Prarancangan Pabrik Kloroform dari Sodium hidroksida, Klorin, dan Aseton dengan Kapasitas 50.000 ton/tahun
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Industri kimia senantiasa berkembang seiring dengan kemajuan teknologi untuk memenuhi berbagai macam kebutuhan manusia. Industri bulk chemical merupakan salah satu sektor industri yang berperan sebagai penyokong perkembangan berbagai macam industri yang menghasilkan produk siap pakai. Sebagian besar industri bulk chemical menghasilkan produk intermediate yang memerlukan pengolahan lebih lanjut pada industri lain. Kloroform merupakan senyawa dengan rumus kimia CHCl3 (BM=119,38 g/mol) dengan specific gravity 1,484, titik didih 61°C, titik leleh -63,5°C, dan kelarutannya rendah dalam air dingin (www.sciencelab.com). Kloroform adalah salah satu produk intermediet yang dibutuhkan sebagai bahan baku pembuatan refigeran serta prekursor polimer polytetrafluoroethylene (teflon) dan berbagai derivatifnya. Selain itu, kloroform juga diperlukan dalam pembuatan senyawa methyl- dan ethyl orthoformate, fungisida, vermisida, serta sebagai solven ekstraksi dalam berbagai macam proses industri. Ditinjau dari berbagai macam kegunaannya, kloroform merupakan senyawa yang bermanfaat dalam dunia industri, tetapi, belum ada industri kloroform yang didirikan di Indonesia. Kloroform dapat dibuat dengan mereaksikan natrium hidroksida, klorin, dan aseton. Salah satu produsen natrium hidroksida dan klorin dengan skala industri adalah PT. Asahimas Subsentra Chemical. Natrium hidroksida merupakan senyawa yang memiliki rumus kimia NaOH (BM= 40 g/mol) dengan titik didih 140°C, titik leleh 12°C, specific gravity 1,53, serta mudah larut dalam air (www.sciencelab.com). Natrium hidroksida yang dipasarkan dalam bentuk flake memiliki harga jual berkisar antara $370-$450/ton (www.icis.com). Sedangkan, klorin adalah senyawa yang memiliki rumus kimia Cl2 (BM= 70,9 g/mol) dengan titik didih -34°C, titik leleh -101°C, specific gravity 0,185, serta memiliki kelarutan yang rendah dalam air (www.airgas.com). Klorin dipasarkan dalam fase gas dengan harga jual berkisar antara $295-$395/ton (www.icis.com). Gisty Ismapraga Melati Mazaya Najmina
(12/330196/TK/39391) (12/333591/TK/39939) 1
Prarancangan Pabrik Kloroform dari Sodium hidroksida, Klorin, dan Aseton dengan Kapasitas 50.000 ton/tahun
Sementara itu, aseton diproduksi oleh Mitsui Chemicals Asia Pacific Ltd. yang berlokasi di Singapura. Aseton adalah senyawa yang memiliki rumus kimia C3H6O (BM= 50,08 g/mol) dengan titik didih 56,2°C, titik leleh -95,35°C, specific gravity 0,79, serta mudah larut dalam air (www.sciencelab.com). Aseton dipasarkan dalam bentuk liquid dengan harga jual berkisar antara $350-$750/ton (www.icis.com). Berdasarkan data yang diperoleh dari UN Comtrade Database pada tahun 2015, kebutuhan kloroform secara global yang dipenuhi melalui impor masih relatif tinggi, yaitu hingga 130.000 ton. Jumlah tersebut diperkirakan akan meningkat setiap tahunnya, karena kloroform merupakan prekursor utama politetrafluoroetilen (teflon) yang kebutuhannya secara global meningkat sekitar 5,3% setiap tahunnya (www.icis.com). Sehingga, pabrik ini direncanakan akan memiliki kapasitas 50.000 ton/tahun agar dapat bersaing dalam pasar global, selain untuk pemenuhan kebutuhan dalam negeri. Meninjau potensi bahan baku yang telah tersedia, pasar yang menjanjikan, dan pemanfaatan kloroform yang cukup luas, maka perancangan pabrik kloroform dari natrium hidroksida, klorin, dan aseton sangat diperlukan. Pembangunan pabrik ini akan sangat
menguntungkan
karena
kebutuhan kloroform dalam negeri dapat tercukupi
tanpa bergantung pada impor.
B. Tinjauan Pustaka Kloroform merupakan bahan kimia yang cukup luas penggunaannya dalam industri kimia, karena dapat digunakan sebagai bahan baku, maupun bahan pendukung proses. Produk-produk kimia yang menggunakan kloroform sebagai bahan baku antara lain polimer polyetrafluoroethilene, pengawet tembakau, fungisida dan vermisida. Selain itu, kloroform juga digunakan sebagai zat pengekstrak pada pembuatan penisilin di bidang farmasi serta bahan untuk merekoveri minyak, lemak, steroid, alkaloid maupun gukosa. Saat ini kloroform banyak diproduksi oleh negara Jepang, Singapura, Amerika, Jerman, India dan Perancis dan sejauh ini belum ada pabrik kloroform yang berdiri di Indonesia. Pemenuhan kebutuhan lokal kloroform masih mengimpor dari luar negeri. Pabrik kloroform sangat dimungkinkan didirikan di Indonesia mengingat bahan baku yang tersedia cukup banyak. Pendirian pabrik kloroform di Indonesia dapat Gisty Ismapraga Melati Mazaya Najmina
(12/330196/TK/39391) (12/333591/TK/39939) 2
Prarancangan Pabrik Kloroform dari Sodium hidroksida, Klorin, dan Aseton dengan Kapasitas 50.000 ton/tahun
menguntungkan industri maupun instansi yang membutuhkan kloroform, selain itu, juga dapat membuka lapangan kerja baru serta mendatangkan devisa bagi negara melalui ekspor ke negara lain.
Terdapat beberapa rute sintesis kloroform, diantaranya adalah : 1. Pencampuran Aseton dengan Kalsium hipoklorit Selain menggunakan etanol, dapat digunakan aseton (CH3COCH3) untuk membentuk kloroform dengan 2 tahapan reaksi, yaitu klorinasi aseton dan hidrolisis trikloroaseton (CCl3COCH3) yang menghasilkan produk samping berupa asam klorida dan kalsium asetat. (1) (2) Proses ini memiliki kelebihan yaitu konversi yang didapat dari reaksi sebesar 88% dan kloroform yang dihasilkan mempunyai kemurnian 86-91% dengan aseton sebagai pengotor. Namun, proses ini memiliki kekurangan yaitu proses dilakukan secara batch, sehingga membatasi kuantitas produksi. Umumnya proses ini dilakukan secara batch dalam reaktor berpengaduk yang dilengkapi pendingin karena reaksi berjalan secara eksotermis (Faith dan Keyes, 1975). Selain itu, terdapat kesulitan pemisahan antara kloroform dan sisa reaktan aseton dengan metode distilasi biasa karena perbedaan titik didih yang rendah (aseton memiliki titik didih 56,5°C, sedangkan kloroform memiliki titik didih 61°C).
2. Klorinasi Metana Produksi kloroform yang banyak diaplikasikan dalam industri dapat dilakukan melalui klorinasi metana dengan bantuan katalis alumina pada suhu operasi 275450°C dan tekanan atmosferis dengan kemurnian produk yang dihasilkan sebesar 1530%. Proses halogenasi metana menghasilkan beberapa macam chlorinated product, yaitu klorometana (CH3Cl), diklorometana (CH2Cl2), kloroform (CHCl3). Selain itu terdapat reaksi samping klorinasi kloroform menjadi karbon tetraklorida (CCl4). Gisty Ismapraga Melati Mazaya Najmina
(12/330196/TK/39391) (12/333591/TK/39939) 3
Prarancangan Pabrik Kloroform dari Sodium hidroksida, Klorin, dan Aseton dengan Kapasitas 50.000 ton/tahun
(3) (4) (5) (6) Untuk proses ini kloroform dapat dipisahkan dari produk samping menggunakan distilasi bertingkat. Proses ini menghasilkan yield yang cukup tinggi, yaitu 90-95%. Namun, reaksi yang dijalankan berupa reaksi seri sehingga selektivitas sangat perlu dipertimbangkan, karena menghasilkan banyak produk samping yang mengurangi kemurnian produk. Selain itu, kebutuhan pendingin relatif besar, karena reaksi klorinasi bersifat sangat eksotermis (Ketta & Cunningham, 1992).
3. Reduksi Karbon Tetraklorida Karbon tetraklorida (CCl4) direduksi dengan hydrogen (H2) dengan bantuan katalis besi pada suhu reaksi 15°C dan tekanan operasi 5 – 80 atm. (7) Kekurangan dari proses ini adalah reaksinya berjalan sangat lambat, sekitar 40-70 jam dan suhu reaksi harus dijaga tetap 15oC. Konversi reaksi yang diperoleh dapat mencapai 70 - 80% serta kloroform yang dihasilkan memiliki kemurnian hingga 80% (Faith & Keyes, 1959).
4. Reaksi antara Natrium hidroksida, Klorin dan Aseton Mula-mula larutan natrium hidroksida (NaOH) direaksikan dengan gas klorin (Cl2) pada menara absorber menjadi natrium hiproklorit (NaClO) pada suhu 30°C dan tekanan 5 atm. Secara umum, reaksi yang terjadi dalam pembentukan natrium hipoklorit dari klorinasi kaustik soda adalah sebagai berikut: (8)
Gisty Ismapraga Melati Mazaya Najmina
(12/330196/TK/39391) (12/333591/TK/39939) 4
Prarancangan Pabrik Kloroform dari Sodium hidroksida, Klorin, dan Aseton dengan Kapasitas 50.000 ton/tahun
Berikut merupakan dua tahap mekanisme reaksi pembentukan natrium hipoklorit (Hikita, dkk., 1973): (9) (10) Sedangkan, konstanta kesetimbangan reaksi pada reaksi (9) dan (10) dapat dihitung dengan persamaan berikut: [
][
[ [ [
]
][
(11)
] ]
][
(12)
]
Dari studi yang dilakukan oleh Connick dkk. (1959) dan Morris (1966), diketahui bahwa nilai K1 dan K2 pada 30°C masing-masing adalah 3.1 x 1010 dan 2.2 x 106 L/gmol. Selanjutnya natrium hipoklorit direaksikan dengan aseton (C3H6O) pada reaktor tangki alir berpengaduk menghasilkan kloroform dan produk samping natrium etanoat dan natrium hidroksida. Reaksi ini berlangsung pada suhu 70°C dan tekanan 2 atm dan berjalan secara eksotermis. (13) Produk dari reaktor yang berupa kloroform lalu dipisahkan dari garam-garam hasil samping reaksi dengan menggunakan dekanter. Selanjutnya kloroform dimurnikan dengan menara distilasi agar tercapai kemurnian yang diinginkan.
Gisty Ismapraga Melati Mazaya Najmina
(12/330196/TK/39391) (12/333591/TK/39939) 5
Prarancangan Pabrik Kloroform dari Sodium hidroksida, Klorin, dan Aseton dengan Kapasitas 50.000 ton/tahun
Dari beberapa uraian proses di atas, pada prarancangan pabrik kloroform ini dipilih proses keempat, yaitu proses pembuatan kloroform dari natrium hidroksida, klorin dan aseton atas pertimbangan sebagai berikut: 1. Konversi yang didapatkan dengan menggunakan proses ini relatif tinggi mencapai 98%. 2. Reaksi dijalankan dengan kondisi operasi yang mudah dicapai sehingga tidak memerlukan perlakuan yang rumit dan tidak membutuhkan energi yang besar. 3. Produk yang dihasilkan memiliki kemurnian yang tinggi, yaitu mencapai 99%.
Gisty Ismapraga Melati Mazaya Najmina
(12/330196/TK/39391) (12/333591/TK/39939) 6
