Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Asetaldehid Kapasitas 100.000 ton/tahun
BAB I PENGANTAR
A. LATAR BELAKANG Sejak 1998, Industri Purified Terephthalic Acid (PTA) mengalami perkembangan yang sangat pesat. Di Indonesia, ada lima fasilitas produksi PTA yang beroperasi dengan total produksi kelima PTA ini mencapai 1,98 juta ton/tahun. Salah satu bahan baku pada industri PTA ini adalah asam asetat. Industri PTA mengonsumsi 60% dari total kebutuhan asam asetat dalam negeri (Indochemical, 2010) sehingga tak heran jika kebutuhan asam asetat dalam negeri sangat tinggi. Asam asetat adalah senyawa karboksilat yang higroskopis, tidak berwarna, dan memiliki aroma yang sangat tajam serta korosif terhadap logam dan jaringan. Beberapa alternatif nama asam asetat adalah asam etanoat, asam etilat, asam metanakarboksilat, atau asam cuka. Asam asetat memiliki rumus struktur C2H4O2, akan tetapi biasa ditulis sebagai CH3COOH. Larutan asam asetat merupakan asam lemah dimana hanya sebagian molekul CH3COOH yang terdisosiasi menjadi H+ dan CH3COO-. Asam asetat cair adalah pelarut protik hidrofilik (polar) yang mirip seperti air dan etanol sehingga bisa melarutkan dan mudah larut pada senyawa polar maupun non-polar (Haynes, 2014). Hal ini menyebabkan asam asetat menjadi senyawa populer yang banyak digunakan di berbagai industri kimia di Indonesia. Kegunaan asam asetat pada berbagai industri antara lain sebagai berikut. 1. Produksi polimer seperti polietilena tereftalat, selulosa asetat, dan polivinil asetat, maupun berbagai macam serat dan kain. 2. Pengatur keasaman pada industri makanan. 3. Sebagai bahan baku pada industri kimia seperti : o
Industri PTA dengan asam asetat sebagai media pelarut katalis.
o
Industri Ethyl Asetat dengan asam asetat sebagai bahan baku utama
Ananda Ruri Juwitaningrum Yosafat Novendiaz
12/330061/TK/39252 12/333616/TK/39962 1
Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Asetaldehid Kapasitas 100.000 ton/tahun
o
Industri tekstil, terutama industri pencelupan kain dimana asam asetat berfungsi sebagai pengatur pH.
o
Industri benang karet, sebagai bahan penggumpal (coagulant) ketika latex dikeluarkan dari extruder. Disamping itu, asam asetat juga digunakan sebagai bahan setengah jadi
untuk membuat bahan-bahan kimia seperti vinyl asetat, selulosa asetat, asam asetat anhidrid, maupun chloro asetat (Laxmi Organic Industries, 2014). Kebutuhan asam asetat di Indonesia semakin meningkat setiap tahunnya. Berdasar data 5 tahun terakhir (2010-2014), kebutuhan asam asetat di indonesia meningkat sebnayak 7-10% (Kemenperin, 2015). Jumlah impor asam asetat pada tahun 2014 adalah sebanyak 112.000 ton dan diperkirakan meningkat menjadi 122.000 ton pada tahun 2021. Kebutuhan asama setat yang tinggi belum diimbangi dengan suplai dari dalam negeri yang memadai. Hingga saat ini, baru ada satu pabrik asam asetat di Indonesia, yaitu PT. Indo Acidatama Chemical Industry (IACI) yang berdiri di Sragen, Jawa Tengah dengan kapasitas produksi 36.600 ton/tahun (IACI, 2014). Selama ini, kebutuhan asam asetat di Indonesia dipenuhi dari negara-negara tetangga seperti Malaysia dan Singapura. Pabrik asam asetat yang akan dibangun pada tahun 2018 ini direncanakan memiliki kapasitas 100.000 ton/tahun sehingga mampu mengurangi 80% jumlah impor asam asetat. Penentuan Lokasi Ada beberapa hal yang memperngaruhi penentuan lokasi pabrik, anatara lain adalah terkait dengan ketersediaan bahan baku, sarana-sarana penunjang hingga kondisi alam dan kondisi alam. Lokasi pabrik yang tidak diputuskan secara matang akan menyebabkan biaya operasional pabrik menjadi tidak ekonomis. Pabrik asam asetat dari asetaldehid memilih Kota Batam sebagai lokasi pendirian pabrik tepatnya di kawasan Bintang Industri. Gambar 1 adalah peta lokasi kawasan Bintang Industri, Batam.
Ananda Ruri Juwitaningrum Yosafat Novendiaz
12/330061/TK/39252 12/333616/TK/39962 2
Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Asetaldehid Kapasitas 100.000 ton/tahun
Gambar 1.1. Kawasan Bintang Industri, Batam.
Hal-hal yang melatarbelakangi pemilihan lokasi tersebut adalah sebagai berikut: 1. Ketersediaan bahan baku Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan asam asetat adalah asetaldehid dan udara. Kemudahan untuk memperoleh bahan baku akan menunjang operasional pabrik secara maksimal. Indonesia masih mengimpor asetaldehid sebesar 2440,763 kg pada tahun 2014 (sumber: BPS) sehingga bahan baku yang diperoleh dari luar negeri akan lebih mudah apabila lokasinya berdekatan dengan lokasi bongkar muat yaitu pelabuhan. Kawasan Bintang Industri, Batam merupakan salah satu kota dengan kemudahan memperoleh bahan baku karena cukup berdekatan dengan pelabuhan yang menjadi lokasi bongkar muat asetaldehid impor. Bahan baku berupa asetaldehid cair akan diimpior dari India tepatnya dari Laxmi Organic Industries yang menghasilkan produk asetaldehid dengan kemurnian mencapai 99% sehingga mampu menunjang kebutuhan bahan baku pabrik. 2. Ketersediaan air Dalam prarancangan pabrik ini, air diperlukan untuk memenuhi kebutuhan operasi pabrik yang meliputi air bersih, air proses, air pendingin, Ananda Ruri Juwitaningrum Yosafat Novendiaz
12/330061/TK/39252 12/333616/TK/39962 3
Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Asetaldehid Kapasitas 100.000 ton/tahun
dan air umpan reboiler dan lain-lain. Sumber air yang digunakan dapat berupa sungai, danau dan air laut, serta air tanah. Air yang akan digunakan dalam sebagian besar proses berasal dari air laut karena lokasi pabrik yang berdekatan dengan laut sehingga ketersediaan air diharapkan mampu memenuhi kebutuhan proses pabrik. Air laut yang akan digunakan akan diproses terlebih dulu sehingga sesuai dengan peruntukannya. Ketersediaan air bersih di Batam diperoleh melalui enam sumber air yang berada tersebar di pulau dengan kapasitas keseluruhan sebesar 3.960 liter/ detik. Kebutuhan air bersih cukup untuk memenuhi kebnutuhan populasi penduduk yang hampir mencapai 800.000 jiwa serta kebutuhan industri yang telah masuk dalam standar air bersih yang ditetapkan oleh WHO (World Health Organization). 3. Ketersediaan energi Kebutuhan energi juga merupakan faktor utama dalam operasional pabrik, sehingga sumber energi yang memadai harus terjangkau dari kawasan pabrik. Sumber energi yang digunakan dalam pabrik dapat berupa listrik yang disuplai melalui pembangkit listrik serta bahan bakar yang diperoleh melalui penyedia perusahaan bahan bakar di sekitar pabrik. Kebutuhan listrik di Batam disuplai oleh PLN Batam dan kebutuhan bahan bakar dalam proses dapat diperoleh melalui PT. Pertamina RU III Plaju maupun PT Chevron Pacific Indonesia, Dumai sehingga diharapkan segala kebutuhan energi baik listrik maupun Ana bakar di pabrik dapat dipenuhi. 4. Akses dan Transportasi Dalam mempermudah pengangkutan bahan baku, produk maupun bahan pendukung lainnya sebaiknya dipilih lokasi pabrik yang berada di daerah yang mudah dijangkau oleh kendaraan-kendaraan besar. Kawasan Bintang Industri Batam memiliki akses darat yang memadahi dan berdekatan dengan pelabuhan besar. Lebih 1000 km jalan raya beraspal menghubungkan beberapa pusat bisnis di Batam yang terus ditingkatkan kualitasnya untuk mengantisipasi pertumbuhan lalu lintas. Ananda Ruri Juwitaningrum Yosafat Novendiaz
12/330061/TK/39252 12/333616/TK/39962 4
Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Asetaldehid Kapasitas 100.000 ton/tahun
Di sisi transportasi air, terdapat tiga lokasi yang melayani pelayanan kargo atau peti kemas. Pelabuhan terbesar di Kabil memiliki kapasitas untuk menampung kapal dengan ukuran 35.000 DWT (Dead Weight Ton) dan akan ditingkatkan lagi sehingga kapal dengan ukuran 150.000 DWT dapat bersandar, sehingga pengangkutan atau bongkar muat bahan baku dapat dilakukan dengan baik. Bandara Hang Nadim yang melayani berbagai rute domestik dan internasional diharapkan mampu menunjang akses pabrik. Batam termasuk zona perdagangan bebas, yang termasuk lokasi geografis yang memungkinkan barang yang akan diimpor tanpa perlu mengeluarkan berbagai jenis bea masuk dan pajak terkait. 5. Ketersediaan Lahan Kawasan Bintang Industri Batam dibagi menjadi 3 bagian, Bintang Industri I, Bintang Industri II dan Bintang Industri III. Kawasan Bintang Industri II memiliki total luas yang mencapai 72 hektar dengan luas lahan yang tersedia 47 hektar sehingga mampu mengakomodasi kebutuhan lahan pabrik. 6. Sistem Buangan dan Saluran air Dengan adanya ketiga sungai yang berdekatan dengan lokasi pabrik, pabrik memiliki kemudahan dalam buangan limbah cair yang tentunya diolah dan dilakukan penyesuaian terlebih dulu misalnya penyesuaian derajad keasaman air, penyesuaian kadar komponen tertentu dalam air sehingga tidak melebihi batas keamanan seperti yang telah diatur dalam undang-undang. Begitu pula dengan limbah gas yang juga diharuskan untuk diproses terlebih dahulu sebelum dilepas ke lingkungan pada batas aman yang diijinkan. Hal tersebut dilakukan untuk menjaga keselamatan serta keberlanjutan pabrik serta kesejahteraan masyarakat di sekitar pabrik. Kawasan Bintang Industri ditunjang dengan saluran pembuangan limbah yang baik serta saluran drainase sehingga terhindar dari kemungkinan banjir yang terjadi selama musim hujan.
Ananda Ruri Juwitaningrum Yosafat Novendiaz
12/330061/TK/39252 12/333616/TK/39962 5
Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Asetaldehid Kapasitas 100.000 ton/tahun
7. Tenaga kerja Tersedianya tenaga kerja yang terampil dan terdidik akan memperlancar jalannya proses produksi. Dengan lokasi yang tidak jauh dari pemukiman, perusahaan diharapkan mampu berkontribusi aktif meningkatkan taraf hidup masyarakat. Terdapat sekitar 550.000 jiwa penduduk yang tinggal di Batam dengan kurang lebih 170.000 jiwa yang bekerja di sektor formal dan sekitar 75.000 jiwa yang bekerja di sektor informal sehingga diharapkan kebutuhan tenaga kerja pabrik dapat dipenuhi. 8. Iklim dan gempa Indonesia memiliki iklim tropis serta letaknya sebagai daerah yang rawan gempa bumi. Pengaruh angin kencang pada saat musim hujan, suhu yang relative tinggi saat musim kemarau, serta gempa dapat diantisipasi dengan menyertakan pengaruh-pengaruh tersebut ke dalam perhitungan perancangan pemilihan bahan material alat sehingga peralatan dapat tetap beroperasi secara maksimal. 9. Faktor Ekonomi, sosial dan hukum Kebijakan pemerintah setempat juga harus diperhatikan mengingat otonomi daerah pada saat ini. Dengan kondisi Indonesia dimana Indonesia kekurangan kebutuhan akan asam asetat, pemerintah setempat diharapkan menyetujui keringanan pajak bagi pendirian dan operasional pabrik. Sejak 19 Januari 2009, Batam ditetapkan pemerintah sebagai Zona Perdagangan Bebas sehingga berbagai kebijakan pemerintah setempat akan berpengaruh dalam segala kegiatan ekonomi di Pulau Batam. Kondisi sosial masyarakat dapat memberikan dukungan terhadap operasional pabrik sehinggga operasional pabrik dapat berjalan secara maksimal. Kondisi pekerja juga akan mempengaruhi operasional pabrik sehingga perlu adanya peningkatan motivasi bagi para pekerja hingga insentif.
Ananda Ruri Juwitaningrum Yosafat Novendiaz
12/330061/TK/39252 12/333616/TK/39962 6
Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Asetaldehid Kapasitas 100.000 ton/tahun
B. TINJAUAN PUSTAKA Asam asetat dapat dihasilkan melalui beberapa mekanisme proses dari bahan baku yang berbeda. Proses yang secara umum digunakan adalah dengan oksidasi asetaldehid, fermentasi etanol, oksidasi hidrokarbon, dan karbonilasi metanol serta oksidasi etilen. Proses-proses tersebut dijelaskan sebagai berikut: a.
Oksidasi asetaldehid Pembuatan asam asetat melalui oksidasi asetaldehid memiliki persamaan reaksi sebagai berikut: 2CH3CHO + O2 2CH3COOH
(1)
Proses berlangsung pada fase cair pada suhu dan tekanan masingmasing sebesar 50-80oC dan 4-10 atm. Katalis yang terlibat dalam reaksi adalah mangan asetat tetrahidrat. Konversi asetaldehid menjadi asam asetat yang dihasilkan adalah sebesar 90%. Hasil samping yang terbentuk melalui mekanisme reaksi ini antara lain etil asetat, asam formiat, dan formaldehid yang memiliki titik didih lebih rendah dari asam asetat sehingga dapat dipisahkan melalui distilasi. b.
Fermentasi etanol Proses fermentasi etanol untuk menghasilkan asam asetat berlangsung dengan bantuan organisme yang mengubah glukosa, xylosa, dan beberapa hexose dan pentosa melalui proses anaerob dengan persamaan reaksi sebagai berikut: C6H12O6 CH3COOH Asam
asetat
dibuat
dengan
cara
memfermentasikan
(2) tetes
menggunakan yeast Saccharomyces cereviceae secara batch membentuk etanol di dalam fermenter. Reaksi ini berlangsung pada suhu 30 oC dan tekanan 1 atm. Etanol yang terbentuk kemudian di fermentasikan lagi menggunakan bakteri Acetobacter aceti yang berlangsung secara Batch di fermenter kedua yang beroperasi pada suhu dan tekanan yang sama dengan fermenter pertama. Hasil fermentasi yang masih banyak mengandung air
Ananda Ruri Juwitaningrum Yosafat Novendiaz
12/330061/TK/39252 12/333616/TK/39962 7
Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Asetaldehid Kapasitas 100.000 ton/tahun
dan sisa substrat kemudian dimurnikan dengan menggunakan proses distilasi. c.
Oksidasi hidrokarbon Hidrokarbon, yaitu nafta dan butana dioksidasi secara langsung menjadi asam asetat. Katalis yang digunakan adalah cobalt asetat dan mangan asetat. Produk samping yang dihasilkan melalui mekanisme reaksi berikut cukup banyak, antara lain adalah asam format, asam propionat, serta aseton. Reaksi berlangusng pada suhu 150-200oC serta pada tekanan 50-100 atm. Karena banyaknya produk samping yang dihasilkan, perlu adanya proses pemisahan lebih lanjut untuk memperoleh asam asetat dengan kadar yang diinginkan.
d.
Karbonilasi methanol Proses pembuatan asam asetat melalui karbonilasi methanol yang dikenal sebagai Proses Monsanto membutukan bahan baku methanol dan gas karbon monoksida dengan persamaan reaksi sebagai berikut: CH3OH + CO CH3COOH
(3)
Reaksi berlangsung pada fase cair dalam reaktor gelembung. Proses ini berlangsung pada suhu sekitar 150-200oC dan tekanan 30-60 atm dengan bantuan katalis Rhodium dan activator Iodine. Katalis ini lebih efektif membantu menurunkan tekanan reaksi dan temperature daripada katalis cobalt. Selektivitas asam asetat berdasarkan methanol dan karbon dioksida adalah sebesar 99% dan 90%. Methanol tidak bereaksi secara langsung dengan karbon monoksida dalam pembentukan asam asetat. Metanol dikonversi terlebih dulu menjadi metil iodida oleh hidrogen iodide yang kemudian bereaksi dengan karbon monoksida serta air sehingga membentuk asam asetat. Karbon monoksida tidak hanya menjadi bagian dalam molekul asam asetat namun memainkan peran dalam pembentukan dan penstabilan katalis.
Ananda Ruri Juwitaningrum Yosafat Novendiaz
12/330061/TK/39252 12/333616/TK/39962 8
Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Asetaldehid Kapasitas 100.000 ton/tahun
e.
Oksidasi etilen Pembuatan asam asetat melalui oksidasi etilen berlangsung pada suhu 160-210oC dan tekanan dengan bantuan katalis padat. Reaksi terjadi pada fase gas menurut persamaan reaksi berikut: C2H4 + O2 CH3COOH
(4)
C2H4 + 3O2 2CO2 + 2 H2O
(5)
Katalis yang terlibat dalam reaksi ini adalah timbal dengan paduan dengan logam lain. Melalui mekanisme reaksi ini dihasilkan pula hasil-hasil samping sehingga membutuhkan proses pemurnian lebih lanjut. Dari keempat proses yang ada, dipilih proses pembuatan asam asetat melalui oksidasi asetaldehid. Hal yang melatarbelakangi dipilihnya proses pembuatan asam asetat melalui oksidasi asetaldehid antara lain sebagai berikut: 1. Kondisi operasi yang relatif mudah dicapai yaitu pada tekanan 5-10 atm dengan suhu 50-80oC. Kondisi operasi ini juga bersifat lebih memperhatikan aspek keselamatan terhadap lingkungan. 2. Bahan baku yang relatif mudah diperoleh. 3. Proses lainnya lebih beresiko sehingga rawan terhadap aspek keselamatan karena melibatkan tekanan dan suhu yang tinggi. 4. Bahan pembantu yang lebih sedikit dibutuhkan.
Ananda Ruri Juwitaningrum Yosafat Novendiaz
12/330061/TK/39252 12/333616/TK/39962 9
