Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi Suspensi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun BAB I PENDAHULUAN
1.
Latar Belakang Pendirian Pabrik Polistirena (polystyrene) atau polivinil benzena merupakan resin sintesis jenis termoplastik yang mempunyai rumus kimia (C6H5CHCH2)n. Senyawa tersebut berbentuk padat, tahan benturan dan berfungsi sangat baik sebagai isolator, selain itu juga tahan terhadap asam-asam organik, bahan alkali, dan alkohol. Kelebihan lainnya adalah mudah diwarnai, dibentuk dan dicetak serta tidak menimbulkan efek beracun. Dengan sifat-sifat tersebut maka polistirena dapat diolah dalam bentuk lembaran, plat, batang, busa kaku (rigid foam) dan lain-lain. Polistirena yang diproduksi secara komersial terdiri dari tiga jenis yaitu General Purpose Polystyrene (GPPS), High Impact Polystyrene (HIPS), dan Expandable Polystyrene (EPS). Bentuk fisik dari ketiga bentuk tersebut tidak jauh berbeda. Produk yang terbesar diproduksi adalah kristal polistirena yang dikenal dengan sebutan General Purpose Polystyrene (GPPS) berupa butiran transparan. Perkembangan lebih lanjut adalah modifikasi karet yang dikenal dengan High Impact Polystyrene (HIPS). High Impact Polystyrene ini berupa butiran mirip GPPS namun berwarna putih, bersifat tidak tembus cahaya, lebih keras dan mudah dalam pembuatannya dibanding produk termoplastik lainnya. Jenis polistirena yang lainnya yang banyak digunakan adalah Expandable Polystyrene (EPS) yang berbentuk pellet transparan.
Bab I Pendahuluan 1
2 Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi Suspensi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun Kegunaan dari polistirena ini cukup luas, antara lain untuk isolasi atau bahan pelapis pada kawat/kabel, peralatan rumah tangga dari plastik, botol, perabotan rumah tangga, mainan anak-anak, bagian dari refrigerasi, radio, televisi, AC, bahan pembuat container, tempat baterai dan sebagainya. Dari kegunaan tersebut, dapat dilihat bahwa polistirena merupakan produk yang penting. Tetapi saat ini kebutuhan akan polistirena belum dapat terpenuhi secara keseluruhan oleh produksi dalam negeri, sehingga untuk mencukupi kebutuhan tersebut Indonesia harus mengimpor dari negara lain. Dengan mempertimbangkan data diatas, terutama besarnya peluang ekspor polistirena ke luar negeri, maka pendirian pabrik polistirena di Indonesia sangat tepat.
2.
Kapasitas Perancangan Ada beberapa pertimbangan yang perlu diperhatikan dalam pemilihan kapasitas pabrik polistirena yaitu:
2.1. Kebutuhan Polistirena di Indonesia Kebutuhan polistirena di Indonesia dalam kurun waktu lima tahun terakhir tidak konstan tergantung kebutuhan pabrik di Indonesia. Berdasarkan data UN Data, jumlah impor polistirena di Indonesia sejak tahun 2008 dapat dilihat pada Tabel 1.1.
Bab I Pendahuluan
3 Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi Suspensi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun Tabel 1.1 Data Impor Polistirena di Indonesia Tahun
Kebutuhan (ton)
2008
44.316
2009
39.760
2010
45.310
2011
57.901
2012
58.330 (UN Data, 2014)
Dari data impor polistirena (Tabel 1), terlihat bahwa kecenderungan kebutuhan impor indonesia semakin naik. Grafik impor polistirena di Indonesia ditunjukkan pada gambar 1.1.
y = 7.233,96x - 14.492.883,90 70.000 R² = 0,80 60.000 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 0 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Gambar 1.1
Bab I Pendahuluan
Grafik Impor Polistirena Indonesia
4 Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi Suspensi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun Dari regresi linier terhadap data impor polistirena didapatkan persamaan: y = 7.233,96x – 14.492.883,90. Pabrik polistirena direncanakan dibangun pada tahun 2018 dan akan beroperasi pada tahun 2020. Jadi untuk tahun 2020 diperkirakan impor polistirena + sebesar 35.000 ton.
2.2. Kapasitas Pabrik yang Telah Ada Dari produksi pabrik polistirena yang telah berdiri di Indonesia yaitu PT Polychem Lindo Inc, PT Pasific Indomas Plastik, dan PT Royal Chemical. Perusahaan ini mulai berproduksi pada tahun 1985 dengan kapasitas produksi 33.000 ton per tahun. PT Pacific Indomas Plastic Indonesia, mulai beroperasi pada tahun 1993 berlokasi di Serang, memiliki kapasitas produksi 50.000 ton per tahun.
Tabel 1.2 Produsen Polistirena di Indonesia Perusahaan
Kapasitas (ton/tahun)
PT. Pacific Indomas Plastik Indonesia
50.000
PT. Polychem Lindo Inc.
33.000
Bab I Pendahuluan
5 Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi Suspensi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun Tabel 1.3 Beberapa Produsen Polistirena di Dunia Perusahaan
Lokasi
Kapasitas (ton/tahun)
Mitsui Toatsu Chemicals
Jepang
50.000
Dainippon Ink & Chemicals Inc.
Jepang
32.000
Lucky Ltd.
Korea
35.000
China Petrochemical
China
36.000
Pushpa Polymers Pvt., Ltd.
India
30.000
Eternal Plastics Co.
Thailand
30.000
International Co.
3. Pemilihan Lokasi Pabrik Secara geografis, penentuan lokasi pabrik sangat menentukan kemajuan serta kelangsungan dari suatu industri pada saat ini dan pada masa yang akan datang karena berpengaruh terhadap faktor produksi dan distribusi dari pabrik yang didirikan. Pemilihan lokasi pabrik harus tepat berdasarkan perhitungan biaya produksi dan distribusi yang minimal serta pertimbangan sosiologi dan budaya masyarakat di sekitar lokasi pabrik. Dengan analisa yang mendalam dan pertimbangan berbagai faktor yang menyangkut kemajuan perusahaan ini, antara lain sumber bahan baku dan tenaga kerja serta lingkungan dan masyarakat disekitar lokasi pabrik, maka ditetapkan lokasi pabrik pabrik pembuatan polistirena dengan proses suspensi di kawasan industri Serang, Banten.
Bab I Pendahuluan
6 Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi Suspensi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun Faktor-faktor yang menjadi dasar pertimbangan dalam penentuan lokasi pabrik pembuatan polistirena adalah sebagai berikut: 1.
Letak Sumber Bahan Baku Bahan baku stirena monomer diperoleh dari PT. Styrindo Mono Indonesia (PT. SMI) yang memproduksi monomer stirena 340.000 ton/tahun, yang berlokasi di Serang, Banten.
2.
Pemasaran Di Jawa barat banyak terdapat industri-industri yang menggunakan polistirena sehingga untuk distribusi atau pemasarannya sangatlah mudah.
3.
Fasilitas Transportasi dan Komunikasi Di sekitar Serang banyak terdapat kawasan industri yang telah memiliki sarana transportasi yang memadai, baik itu jalur darat (dekat dengan jalan tol), jalur laut, dan juga adanya jalur kereta api sehingga
transportasi bahan baku dan produk lancar. 4.
Tenaga Kerja Kebutuhan tenaga kerja dapat terpenuhi dengan mudah karena kawasan tersebut terletak di daerah Jabodetabek yang lengkap dengan lembaga pendidikan formal maupun nonformal sehingga untuk mendapatkan tenaga kerja yang berkualitas dan berkemampuan tinggi cukup tersedia.
Bab I Pendahuluan
7 Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi Suspensi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun 5.
Unit pendukung Sarana-sarana pendukung proses di Serang seperti air, bahan bakar dan energi dapat dipenuhi sedangkan tenaga listrik yang dipasok dari PLTU Suralaya yang lokasinya tidak jauh dari pabrik.
Lokasi Pabrik Provinsi Banten dan Jawa Barat
Gambar 1.2. Lokasi Pabrik
4.
Tinjauan Pustaka
4.1. Macam-macam Proses Secara umum, polistirena dapat diproduksi dengan tiga macam proses, yaitu: Bab I Pendahuluan
8 Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi Suspensi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun 1.
Polimerisasi bulk (larutan) Dalam industri umunya, polimerisasi bulk (larutan) disebut polimerisasi massa. Sebagian besar polistirena yang diproduksi sekarang ini menggunakan proses ini. Pada proses ini menggunakan sejumlah pelarut yang biasanya adalah monomer stirena itu sendiri dan Etil Benzena. Ada 2 jenis polimerisasi bulk, yaitu: Polimerisasi bulk batch Proses ini terdiri dari unit polimerisasi yang didalamnya terdapat tangki polimerisasi berpengaduk dengan konversi di atas 80%. Larutan polimer kemudian dipompa ke bagian finishing untuk devolatilisasi ataupun proses polimerisasi akhir dan grinding. Polimerisasi bulk continuous Proses ini merupakan proses pembuatan polistirena yang paling banyak digunakan. Larutan stirena dipersiapkan secara kontinyu dalam sebuah vessel, kemudian diinjeksikan ke dalam sistem reaktor. Reaksi polimerisasi menghasilkan panas yang dikeluarkan dari reaktor dengan fulida transfer panas melalui jaket. Variasi suhu reaktan tidak boleh melebihi 15 ºC melewati rangkaian reaktor. Pengendalian suhu sangat penting dalam reaksi ini karena seiring kenaikan suhu, berat molekul rata-rata polistirena berkurang. Suhu reaksi antara 40-70 ºC. Dengan menggunakan proses ini, konversi monomer stirena menjadi polistirena dapat mencapai lebih dari 85% berat.
Bab I Pendahuluan
9 Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi Suspensi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun 2.
Polimerisasi Suspensi Polimerisasi suspensi merupakan proses polimerisasi yang terjadi secara batch, proses ini mempunyai karakteristik diantaranya memiliki transfer panas reaksi yang baik, viskositas rendah, biaya pemisahan yang rendah. Polimerisasi suspensi menghasilkan partikel dengan ukuran 1 – 1000 μm. Proses ini meliputi penambahan monomer + initiator + pelarut (air). Monomer stirena dan inisiator (benzoil peroxide) keduanya tidak larut dalam solvent (air).
3.
Polimerisasi Emulsi Polimerisasi
emulsi
biasanya
digunakan
pada
proses
kopolimerisasi stirena dengan monomer atau polimer lain. Proses ini merupakan metode komersial yang jarang digunakan untuk memproduksi polistirena kristal atau High Impact Polystyrene. Proses ini mempunyai persamaan dengan proses polimerisasi suspensi kecuali bahwa butiran monomer yang digunakan dalam polimerisasi emulsi ini dalam ukuran mikroskopis.
Polimer yang dihasilkan berwujud padatan yang berwarna putih dan bersifat termoplastik.
Bab I Pendahuluan
10 Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi Suspensi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun Reaksi:
Gambar 1.3 Reaksi Polimerisasi Stirena
Kelebihan dan kekurangan berbagai proses produksi polistirena yaitu: Tabel 1.4 Daftar Kelebihan dan Kekurangan Proses Polimerisasi Jenis Proses Produksi
Kelebihan
Kekurangan
- Prosesnya mudah
- Sangat eksotermis
- Kemurnian produk
- Waktu pengerjaan lama
Polimerisasi Bulk: - Bulk batch
tinggi - Alat-alat sederhana
- Bulk continuous
- Produk yang dihasilkan lebih seragam - Kemurnian produk tinggi
Bab I Pendahuluan
- Membutuhkan pengadukan dan alat recycle
11 Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi Suspensi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun Jenis Proses Produksi Polimerisasi suspensi
Kelebihan - Tidak ada kesulitan
Kekurangan - Dimungkinkan adanya
dengan panas
kontaminasi dari air
polimerisasi
dengan agen penstabil
- Ketel untuk proses polimerisasi sederhana - Volatilitas dapat dikurangi sampai pada tingkat yang rendah dengan pemilihan katalis dan suhu yang tepat Polimerisasi emulsi
- Prosesnya cepat dan tidak ada kesulitan
terjadinya kontaminasi
dengan panas polimeriasi
polimer dengan air dan
- Beberapa proses polimerisasi tidak
agen pengemulsi - Berat molekul polimer
mungkin dilakukan
tinggi untuk proses
dengan teknik lain tapi
pembentukan yang
dengan mudah dilakukan
cepat dengan
dengan proses ini
menggunakan injeksi.
- Dapat diterapkan untuk proses kontinyu
Bab I Pendahuluan
- Dimungkinkan
12 Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi Suspensi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun 4.2. Alasan Pemilihan Proses Berdasarkan hasil pengamatan kelebihan dan kekurangan proses pembuatan polistirena diatas, maka dipilih proses polimerisasi suspensi. Pertimbangan pemilihan proses ini adalah: 1. Produk yang dihasilkan lebih seragam. Kemudahan mengontrol suhu reaksi dan kecepatan reaksi sehingga tidak memerlukan alat kontrol proses yang banyak dan rumit. 2. Proses berlangsung pada suhu 90 oC dan tekanan atmosferis. 3. Konversi yang dihasilkan relatif tinggi (>99%). 4.3. Kegunaan Produk 1. Untuk pengepakan/pengemasan 2. Untuk bahan isolator 3. Konstuksi dan bangunan 4. Tempat makanan dan minuman
4.3.1. Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku dan Produk a. Bahan baku 1. Stirena monomer Sifat fisika:
Rumus kimia
: C8H8
Kemurnian
: min 99,6%
Berat molekul
: 104,15 g/gmol
Densitas (25 ºC)
: 0,9019 g/cm2
Bab I Pendahuluan
13 Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi Suspensi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun
Tekanan kritis
: 37,6 atm
Volume kritis
: 3,55 cm3/g
Viskositas
: 0,781 cp
Titik leleh (1 atm)
: -30,5 ºC
Titik didih (1 atm)
: 145 ºC
Specific heat
: 0,416 cal/g ºC
Panas polimerisasi
: 160 cal/g
Specific gravity
: 0,90320/4
Kelarutan dalam air
: 310 mg/L
Sifat kimia:
Dapat terpolimerisasi menjadi polistirena dengan cepat
Bereaksi dengan phosgene dengan bantuan katalis AlCl3
Bereaksi dengan acetyl chloride dengan bantuan stain chloride (SnCl4)
Bereaksi dengan halogen, misalnya: Br2, Cl2.
b. Bahan Pembantu 1. Benzoyl Peroxide Sifat fisika:
Rumus kimia
: (C6H5CO)2O2
Kemurnian
: 50% minimal
Berat molekul
: 242,22 g/gmol
Titik leleh (1 atm)
: -8 ºC
Bab I Pendahuluan
14 Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi Suspensi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun
Titik didih (1 atm)
: 115 ºC
Specific heat
: 0,1211 cal/g ºC
Density (25 ºC)
: 1,199 g/cm3
Viskositas
: 1,85 cP
Indeks bias
: 1,545
Water content, max
: 50%
Sifat kimia
Tereduksi dengan katalis platinum
Jika dipanaskan akan terdekomposisi menjadi peroksida dan difenil
Dengan amina sekunder akan menjadi derivatif benzoil
Larut dalam pelarut organik, stirena, dan methyl methacrilate
2. Tricalcium Phosphate Sifat fisika
Kandungan murni
: 96%
Rumus kimia
: Ca3(PO4)3
Berat molekul
: 310,24 g/gmol
Titik leleh (1 atm)
: 1670 ºC
Specific heat
: 0,1863 cal/g ºC
Densitas (25 ºC)
: 3,14 kg/m3
Viskositas
: 1,900 cP
Water content, maks.
: 4%
Sifat kimia Bab I Pendahuluan
15 Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi Suspensi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun
Tidak memiliki rasa
Tidak larut dalam air, alkohol, dan asam asetat
Larut dalam HCl dan HNO3
3. Asam klorida Sifat fisika
Rumus kimia
: HCl
Berat molekul
: 36,5
Titik leleh (1 atm)
: -111 ºC
Berat jenis (25 ºC)
: 1,1280
Viskositas
: 0,013 cP
Specific heat
: 0,22 cal/gºC
Sifat kimia
Merupakan asam kuat
Larut dalam air dingin atau air panas
4. Dodecylbenzene Sulfonate
Bentuk
: cair
Warna
: keruh
Kemurnian
: 96%
Densitas
: 1,05 g/cm3
Rumus Molekul
: H2O
Berat Molekul
: 18, 0153 g/mol
Titik Didih
: 100 oC
5. Air
Bab I Pendahuluan
16 Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi Suspensi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun
Titik Beku
: 0 oC
Temperatur Kritis
: 374,15 oC
Tekanan Kritis
: 218,3074 atm
Densitas
: 0,998 g/cm3 (cair, 20 oC) 0,92 g/cm3 (padatan)
Panas Jenis
: 0,9995 kal/g oC
Kenampakan
: Cairan jernih
Kemurnian
: 100%
c. Produk 1. Polistirena Sifat kimia
Rumus kimia
Berat molekul rata-rata, min : 5.000 g/gmol
Specific gravity
: 1,04-1,065
Refractive index
: 1,59-1,60
Tensile strength
: 5.000-9.000 psi
Elongation
: 1%-3,6%
Modulus elastisitas
: 4.105 – 6.105 psi
Titik leleh
: 104,4 ºC
Densitas (20 ºC)
: 0,8008 g/cm3
Specific heat
: 0,32 cal/gºC
Bab I Pendahuluan
: (C8H8)n
17 Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi Suspensi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun Sifat kimia
Dengan akrilonitril dan butadiene membentuk Acrilonitryl Butadiene Styrene (ABS)
Dengan metilmetakrilat membentuk metil metakrilat butadiene styrene
4.4. Tinjauan Proses Secara Umum Polimerisasi suspensi adalah sistem batch yang populer dalam pembuatan
polistirena.
dipolimerisasikan
secara
Pada bulk
produksi melebihi
polistirena, fase
larutan
inversinya
stirena
kemudian
disuspensikan di dalam air untuk membuat oil in water suspension utilizing soap dan suspending agent. Droplet tersuspensi kemudian dipolimerisasikan menggunakan inisiator dan pemanasan bertingkat. Fase air digunakan sebagai heat sink dan media transfer panas ke jaket yang terkontrol suhunya.
Bab I Pendahuluan
