Tugas PPK
Prarancangan Pabrik Sodium Karboksimetil Selulosa Kapasitas 8.000 ton/tahun
DAFTAR ISI
Halaman judul Lembar pengesahan Lembar pernyataan Kata Pengantar
i
Daftar Isi
iii
Intisari
iv
BAB I. Pengantar
1
I. Latar Belakang II. Tinjauan Pustaka
1 3
BAB II. Uraian Proses
7
BAB III. Spesifikasi Bahan
9
BAB IV. Diagram Alir Kualitatif dan Kuantitatif
11
BAB V. Neraca Massa
13
BAB VI. Neraca Panas
19
BAB VII. Spesifikasi Alat
25
BAB VIII. Utilitas
53
BAB IX. Tata Letak Pabrik
61
BAB X. Pertimbangan Aspek Keselamatan, Kesehatan Kerja, dan Lingkungan 67 BAB XI. Struktur Organisasi
79
BAB XII. Evaluasi Ekonomi
91
BAB XIII. Kesimpulan
111
Daftar Pustaka
112
Lampiran
114
Risqi Putri Nur Priatma (09/284920/TK/35557) Aitia Mulyawati Widiyannita (09/289125/TK/36011)
iii
Tugas PPK
Prarancangan Pabrik Sodium Karboksimetil Selulosa Kapasitas 8.000 ton/tahun
BAB I PENGANTAR
I.
Latar Belakang Indonesia merupakan salah satu negara dengan penduduk terbesar di dunia
dengan sumber daya alam yang kaya. Potensi ini cukup membuat Indonesia bisa menjadi negara yang kuat. Faktor ini seharusnya bisa membuat era pertumbuhan ekonomi di Indonesia menjadi lebih baik. Pada kenyataannya, Indonesia masih merupakan negara yang berkembang. Sektor industri merupakan salah satu sektor penting yang mempengaruhi pertumbuhan ekonomi di Indonesia. Untuk itu perlu dibangun kekuatan industri yang baik agar ekonomi Indonesia kuat di mata dunia. Sodium carboxymethylcellulose merupakan senyawa turunan dari selulosa yang mempunyai peranan penting pada berbagai industri. Pada industri makanan, Na-CMC digunakan sebagai stabilizer, thickener, adhesive, dan emulsifier. Di industri deterjen, Na-CMC berfungsi sebagai antiredeposisi kotoran pada kain saat pencucian. Selain pada industri makanan, Na-CMC juga dibutuhkan pada industri farmasi, kosmetik, kertas, perekat, keramik, deterjen, tekstil, dan oil refinery. Pada industri tekstil Na-CMC digunakan sebagai pengental tinta bahan celupan. Produk Na-CMC yang lebih murni digunakan pada industri makanan dan farmasi dimana diperlukan pengentalan, rheology control, penstabil emulsi, dan pengontrolan kandungan air. Secara global, konsumsi Na-CMC paling tinggi pada industri deterjen. Selama ini Na-CMC diimpor dari luar negeri. Kebutuhan Na-CMC di Indonesia sementara hanya dipenuhi oleh 2 pabrik dengan kapasitas 6.000 ton per tahun dan 500 ton per tahun (BPS, 2003). Dari data ekspor impor yang disediakan oleh BPS, Indonesia masih mengimpor lebih banyak Na-CMC daripada mengekspor Na-CMC.
Risqi Putri Nur Priatma (09/284920/TK/35557) Aitia Mulyawati Widiyannita (09/289125/TK/36011)
1
Tugas PPK
Prarancangan Pabrik Sodium Karboksimetil Selulosa Kapasitas 8.000 ton/tahun
Tabel I. Daftar Ekspor-Impor Na-CMC pada Berbagai Tahun
No. 1 2 3 4 5
Tahun 2007 2008 2009 2010 2011
Jumlah Ekspor Na-CMC, kg 901.979 625.189 770.882 328.299 271.868
Jumlah Impor Na-CMC, kg 5.415.417 6.490.148 7.059.197 7.598.771 7.463.951
Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa ekspor Na-CMC semakin berkurang tiap tahunnya, sedangkan impor Na-CMC semakin bertambah, sehingga dapat disimpulkan bahwa kebutuhan Na-CMC di Indonesia semakin bertambah tiap tahunnya. Kebutuhan Na-CMC yang dibutuhkan di Indonesia dapat diperkirakan dengan mengurangkan jumlah impor Na-CMC dengan jumlah Na-CMC yang diekspor. 8000 7000 6000 5000 kebutuhan carboxymethyl cellulose
4000 3000 2000 1000 0 2008
2009
2010
2011
Gambar I.1. Grafik Kebutuhan Carboxymethyl Cellulose di Indonesia Tahun 2008-2011 Grafik tersebut menunjukkan kebutuhan Na-CMC tiap tahunnya. Dengan menggunakan regresi linear, kebutuhan Na-CMC di Indonesia diperkirakan mencapai 9.600 ton/tahun. Untuk memenuhi kebutuhan Na-CMC tersebut, pabrik
Risqi Putri Nur Priatma (09/284920/TK/35557) Aitia Mulyawati Widiyannita (09/289125/TK/36011)
2
Tugas PPK
Prarancangan Pabrik Sodium Karboksimetil Selulosa Kapasitas 8.000 ton/tahun
ini direncanakan memiliki kapasitas sebesar 8.000 ton/tahun untuk mengurangi impor Na-CMC dari luar negeri. Dengan memperhatikan hal-hal tersebut, maka pendirian Pabrik Sodium carboxymethyl cellulose di Indonesia perlu dikaji lebih mendalam untuk mendatangkan investasi yang menguntungkan di masa datang.
II.
Tinjauan Pustaka Natrium carboxymethyl cellulose merupakan eter polimer selulosa yang
bersifat anion. Natrium carboxymethyl cellulose (Na-CMC) biasa disebut cellulose
gum. Na-CMC dapat dibuat dengan cara mereaksikan asam
monokhlorosasetat, dapat berupa asam maupun garam natriumnya, dengan selulosa alkali. Na-CMC bersifat biodegradable, tidak berwarna, tidak berbau, tidak beracun, butiran atau bubuk yang larut dalam air namun tidak larut dalam larutan organik, memiliki rentang pH sebesar 6.5 sampai 8.0, stabil pada rentang pH 2 – 10, bereaksi dengan garam logam berat membentuk film yang tidak larut dalam air, transparan, serta tidak bereaksi dengan senyawa organik. Karboksimetil selulosa juga merupakan senyawa serbaguna yang memiliki sifat penting seperti kelarutan, reologi, dan adsorpsi di permukaan. Selain sifat-sifat itu, viskositas dan derajat substitusi merupakan dua faktor terpenting dari karboksimetil selulosa. Na-CMC memiliki berbagai viskositas antara 10 hingga lebih dari 50000 m Pa S untuk larutan 2%. Produk komersial Na-CMC memiliki degree of substitution (DS) berkisar 0,38-1,4. Na-CMC pertama diproduksi di Jerman pada tahun 1918 dan memperoleh paten pada tahun 1921. Produksi secara komersial di Amerika Serikat dimulai pada tahun 1943. Karena semakin tinggi permintaan Na-CMC, kapasitas produksi pada tahun 1943 sebesar 900 ton/tahun dapat dikembangkan menjadi 48000 ton/tahun pada tahun 1977. Secara garis besar, proses pembuatan karboksimetil selulosa meliputi tahapan proses alkalisasi, karboksimetilasi, pemanasan, netralisasi, dan pemurnian.
Risqi Putri Nur Priatma (09/284920/TK/35557) Aitia Mulyawati Widiyannita (09/289125/TK/36011)
3
Tugas PPK
Prarancangan Pabrik Sodium Karboksimetil Selulosa Kapasitas 8.000 ton/tahun
Proses pemurnian meliputi pencucian dan pengeringan. Proses alkalisasi dan netralisasi merupakan tahapan proses yang menentukan terhadap karakteristik karboksimetil selulosa yang dihasilkan. Alkalisasi merupakan reaksi antara selulosa dengan larutan soda (basa) menjadi alkali selulosa (selulosa bersifat larut dalam larutan soda). Karboksimetilasi merupakan reaksi antara alkali selulosa dengan senyawa natrium kloro asetat menjadi natrium karboksi metil selulosa (Na-CMC) yang membentuk larutan kental. Beberapa proses pembuatan Na-CMC yang telah diterapkan di industri adalah: 1. German Batch Process Proses ini merupakan proses pembuatan Na-CMC komersial pertama kali yang diterapkan di Jerman pada tahun 1918. Proses ini dikembangkan oleh Kalle and Co yang terletak di kota Wiesbaden-Biebrich. Proses ini menggunakan bahan baku bleached sulfit pulp. Bleaching sulfit pulp dengan ukuran 80 x 100 cm di-press menggunakan soda api. Tujuan pengepresan dengan soda api adalah memperoleh alkali selulosa. Alkali selulosa dihaluskan kemudian direaksikan dengan natrium monokhlor asetat kering, reaksi dilakukan dalam kneader. Hasil yang diperoleh adalah Na-CMC kering dan NaCl. Proses reaksi dilakukan selama 2 jam agar menghasilkan konversi 60-70% selulosa. 2. Proses yang dikembangkan Hercules Powder Co Proses ini dikembangkan pada tahun 1947 di Amerika Serikat. Proses ini merupakan proses pertama Na-CMC dikomersialkan sebagai bahan makanan yang aman. Proses ini mengembangkan proses dari German Batch Process pada tahap steeping dan pressing. Hasil yang didapat adalah Na-CMC dengan kemurnian 99%. 3. Proses yang dikembangkan Buckeye Proses ini menggunakan bahan baku berupa cotton linter. Cotton linter ini merupakan sumber selulosa yang dibentuk dalam bentuk continuous sheet. Sebelum direaksikan, cotton linter sheets direndam dalam bak hidrolisis yang berisi larutan HCl 15% pada suhu 70-80°C. Kemudian cotton linters
Risqi Putri Nur Priatma (09/284920/TK/35557) Aitia Mulyawati Widiyannita (09/289125/TK/36011)
4
Tugas PPK
Prarancangan Pabrik Sodium Karboksimetil Selulosa Kapasitas 8.000 ton/tahun
sheets dicuci dan dikeringkan sampai kadar air 10-25% dengan cara melewatkannya pada roll. Reaksi alkilasi dilakukan dengan membasahkan NaOH pada lembaran pada roll tersebut. Reaksi karboksimetilasi dilakukan dengan menambahkan asam monokhlor sasetat dan dilanjutkan dengan ripening untuk menyempurnakan reaksi. Sisa asam pada lembaran dinetralkan menggunakan gas CO2. Kemudian lembaran dikeringkan kembali hingga kadar air 3%. Lembaran dihaluskan menjadi tepung dalam mill. Proses ini diterapkan oleh perusahaan Procter & Gamble (P&G), sebuah perusahaan multinasional Amerika Serikat. 4. Proses yang dikembangkan oleh Wyandotte Bahan baku yang digunakan dalam proses ini adalah bleached sulfit pulp yang telah ditepungkan. Reaksi alkalinasi dan karboksilasi dilakukan pada reaktor yang berputar dengan 3 zona. Reaksi alkalisasi dilakukan pada zone 1 dengan cara menyemprotkan NaOH
untuk membentuk alkali
selulosa. Reaksi karboksilasi dilakukan pada zone 2 dengan cara menyemprotkan asam monokhlor asetat sehingga terbentuk Na-CMC. Reaksi karboksilasi disempurnakan di zone 3. Waktu tinggal tiap zona di reaktor berkisar 1 jam tiap zona, sehingga total waktu tinggal di reaktor selama 3 jam. Pencampuran disebabkan oleh efek tumbling selama bahan berjalan di reaktor. Setelah keluar dari reaktor, produk diperam selama 8 jam untuk menstabilkan ikatan. Produk yang diperoleh dihaluskan dan dikeringkan. Produk yang dihasilkan adalah Na-CMC dengan kemurnian 68% dan kadar air 5%. Pengotor pada produk adalah NaCl, Na-Glikolat, dan sisa selulosa. 5. Proses yang dipatenkan oleh Hoest (Jerman) Proses ini merupakan proses batch yang terdiri dari 8 jam reaksi dan 8 jam filtrasi. Reaksi berlangsung dalam reaktor vakum berpengaduk dan pendingin jaket. Selulosa direaksikan dengan NaOH lalu ditambah isopropanol hingga terbentuk alkali selulosa. Setelah reaksi alkalisasi selesai, kemudian reaksi dilanjutkan dengan reaksi eterifikasi dengan asam monokhloroasetat. Kemudian filtrasi di dalam vacuum batch filter. Setelah Risqi Putri Nur Priatma (09/284920/TK/35557) Aitia Mulyawati Widiyannita (09/289125/TK/36011)
5
Tugas PPK
Prarancangan Pabrik Sodium Karboksimetil Selulosa Kapasitas 8.000 ton/tahun
itu produk dicuci dengan campuran air, isopropanol, dan metanol. Proses ini digunakan oleh PT. Risjad Brasali Chemindo yang mulai beroperasi pada awal tahun 1994 dengan kapasitas 4000 ton/tahun. Proses yang dipilih adalah metode Wyandotte. Alasan dipilihnya metode Wyandotte karena proses ini salah satu proses yang kontinyu dibanding dengan proses-proses yang sudah ada lainnya. Kelebihan proses kontinyu antara lain lebih efisien waktu karena waktu jeda antar proses dapat dihindari, sedangkan proses batch memiliki waktu jeda untuk proses berikutnya. Untuk produksi yang besar, sebaiknya digunakan proses kontinyu karena produknya akan selalu tersedia sehingga kapasitas dapat terpenuhi. Untuk skala yang besar, biaya operasinya lebih kecil. Jika digunakan proses batch, perlu beberapa reaktor batch yang bekerja bergantian agar proses lebih kontinyu. Proses ini lebih mudah mendapatkan bahan baku yaitu berupa pulp yang ditepungkan, sedangkan proses lainnya membutuhkan cotton linter yang berbentuk lembaran yang harganya relatif lebih mahal dibanding harga pulp, serta selulosa murni yang lebih mahal harganya. Proses Wyandotte ini memiliki kemurnian produk sebesar 68%. Hal tersebut telah memenuhi syarat sebagai bahan baku produksi lain. Untuk memperoleh hasil Na-CMC dengan kemurnian lebih dari 90% sebenarnya bisa digunakan proses Hercules Powder Co, namun proses ini berlangsung secara batch sehingga kurang menguntungkan.
Risqi Putri Nur Priatma (09/284920/TK/35557) Aitia Mulyawati Widiyannita (09/289125/TK/36011)
6
