Prarancangan Pabrik Kalium Asam Sakarad dari bahan baku Dekstrosa, Asam Nitrat, dan Kalium Hidroksida dengan Kapasitas 1000 Ton/tahun BAB I PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG Perkembangan zaman dari masa ke masa tidak hanya diwarnai oleh meningkatnya populasi, tapi juga berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi. Indonesia sebagai salah satu negara yang memiliki populasi terbesar di dunia dengan masyarakat yang cukup konsumtif menjadi sasaran bagi investor asing dalam menanamkan modalnya, baik dalam bidang properti, entertainment, bahkan industri termasuk industri farmasi. Oleh karena permintaan terhadap obat-obatan yang terus meningkat dari tahun ke tahun, maka semakin banyak investor asing yang menanamkan modalnya di Indonesia dalam bentuk industri farmasi. Dewasa ini semakin dikembangkan berbagai macam specialty product di bidang farmasi yang menggunakan bahan baku Kalium Asam Sakarad. Sebuah lembaga penelitian tentang penyakit kanker di Denve, Amerika Serikat bernama AMC Cancer Research Center menemukan Kalium Asam Sakarad bisa digunakan sebagai zat untuk menurunkan kandungan kolesterol dalam tubuh. (www.preventivehealthtoday.com) Kalium asam sakarad efektif untuk menurunkan serum kolesterol serta pencegah kanker. Pada percobaan terhadap manusia, D-Glucarate menurunkan serum kolesterol total sampai 12 %, LDL-kolesterol sampai 28%, dan trigyceride sampai 43%. Sebagai bagian dari mekanisme penurunan kolesterol, Kalium asam sakarad menurunkan tingkat steady state pembentukan kolesterol dan juga setelah metabolisme dan ekskresi bentuk asam empedu. Kalium Asam Sakarad disebut juga Potassium Acid Saccharate. Potassium d-Saccharate, Potassium Glucarate, Potassium Hydrogen Glucarate, Potassium Glucaric, atau Glucarate. Kalium Asam Sakarad mempunyai berat molekul 248,24. Berbentuk kristal putih dan larut dalam air (http://www.glucarate.com). Biasanya, Kalium Asam Sakarad digunakan dalam industri sebagai bahan untuk mengontrol ion logam dan membuat stabil larutan yang disebut Sequestering
Muhammad Alpvy (TK/36316) Gemuruh Alam Fabasi (TK/37455) Mochamad Wildan (TK/37203) 1
Prarancangan Pabrik Kalium Asam Sakarad dari bahan baku Dekstrosa, Asam Nitrat, dan Kalium Hidroksida dengan Kapasitas 1000 Ton/tahun Agents (Braddy, 1991). Industri yang menggunakan Kalium Asam Sakarad adalah industri sabun, detergent, dan karet (http://www.harcout.com). Kalium Asam Sakarad adalah garam dari asam glucoronic yang secara alamiah biasanya terdapat dalam jeruk, sayur bayam, apel, wortel, kentang, dan broccoli. Kalium Asam Sakarad diperlukan dalam glukoronidasi yaitu salah satu proses alamiah pelepasan racun dalam tubuh. Proses ini menyingkirkan racunracun lingkungan dan hormon-hormon steroid dari tubuh melalui ginjal dan kandung kemih (http://www.antiagingchoice.com). Pada tanggal 3 juni 2002 Applied Food Science mengumumkan bentuk komersial dari Kalium Asam Sakarad yang disebut Preventium. Preventium digunakan dalam pembuatan jus buah dan sayur, minuman berenergi, sereal, jeli, permen, dan selai. Kalium Asam Sakarad ditambahkan ke dalam makanan dan minuman sebagai sumber kalium dan pengontrol pH. Glucarate dapat ditemukan secara alamiah yang terdapat dalam berbagai buah (apel, alpukat, lemon, jeruk, dan
anggur)
serta
sayuran
(kembang
kol
dan
tomat),
(http://www.burdockgroup.com). Ray Sahelian, M.D, juga didalam hasil penelitiannya menjelaskan bahwa kalium asam sakarad juga memiliki potensi dalam penghambatan karsinogenik kimia dan pencegahan kanker payudara, prostat, dan kanker usus besar pada manusia. Pada penelitian ini sampel yang digunakan disimulasikan kepada seekor tikus jantan dan betina. Beliau juga mengutarakan bahwa kemungkinan besar turunan dari kalium asam sakarad dapat digunakan sebagai agen pencegahan dan terapi kanker baru, (http://www.raysahelian.com/dglucarate.html). Inti dari prarancangan pabrik Kalium Asam Sakarad adalah reaksi pembentukan Asam Sakarad yang mempunyai sebutan lain Asam Glucaric atau Asam Glucarate. Asam Sakarad terbentuk dari oksidasi Asam Glucoronic (Encyl of Chem Tech, 1978), sedangkan untuk proses pembentukan Asam Sakarad dalam prarancangan ini merupakan reaksi oksidasi antara Dekstrosa dengan Asam Nitrat. (Wertheim, E and Jeskey, H., 1956).
Muhammad Alpvy (TK/36316) Gemuruh Alam Fabasi (TK/37455) Mochamad Wildan (TK/37203) 2
Prarancangan Pabrik Kalium Asam Sakarad dari bahan baku Dekstrosa, Asam Nitrat, dan Kalium Hidroksida dengan Kapasitas 1000 Ton/tahun B. TINJAUAN PUSTAKA Proses terpenting dari perancangan pabrik Kalium Asam Sakarad adalah reaksi oksidasi pembentukan Asam Sakarad. Pada sistem metabolisme tubuh manusia, Asam Sakarad dihasilkan sebagai bagian dari proses pelepasan racun dalam tubuh. Sedangkan pada proses pembentukan Asam Sakarad dalam praperancangan pabrik ini merupakan reaksi antara Dekstrosa dengan Asam NItrat. (Wertheim and Jeskey, 1956). Dekstrosa disebut juga D-Glucose adalah gula aldohexose yang paling umum dikenali.Dekstrosa ini biasanya ditemukan pada sari buah, di dalam anggur (gula anggur) dan madu.Asam D - glucaric[ ( 2R , 3S , 4S , 5S ) - asam tetrahydroxyhexanedioic ] (sebelumnya disebut asam saccharic ) dibentuk melalui oksidasi umum aldosa gula D - glukosa . D - Glukosa adalah gula yang paling banyak ditemukan di alam, memainkan peran sentral dalam biokimia dan merupakan unit komponen pati , selulosa , sukrosa dan lactosa. Sumber utama D glukosa pada skala komersial adalah hidrolisis enzimatik pati, sedangkan Asam D-glucaric secara alami ditemukan dalam banyak buah-buahan dan sayuran terutama jeruk, apel, jeruk dan sayur – sayuran, (Jolene Mary Brown, 1994)
Gambar 1. Equilibria dari aqueous D-glucaric acid Muhammad Alpvy (TK/36316) Gemuruh Alam Fabasi (TK/37455) Mochamad Wildan (TK/37203) 3
Prarancangan Pabrik Kalium Asam Sakarad dari bahan baku Dekstrosa, Asam Nitrat, dan Kalium Hidroksida dengan Kapasitas 1000 Ton/tahun Dekstrosa biasanya berbentuk disakarida (sukrosa, maltosa, laktosa, dan cellobiosa) dan tampak sebagai monosakarida yang merupakan hasil hidrolisis murni zat tepung, selulosa dan glikogen. Pada tahun 1954 dibuat pilot plant produksi Kalium Asam Sakarad dengan bahan baku Dekstrosa dan Asam Nitrat yang dilakukan oleh salah satu badan peneliti Departemen Pertanian Amerika Serikat (USDA). Berdasarkan pilot plant project tersebut dibuat prarancangan pabrik Kalium Asam Sakarad. Pustaka Patent mengandung penjelasan berbagai proses oksidasi Asam NItrat terhadap karbohidrat menjadi Asam Organik, terutama Tartaric. Sebelum pilot plant project ini dilakukan, para peneliti membuat Asam Sakarad dari berbagai variasi karbohidrat sejak 1833, menggunakan Asam Nitrat lemah sebagai oksidator. Pekerjaan yang dilakukan di Starch and Dextrose Division of the Northern Regional Research Laboratory menghasilkan proses yang berbeda (dipatentkan di US Patent 2.436.659 24 Februari 1948) yaitu dekstrosa dioksidasi dengan Asam Nitrat Pekat untuk memproduksi Asam Sakarad. Kondisi Operasi Oksidasi dikontrol dengan hati-hati sehingga dekomposisi Karbohidrat secara berlebihan dapat ditekan, dan hasil Asam Sakarad yang relatif besar dapat dihasilkan. Produknya diambil dengan bentuk Garam Kalium Asam Sakarad (Mustakas et al.,1954) Pada pilot plant, yang dijadikan acuan, (Mustakas et al., 1954) setiap bagian dari peralatan yang berkontak dengan cairan asam dikonstruksikan dengan Type 316 stainless stainless steel, type 304. Pada skala laboratorium, reaktor yang digunakan untuk Oksidasi adalah tangki berselubung 50 gallon dibangun dengan pengaduk motor, 3/8 inch koil pendingin dengan surface area kira-kira 15 ft2 (Mustakas et al.,1954). Absorpsi Nitrogen Oksida dilakukan di dalam kolom yang disusun dengan ¾ inch Karbate Raschig Rings dan terdapat spray nozzle besi lapis untuk memasukkan Larutan KOH (Caustic). Reaksi Oksidasi setelah itu berlanjut pada prosesn reaksi dengan KOH, sebagai tambahan, terdapat 2 tangki 30 gallon dengan media pendingin yaitu koil pendingin, sebagai pemungutan Kristal, dilakukan dengan sebuah reaktor pengendapan batch, dengan batch operation sekitar 12 jam pengendapan.
Muhammad Alpvy (TK/36316) Gemuruh Alam Fabasi (TK/37455) Mochamad Wildan (TK/37203) 4
Prarancangan Pabrik Kalium Asam Sakarad dari bahan baku Dekstrosa, Asam Nitrat, dan Kalium Hidroksida dengan Kapasitas 1000 Ton/tahun Tiga pompa digunakan untuk memindahkan Asam NItrat, KOH, dan Larutan Gula, secara berturut-turut. Casing danimpeller dari Pompa sentrifugal digunakan untuk mengangkut Asam yang dikonstruksi atas high-nickel, highchrome stainless steel dan digunakan packing tipe blue-African-asbestos. Pompa duplex reciprocating digunakan untuk Larutan Caustic, dan Pompa Sentrifugal Konvensional digunakan untuk larutan gula. Hasil Kristal disaring di stasionary vacuum filter yang dibuat dari chemical stoneware dan menggunakan kain fibrous-glass filter. Vakum dilakukan di bawah kain (Mustakas et al., 1954). Horizontal screw feeder, digunakan untuk memasukkan padatan dekstrosa ke dalam reaktor. Kecepatan penambahan dekstrosa dikontrol oleh variable-speed drive mechanism. Sejumlah kecil udara dimasukkan pada akhir pemberhentian dari feeder untuk memelihara dekstrosa dalam keadaan kering sehingga dapat mengalirkan dengan bebas. Instrumen dari pilot plant tersebut dipusatkan dalam satu panel board dan terdiri atas alat pembaca thermometer, saklar solenoid dan pengontrol motor. Keamanan Reaksi antara Dekstrosa dan Asam Nitrat merupakan reaksi yang sangat eksotermis, dan pada suhu tinggi kecepatan reaksi meningkat, dan menghasilkan banyak sekali. Oleh karena itu, beberapa hal perlu diperhatikan dalam merancang dan mengoperasikan alat-alat supaya keamanan dapat terjamin. Pada keadaan operasi normal suhu reaksi dikontrol secara cukup dengan melewatkan air (menggunakan kran) melalui koil pendingin ke dalam reaktor. Koil pendingin ini berbentuk pipa sehingga dapat digunakan untuk melewatkan uap pemanas atau air pendingin. Katup solenoid (ada saluran dapat dikontrol secara cepat dari saklar tunggal) yang dihubungkan dengan panel board sehingga nyala merah atau hijau dapat dilihat sebagai penuntun siklus di dalam selubung reaktor. (Mustakas et al., 1954) Lebih lanjut, saluran lain mengandung katup solenoid sehingga, pada keadaan darurat, air pendingin dapat dimasukkan secara cepat ke dalam reaktor.
Muhammad Alpvy (TK/36316) Gemuruh Alam Fabasi (TK/37455) Mochamad Wildan (TK/37203) 5
Prarancangan Pabrik Kalium Asam Sakarad dari bahan baku Dekstrosa, Asam Nitrat, dan Kalium Hidroksida dengan Kapasitas 1000 Ton/tahun Prosedur Umum Prosedurnya secara umum di dalam pilot plant terdiri atas tiga fase operasi dinamakan Oksidasi dekstrosa, Pengambilan kalium Asam Sakarad, dan Pengambilan Kalium Nitrat. Pada permulaan Oksidasi, asam dipompa ke dalam reaktor yang dipanaskan sampai 130oF. Butiran dekstrosa dimasukkan dalam screw feeder. Dekstrosa ditambahkan pelan-pelan pada awalnya (kira – kira 40 Lb.perjam), tetapi kecepatannya dipertahankan pada 130oF dengan secara teratur mengalirkan air pendingin melalui koil.
Nitrogen oksida dibuang secara
berkelanjutan dengan melewatkan pada kolom absorbs (pengolahan limbah NO). Setelah semua dekstrosa ditambahkan, suhu campuran meningkat menjadi 158oF dan dijaga pada keadaan tersebut selama 2 jam lagi untuk menyelesaikan reaksi. (Mustakas et al.,1954) Larutan lalu dipindahkan ke dalam tangki 50 galon yang digunakan sebagai sintesis Kalium Asam Sakarad. Larutan Kalium Hidroksida secara pelanpelan dicampurkan dengan larutan asam. Selama periode ini, suhu meningkat sampai kira-kira 158oF. Larutan dijaga pada suhu ini dengan mengalirkan air pemndingin, dengan penambahan KOH ini, PH ditetapkan menjadi 9. Setelah kalium asam sakarad terbentuk, larutan ini dialirkan kedalam tangki pengendapan. Ditangki tersebut dialirkan 40oBe asam Nitrat. Pada PH ini kalium asam sakarad mengendap menjadi Kristal tak beraturan. Setelah campuran reaksi dibiarkan semalaman, Kristal dipisahkan dengan cara filtrasi, dan cake dicuci dengan air. Cake basah mengandung kira-kira 50% kelembaban, dan dikeringkan dalam forced circulation air dryer pada 105oF. (Mustakas et al.,1954) Kalium nitrat diambil dari cairan induk dan dicuci dengan menetapkan PH menjadi 2,0 dengan 40oBe Asam Nitrat. Pada langkah ini adalah perlu untuk mengubah garam Kalium Organik menjadi Kalium Nitrat. Larutan dikentalkan menjadi 2/3 volume mula-mula dan didinginkan sampai suhu ruangan selama 2 jam, pelan-pelan.
Muhammad Alpvy (TK/36316) Gemuruh Alam Fabasi (TK/37455) Mochamad Wildan (TK/37203) 6
Prarancangan Pabrik Kalium Asam Sakarad dari bahan baku Dekstrosa, Asam Nitrat, dan Kalium Hidroksida dengan Kapasitas 1000 Ton/tahun Tabel I. Kebutuhan Bahan Kimia dan Hasil dalam Memproduksi Kalium Asam Sakarad. no
mol
dekstrosa
rasio
hidrat,
asam nitrat (100%), Lb
KOH (100%),
hasil
Lb
kalium
Lb
nitrat, Lb. oksi
ke pH
ke pH
dasi
3,4
2,0
total
ke pH
total
9
7
2,5
99
79
22
10,4
111,4
47,8
47,8
39
9
2,75
99
86,6
29,7
16,5
132,8
51,7
51,7
43,9
6
3
99
94,5
40,2
8,9
143,6
64,6
64,6
42,3
5
3,5
99
111
35,7
9,5
156,2
66
66
68,8
4
4
99
126
27,1
11,8
164,9
63
63
63,4
Kontrol Suhu Reaksi Reaksi oksidasi menjadi tidak terkendali jika tidak secara hati-hati dikendalikan. Reaksi sebagian sensitif selama bagian pertama penambahan dekstrosa pada 130oF dan juga selama jam pertama oksidasi setelah suhu meningkat menjadi 158oF. Jika suhu dibiarkan sampai 185oF, reaksi menjadi berlebihan dan sulit dikontrol. Kontrol yang cukup bisa dilakukan dengan memperhatikan hal-hal berikut : 1.
Waktu yang cukup untuk oksidasi
2.
Tersedia pendinginan dengan kapasitas yang memadai
3.
Thermometer yamg sensitive dan responsive
4.
Oksidasi dengan mol rasio asam dibanding dekstrosa 3 sampai 4
memberikan 88% hasil 98-99% kemurnian sakarad. Faktor berikut ini dalam memproduksi kalium asam sakarad dipelajari dalam skala pilot plant. Berat hasil yang dilaporkan pada tulisan ini adalah berat sebenarnya yang dihasilkan, dibetulkan menjadi kemurnian 100%. Hasil dari kalium asam sakarad diambil sebagai persen teoritis berdasar atas berat dekstrosa yang digunakan dalam oksidasi (Mustakas et al., 1954).
Muhammad Alpvy (TK/36316) Gemuruh Alam Fabasi (TK/37455) Mochamad Wildan (TK/37203) 7
Prarancangan Pabrik Kalium Asam Sakarad dari bahan baku Dekstrosa, Asam Nitrat, dan Kalium Hidroksida dengan Kapasitas 1000 Ton/tahun Kecepatan penambahan dekstrosa dan waktu bagi oksidasi Kecepatan penambahan dekstrosa ke dalam asam yang berlebihan adalah dibatasi oleh kecepatan reaksi, sebaliknya, juga berdasarkan kapasitas pendinginan yang mampu untuk menghilangkan panas reaksi. Pada peralatan pilot plant, periode oksidasi, termasuk penambahan dekstrosa bervariasi dari 4-7 jam. Hasil yang terbaik berdasarkan percobaan dilaboratorium adalah 4 jam. Secara umum, hasil kalium asam sakarad meningkat bersamaan dengan meningkatnya mol rasio antara asam dengan dekstrosa. Hasil yang paling memuaskan adalah 3 sampai 4 (mustakas et al., 1954) Lokasi Pabrik Adapun dalam perancangan pabrik kalium asam sakarad diperlukan lokasi strategis dalam pembuatan pabriknya, karena lokasi pendirian pabrik merupakan suatu hal yang penting dalam perancangan industri kimia. Lokasi pendirian pabrik dapat didasarkan pada daerah sasaran dalam pemasaran produk serta daerah produksi bahan baku. Kalium Asam Sakarad merupakan salah satu bahan baku industri farmasi untuk pembuatan obat sehingga pabrik yang akan didirikan sebaiknya berdekatan dengan industri farmasi. Selain itu, berdasarkan data impor Badan Pusat Statistik (BPS) 2009-2011, permintaan Kalium Asam Sakarad di Indonesia belum ditemukan, produk ini lebih dibutuhkan oleh Negara-negara luar sebagai bahan baku obat. Oleh sebab itu, lokasi yang dipilih untuk didirikan adalah Jawa Timur tepatnya di Kota Gresik. Pertimbangan didirikannya pabrik di Jawa Timur antara lain daya listrik sangat mencukupi untuk didirikan suatu pabrik di sana, upah minimum rata-rata pekerja di Jawa Timur pada tahun 2013 berdasarkan standar gaji UMR oleh pemerintah Jawa Timur lumayan kecil yaitu berada pada Rp 1.740.000,00. Di Jawa Timur terdapat Bandara Internasional Juanda dan Pelabuhan Besar Tanjung Perak di Surabaya, dimana tempat-tempat tersebut sangat vital untuk transportasi bahan baku maupun untuk mendistribusikan dan mengekspor produk. Pemilihan Kota Gresik sebagai tempat didirian pabrik adalah sebagai berikut, Kota Gresik dilewati oleh dua sungai yaitu Sungai Bengawan Solo dan Sungai Brantas. Selain Muhammad Alpvy (TK/36316) Gemuruh Alam Fabasi (TK/37455) Mochamad Wildan (TK/37203) 8
Prarancangan Pabrik Kalium Asam Sakarad dari bahan baku Dekstrosa, Asam Nitrat, dan Kalium Hidroksida dengan Kapasitas 1000 Ton/tahun itu, fasilitas dan infrastruktur di Kota Gresik sudah cukup baik, yang dapat dilihat dari adanya industri pupuk di Gresik. Berdasarkan pertimbangan-pertimbangan di atas maka diputuskan untuk lokasi pendirian pabrik adalah di Kota Gresik. Tenaga Kerja Berdasarkan Standar gaji UMR tahun 2013 telah di tetapkan oleh pemerintah Jawa Timur maka diputuskan standar gaji kabupaten gresik sebesar Rp 1.740.000. Standar gaji UMR ini lebih kecil dibandingkan kota-kota besar lainnya seperti Jakarta, Bandung, atau Semarang, sehingga hal ini dapat menguntungkan pabrik karena biaya tenaga kerja dapat dipangkas. Transportasi Karena lokasi pabrik yang cukup strategis maka transportasi dari dan menuju Kota Gresik cukup mudah apalagi lokasinya berdekatan dengan kota besar yaitu Surabaya. Di Surabaya terdapat Bandara Internasional Juanda dan Pelabuhan Besar Tanjung Perak yang memudahkan transportasi baik ke dalam maupun menuju luar negeri. Raw Material Bahan baku yang digunakan dalam pabrik ini adalah KOH, asam nitrat, dan dekstrosa. Sifat-sifat yang dimiliki bahan baku tersebut antara lain KOH atau kalium hidroksida adalah zat berbentuk pellet dengan berat molekul 56.11 g/mol. Kalium hidroksida berwarna putih bening dan memiliki melting point 380 °C. Kalium hidroksida tidak berbau dan tidak berwarna. Nilai pH dari KOH sekitar 13. Kalium hidroksida juga bersifat higroskopis dan sangat mudah larut dalam air baik dalam air dingin ataupun panas. Asam nitrat berbentuk cair dengan pH sekitar 1dan memiliki melting point -41.6 °C (-42.9 °F) serta boiling point 121 °C (249.8 °F). Asam nitrat mudah larut dalam air baik dalam air dingin maupun air panas. Dekstrosa berbentuk padat dan memiliki berat molekul 198.17 g/mol. Zat ini tidak berbau dan tidak berwarna. Dekstrosa memiliki melting point pada 86 °C (186.8 °F). Dekstrosa juga mudah larut dalam air baik dalam air dingin maupun air panas. Muhammad Alpvy (TK/36316) Gemuruh Alam Fabasi (TK/37455) Mochamad Wildan (TK/37203) 9
Prarancangan Pabrik Kalium Asam Sakarad dari bahan baku Dekstrosa, Asam Nitrat, dan Kalium Hidroksida dengan Kapasitas 1000 Ton/tahun Bahan baku pabrik yang akan dirancang kami peroleh dari PT. Anugrah Putra Kencana. PT. Anugrah Putra Kencana adalah perusahaan yang menyediakan kebutuhan industry dan perdagangan kimia yang berlokasi di Jababeka 1 – Bekasi – Cikarang. Perusahaan ini menyediakan kebutuhan bahan baku pabrik yang akan dirancang meliputi kalium hidroksida, dekstrosa, dan asam nitrat.
Muhammad Alpvy (TK/36316) Gemuruh Alam Fabasi (TK/37455) Mochamad Wildan (TK/37203) 10
