan Pabrik N-Butil Akrilat dari Asam Akrilat dan N-Butanol Menggunakan Distilasi Reaktif Kapasitas 60.000 Ton/Tahun

I.2.

Kapasitas Rancangan Kapasitas produksi pabrik berpengaruh pada perhitungan teknis maupun ekonomis, tetapi terdapat faktor-faktor lain menentukan produksi, yaitu : kebutuhan pasar, kapasitas minimum pabrik dan ketersediaan bahan baku. Pabrik ini direncanakan akan di bangun pada tahun 2017 dan beroperasi tahun 2019. Pada tahun 2005, kebutuhan n-Butil Akrilat di luar negeri terbesar di Eropa Utara mencapai 459.820 ton/tahun. Sedangkan berdasarkan

data

statistik,

kebutuhan

n-Butil Akrilat

di Indonesia

mengalami fluktuasi. Kebutuhan n-Butil Akrilat, diimpor setiap tahun dari tahun 2010 sampai tahun 2013 dapat dilihat pada Tabel I-1. Tabel I.1 Data Kebutuhan Impor n-Butil Akrilat di Indonesia Tahun

Kebutuhan n-Butil Akrilat (Ton / Tahun) 26.806,574 25.800,066 27.342,138 29.464,004 Sumber : bps.go.id, 2015

2010 2011 2012 2013

Data Impor (Ton/Tahun)

40,000.00

y = 951.44x + 24975

30,000.00

20,000.00

10,000.00

2010

2011

2012

Gambar I.1 Data Impor N-Butil Akrilat Di Indonesia

BAB I Pendahuluan

2013


Untuk memprediksi kebutuhan import tahun 2019, diperlukan persamaan trendline y = 951,44x + 24.975 dengan y adalah jumlah N-Butil Akrilat impor

tahun

ke-x.

Jadi pada tahun 2019

diperkirakan Indonesia

membutuhkan n-Butil Akrilat sebesar 34.489,4 ton/tahun. Kapasitas pabrik harus didirikan diatas kapasitas minimum atau minimal sama dengan pabrik yang sudah ada. Hal tersebut dikarenakan pabrik yang telah didirikan tentunya telah memiliki analisis ekonomi mengenai

kapasitas

yang

sesuai

dan

memberikan

keuntungan.

Pertimbangan kapasitas dari beberapa pabrik yang sudah berdiri dapat dilihat pada Tabel I.2 Tabel I.2 Daftar pabrik n-Butil Akrilat yang telah berdiri Pabrik Rohm and Haas Co. DOW Chemical PT. Nippon Shokubai

Lokasi U.S. U.S. Indonesia

Kapasitas (ton/tahun) Proses 140.000 Esterifikasi 46.000 Esterifikasi 40.000 Esterifikasi Sumber : Ostaniewicz-Cydzik, 2014

Dari Tabel I.2 diketahui bahwa kapasitas minimum pabrik n-Butil Akrilat yang sudah berdiri adalah 40.000 ton/tahun di Indonesia. Ketersediaan

bahan

baku perlu diperhatikan guna menjamin

kontinuitas produksi suatu pabrik. Bahan baku pembuatan n-butil akrilat adalah asam akrilat dan n-butanol. Bahan baku asam akrilat diperoleh dari PT. Nippon Shokubai, Cilegon berkapasitas produksi 80.000 ton/tahun dan n-butanol diperoleh dari PT. Oxo Nusantara, Gresik dengan kapasitas produksi 60.000 ton/tahun. Dari perhitungan, untuk memproduksi 1 ton nButil Akrilat dibutuhkan 0,702 ton Asam Akrilat dan 0,888 ton n-Butanol. Kapasitas produksi dirancang tidak terlalu besar agar kedua perusahaan tersebut tetap dapat mensuplai bahan baku. Dengan mempertimbangkan faktor-faktor pemilihan kapasitas pabrik diatas, maka ditetapkan kapasitas pabrik n-Butil Akrilat 60.000 ton/tahun guna memenuhi kebutuhan dalam negeri dan ekspor ke luar negeri.

BAB I Pendahuluan


I.3.

Pemilihan Lokasi Pabrik Pabrik n-Butil Akrilat akan didirikan di kawasan industri Cilegon, Banten dengan mempertimbangkan kedekatan dengan sumber bahan baku Asam Akrilat diperoleh dari PT. Nippon Shokubai, Cilegon. Kawasan Industri Cilegon memiliki sarana dan prasarana yang memadai mulai dari sarana transportasi dan kedekatan dengan pelabuhan penyeberangan merak (jarak 12 km). Sarana pendukung seperti ketersediaan air dapat langsung mengambil dari air laut, pengadaan listrik dari PLN setempat (PLTU Suralaya) dan generator sebagai cadangan, kebutuhan bahan bakar dapat diperoleh dari PT. Pertamina (Persero). Pemilihan kawasan industri Cilegon sebagai lokasi pabrik juga didasarkan pada kedekatannya dengan pasar, diantaranya dua produsen cat besar seperti PT. Nipsea Paint dan ICI Paint Indonesia di Tangerang. Berdasar data kementrian perindustrian tahun 2014 kedua industri tersebut berkapasitas produksi 225.500 ton/tahun. Rata-rata 15% dari kapasitas produksi adalah produk interior coating yang berbahan baku n-Butil Akrilat 15% berat. Jadi untuk dua produsen cat diatas membutuhkan setidaknya 10.000 ton n-Butil Akrilat per tahunnya. Produk n-Butil Akrilat juga bisa didistribusikan ke produsen cat skala menengah disekitar Jawa Barat dan Jakarta seperti Dana Paint, Gajah Tunggal

Prakasa,

Jotun

Indonesia,

Pacific

Dwiyoga

Putra.

Selain

digunakan untuk bahan cat produk akan dijual ke distributor bahan kimia skala lab disekitar Cilegon yang untuk saat ini dipenuhi dari luar negeri. Selain faktor diatas, pemilihan cilegon karena memiliki kemudahan dalam perizinan, pajak dan lain-lain yang menyangkut teknis pelaksanaan pendirian suatu pabrik. Dari beberapa keunggulan di atas maka Cilegon dirasa tepat untuk lokasi pendirian pabrik n-Butil Akrilat. Buangan air pendingin dari air laut dialirkan kembali ke laut tanpa pengolahan terlebih dahulu. Limbah cair yang mengandung larutan kimia diolah terlebih dahulu di Waste Water Treatment sebelum dialirkan ke laut. Sehingga di pilih lokasi dekat dengan laut sesuai Gambar I.2.

BAB I Pendahuluan


Gambar I.2

I.4.

Peta Lokasi Pabrik

Tinjauan Pustaka Ester dihasilkan apabila asam karboksilat dipanaskan bersama alkohol dengan bantuan katalis (H+) (persamaan I-1). reaksi esterifikasi berlangsung lambat dan dapat balik (reversible). Reaksi esterifikasi NButil Akrilat dapat berlangsung dari Asam Akrilat dengan N-Butanol, dan air sebagai hasil sampingnya. Reaksi yang berlangsung sesuai dengan persamaan I-1 (Ostaniewicz-Cydzik, 2014).

…… (I-1) ⇋

(Asam Akrilat) + (n-Butanol) Reaksi menggunakan

ini

sangat

homogen

lambat katalis

(n-Butil Akrilat) + (Air) dan

(sulfuric

bisa acid,

berlangsung hidroflouric

dengan acid,

paratoluenesulfonic acid, dll.) atau heterogen katalis (oksida maupun resin). Bisa juga menggunakan katalis padat seperti Amberlyst, Lewatit (Ostaniewicz-Cydzik, 2014).

BAB I Pendahuluan


I.4.1. Macam-macam Proses Pembuatan N-Butil Akrilat Beberapa proses pembuatan n-butil akrilat, yaitu : 1. Proses Reppe Menggunakan bahan baku asetilen yang direaksikan dengan karbon monoksida dan senyawa alkohol dalam suasana asam. Reaksi berlangsung pada suhu 40 o C dan tekanan 1 atm dengan rasio mol asetilen : karbon monoksida = 1: 1,1 . Reaksi yang terjadi sesuai dengan persamaan I-2. 4 C2 H2 + 4 R-OH + Ni(CO)4 + 2 HCL  4 CH2 =CHCOOR + H2 + NiCl2 ……(I-2) Proses ini ditinggalkan karena kesulitan dalam penanganan sifat racun dan mahalnya Nikel Karbonil (Kirk and Othmer, 1991).

2. Proses Etilen Sianohidrin Etilen Sianohidrin dibuat terlebih dahulu dari etilen oksida dan asam sianida kemudian dihidrolisa menjadi asam akrilat dengan hasil samping ammonium sulfat. Produk ini selanjutnya direaksikan dengan alkohol membentuk ester akrilat. Proses ini tidak digunakan lagi karena sulitnya penanganan sianida dan limbah Amonium sulfat (Kirk and Othmer, 1991).

3. Proses Goodrich (Ketene Process) Pada proses ini digunakan bahan baku keten kemudian direaksikan dengan formaldehid

membentuk

β-propialaktone

(bersifat

racun),

kemudian

direaksikan dengan alcohol membentuk ester akrilat. Proses ini tidak begitu lama digunakan karena melalui beberapa tahapan reaksi dan hasil βpropialaktone merupakan bahan beracun (Mc. Ketta, 1977).

4. Proses Esterifikasi Asam Akrilat Dengan Reactive Distillation Proses

pembuatan

ester

(persamaan

I-3)

dapat dilakukan dengan

menggunakan reactive distillation (Ostaniewicz-Cydzik, 2014). CH2 = CHCOOH + C 4 H9 OH (Asam Akrilat)

BAB I Pendahuluan

+ (Butanol)

CH2 = CHCOOC 4 H9 + H2 O ...(I-3) (n-Butil Akrilat)

+ (Air)


Reactive distillation merupakan suatu alat yang menggabungkan antara proses reaksi kimia dan proses distilasi ke dalam satu unit proses. Dalam beberapa kasus, ketika kesetimbangan reaksi termodinamika dapat membatasi

perolehan

kesetimbangan. tersebut

konversi

Penggabungan

memberikan

maka

antara

konversi

diperlukan

proses

yang

penggeseran

reaksi dan

maksimal

dengan

pemisahan menggeser

kesetimbangan kearah produk. Distilasi reaktif merupakan proses yang sederhana dengan arus recycle yang sedikit dibanding proses lainnya yang membutuhkan

peralatan

berlebih.

Selain

itu

juga

meminimalkan

kebutuhan untuk pengolahan limbah sehingga dapat mengurangi biaya operasi dan investasi. Proses dijalankan pada suhu antara 70 o C – 130 o C, didapatkan konversi asam akrilat terhadap pembentukan N-Butil Akrilat maksimal sebesar 97% (I-Lung, 2014). Dari keempat proses pembuatan N-Butil Akrilat yang telah diuraikan di atas,

dipilih proses pembuatan n-Butil Akrilat proses

esterifikasi

Akrilat

pertimbangan

Asam

konversi

tinggi,

dengan

reactive

prosesnya

distillation

ramah

lingkungan,

dengan tidak

menimbulkan racun, bahan baku relatif mudah diperoleh, hanya satu tahapan reaksi yaitu esterifikasi, serta mengurangi arus recycle karena hanya ada satu arus recycle yaitu refluk. Perbandingan keempat proses pembuatan N-Butil Akrilat dapat dilihat pada Tabel I.3.

BAB I Pendahuluan


Tabel I.3 Perbandingan Beberapa Proses Produksi n-Butil Akrilat Proses

Reppe

Bahan baku

Asetilen n-butanol nikel karbonil asam klorida

Etilen Sianohidrin Etilen oksida HCN Asam sulfat Alcohol

40 o C, 1 atm

-

-

1 tahap Tangki berpengaduk Hydrogen Ni-kloride - Kesulitan dalam penanganan racun - Mahalnya nikel karbonil

2 tahap

2 tahap

-

-

Kondisi proses Reaksi Reaktor Produk samping

Kelemahan

Kelebihan

BAB I Pendahuluan

-

- Timbul masalah dalam penanganan HCN dan limbah NH4 HSO 4

-

Goodrich (ketene) Asam akrilat Formaldehid Alcohol

Ammonium acid sulfate - Melalui banyak tahapan reaksi. - Produk bersifat racun.

-

Esterifikasi Asam akrilat n-butanol 70-130 o C, 1 atm 1 tahap Reactive distillation Air

-

- Satu tahap reaksi. - Konversi tinggi. - Kemurnian tinggi. - Tidak menimbulkan racun. - Mengurangi arus recycle. - Efisiensi alat.


I.4.2

Kegunaan produk Normal

Butil

Akrilat

monomer

dipakai

sebagai

chemical

intermediate pada produksi resin polimer (emulsion polymers). Senyawa n-Butil Akrilat

juga digunakan sebagai penghasil homopolimer dan

kopolimer bersama monomer-monomer lain misalnya asam akrilat dan garamnya, amida dan ester methakrilat, akrilonitril, asam maleat, vinil asetat, vinil klorida, stirena, butadiene, unsaturated polyester dan drying oil. Polimer dan kopolimer ini digunakan dalam berbagai macam produk misalnya

zat-zat

pendispersi

atau

pelarut

(European

Centre

for

Ecotoxicology and Toxicology of Chemical, 2015). Normal Butil Akrilat digunakan pula dalam industri pelapisan (cat) dan tinta, bahan perekat, seal, tekstil, plastic dan elastomer. Aplikasinya dalam industri pelapisan antara lain pembentukan lateks, pendispersi terhadap air, dan dipakai pada pabrik peralatan otomotif original, serta dalam

refinishing

material

sebagai

bahan

perekat.

N-butil

akrilat

digunakan dalam industri-industri tekstil dan konstruksi. Produk-produk industri tekstil mengandung n-butil akrilat antara lain fiber, warp, sizing, thickener dan back coat formulation (adhesives). Dalam industri plastik, nButil Akrilat merupakan bahan dasar bagi beberapa modifikasi PVC dan molding atau extrusion additive (Basic Acrylic Monomer Manufacturies Inc., 2015). Pada tahun 2005 39% butil akrilat yang dihasilkan dijadikan bahan pelapis. Selain itu butil akrilat digunakan sebagai bahan comonomer untuk polietilen, kurang lebih 25% dari butil akrilat yang dihasilkan. Sisanya dijadikan sebagai perekat, dll. (International chemical Information Service, 2005)

BAB I Pendahuluan


I.4.3. Sifat-Sifat Fisis Dan Kimia I.4.3.1. Sifat-Sifat Fisis Dan Kimia Bahan Baku a. Asam Akrilat Sifat Fisika (Yaws, 1999) : Nama IUPAC

: prop-2-enoic acid

Rumus Molekul

: C3 H4 O2

Berat Molekul

: 72,06 g/mol

Titik Leleh

: 12,5 o C (pada 1 atm)

Titik Didih

: 141,2 o C (pada 1 atm)

Densitas

: 1,0519g/ml (pada 25 o C)

Kelarutan

: Larut sempurna dalam air (1x106 ppm pada 25 o C) dan pelarut organic (alkohol, kloroform, benzen)

Viskositas

: 1,22 cP (pada 25o C)

Sifat Kimia (Kirk and Othmer, 1991) : 

Reaksi Esterifikasi Reaksi esterifikasi terjadi jika asam akrilat direaksikan dengan suatu alcohol membentuk ester dari asam akrilat dan air CH2 = CHCOOH + ROH



CH2 = CHCOOR + H2 O

Reaksi Adisi Reaksi adisi terjadi jika asam akrilat diadisi dengan halogen, hidrogen dan hidrogen sianida CH2 = CHCOOH + HX

BAB I Pendahuluan

H2 CX – CHCOOH


b. N-butanol Sifat Fisika (Yaws, 1999) : Nama IUPAC

: n-Butil Alkohol

Rumus Molekul

: C4 H10 O

Berat Molekul

: 74,12 g/mol

Titik Leleh

: -89,9 o C (pada 1 atm)

Titik Didih

: 117,6 o C (pada 1 atm)

Densitas

: 0,811 g/ml (pada 20o C)

Kelarutan

: 6 x 104 ppm (pada 25 o C)

Viskositas

: 2,544 cP (pada 25 o C)

Sifat Kimia (Fessenden & Fessenden, 1986) :  Reaksi Esterifikasi Reaksi esterifikasi antara n-butanol dengan asam organic akan membentuk ester dan air CH2 = CHCOOH + ROH → CH2 = CHCOOR + H2 O 

Reaksi Subtitusi Reaksi subtitusi antara n-butanol dengan HCL dengan bantuan katalis ZnCl2 menghasilkan butyl klorida C4 H9 OH + HCl → C4 H9 Cl + H2 O

BAB I Pendahuluan


I.4.3.2. Sifat Fisis Dan Kimia Produk a. N-butil akrilat Sifat Fisika (Yaws, 1999) : Nama IUPAC

: butyl prop-2-enoate

Rumus Molekul

: C7 H12 O2

Berat Molekul

: 128,1689 g/mol

Titik Didih

: 145 o C (pada 1 atm)

Titik Leleh

: -64,6 o C (pada 1 atm)

Kelarutan

: 2000 ppm (pada 25o C)

Densitas

: 0,8898 g/ml (pada 20 o C)

b. Air Sifat Fisika (Yaws, 1999) : Nama IUPAC

: Oxidane

Rumus Molekul

: H2 O

Berat Molekul

: 18,01528 g/mol

Titik Didih

: 99,974 o C pada 1 atm

Titik Leleh

: 0 o C pada 1 atm

Kelarutan

: sangat larut dalam etanol, methanol dan acetone

Densitas

: 0,9950 g/ml pada 25 o C

Viskositas

: 0,8949 cP pada 25 o C

BAB I Pendahuluan

BAB I PENDAHULUAN. Prarancangan Pabrik N-Butil Akrilat dari Asam Akrilat dan N-Butanol Menggunakan Distilasi Reaktif Kapasitas 60

Recommend Documents