perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user 1
advertisement
1 digilib.uns.ac.id Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate perpustakaan.uns.ac.id dari Acetylene dan Acetic Acid Kapasitas 80.000 Ton/Tahun BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik Perkembangan industri kimia Indonesia saat ini terus mengalami peningkatan, baik industri yang menghasilkan produk jadi maupun industri antara. Salah satunya adalah vinyl acetate. Kebutuhan bahan ini dari tahun ke tahun terus meningkat. Vinyl acetate merupakan bahan kimia produk antara (Intermediate Product) yang dipakai dalam pembuatan polyvinyl acetate, vinyl acetate copolymer, polyvinyl alcohol dan vinyl chlorid. Vinyl acetate dalam bentuk polimer sangat luas kegunaannya antara lain dalam industri cat, sebagai adhesive, pelapis, lem, film, tinta dan tekstil (www.dow.com). Sedangkan bentuk kopolimernya misalnya dengan acrylonitrile dipakai untuk industri acrylic fibers. Sampai saat ini kebutuhan vinyl acetate dan kopolimernya masih dipenuhi dengan impor. Oleh karena itu dengan didirikannya pabrik ini di Indonesia diharapkan dapat memberikan keuntungan antara lain: 1. Dapat mengurangi impor vinyl acetate sehingga kebutuhan dalam negeri dapat dipenuhi 2. Membuka peluang didirikannya pabrik dengan bahan baku vinyl acetate sehingga dapat menambah pendapatan negara 3. Membuka kesempatan kerja dengan menciptakan lapangan kerja commit to user Bab I Pendahuluan 1 2 digilib.uns.ac.id Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate perpustakaan.uns.ac.id dari Acetylene dan Acetic Acid Kapasitas 80.000 Ton/Tahun 1.2. Kapasitas Perancangan Kapasitas perancangan suatu pabrik setidaknya sama dengan kapasitas minimal pabrik yang sudah berjalan dengan baik dan menguntungkan. Karena di Indonesia belum dibangun pabrik vinyl acetate maka kebutuhan akan bahan ini dipenuhi dengan impor. Untuk menentukan kapasitas perancangan pabrik vinyl acetate dilakukan dengan menggunakan data impor. Tabel 1.1 Kebutuhan Impor Vinyl Acetate dalam Negeri Tahun Jumlah ( kg ) 2009 37.193.841 2010 40.289.901 2011 44.962.128 2012 49.342.533 2013 52.330.272 Sumber : BPS Indonesia 2014 Berdasarkan data pada Tabel 1.1 dapat dibuat grafik kebutuhan impor vinyl acetate sebagai berikut: commit to user Bab I Pendahuluan 3 digilib.uns.ac.id Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate perpustakaan.uns.ac.id dari Acetylene dan Acetic Acid Kapasitas 80.000 Ton/Tahun Kebutuhan Vinyl Acetat (kg) 60.000.000 y = 4E+06x - 8E+09 R² = 0,9942 45.000.000 30.000.000 15.000.000 0 2008 2009 2010 2011 Tahun 2012 2013 2014 Gambar 1.1 Grafik Peningkatan Kebutuhan Vinyl Acetate Setiap Tahun Dengan membuat grafik kebutuhan vinyl acetate per tahun dapat diperoleh persamaan yang mengikuti persamaan garis polinomial yaitu: Y= 4.106x – 8.109 Pabrik vinyl acetate ini akan didirikan pada tahun 2015 dan beroperasi pada tahun 2017 dengan prediksi kebutuhan vinyl acetate pada tahun tersebut sebanyak 80.000 ton. Hal ini diperoleh dengan menggunakan persamaan tersebut. Melihat kebutuhan akan bahan ini di Indonesia yang cukup besar dan peluang ekspor bahan ini masih sangat prospektif maka kapasitas perancangan dipilih 80.000 ton per tahun. commit to user Bab I Pendahuluan Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate perpustakaan.uns.ac.id dari Acetylene dan Acetic Acid Kapasitas 80.000 Ton/Tahun 1.3. 4 digilib.uns.ac.id Lokasi Pemilihan lokasi pendirian pabrik didasarkan atas beberapa hal berikut ini: 1. Penyediaan Bahan Baku Bahan baku acetylene direncanakan diperoleh dari PT. Aneka Gas Industri yang terletak di Sidoarjo, Jawa Timur. Selain di Jawa Timur, PT. Aneka Gas Industri juga mempunyai pabrik acetylene di Medan, Sumatra Utara, dan di Makassar, Sulawesi Selatan. Sedangkan acetic acid diperoleh dari PT. Acidatama yang terletak di daerah Karanganyar, Jawa Tengah. Sebagian kebutuhan acetic acid diperoleh melalui impor dari Celanase, Jurong, Singapura. Pabrik vinyl acetate ini direncanakan didirikan di Kawasan Industri Mojokerto mendekati bahan baku acetylene. 2. Letak Pabrik terhadap Lokasi Pemasaran Mengingat bahan yang diproduksi merupakan bahan antara, yang merupakan bahan baku polimer maupun kopolimer, dan kawasan industri tersebut banyak berada di Jawa, maka Mojokerto yang berada di Jawa Timur, dirasa merupakan tempat yang strategis. 3. Transportasi Sarana dan prasarana transportasi sangat penting untuk proses penyediaan bahan baku dan pemasaran produk. Transportasi bahan baku menuju Mojokerto cukup mudah karena dekat dengan jalan utama. commit to user Bab I Pendahuluan Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate perpustakaan.uns.ac.id dari Acetylene dan Acetic Acid Kapasitas 80.000 Ton/Tahun 5 digilib.uns.ac.id 4. Tenaga Kerja Tenaga kerja dapat dipenuhi dengan mudah dari daerah sekitar lokasi pabrik maupun luar lokasi pabrik sesuai dengan kebutuhan dan kriteria perusahaan, saat ini banyak tenaga kerja terampil dan terdidik yang membutuhkan lapangan pekerjaan. Hal ini juga dapat mengurangi jumlah pengangguran yang ada. 5. Utilitas Mojokerto merupakan daerah kawasan industri, maka kebutuhan utilitas seperti air pendingin diperoleh dari Sungai Brantas dan listrik diperoleh dari PLN serta generator. 6. Tersedia lahan yang cukup luas sehingga dapat memungkinkan apabila terjadi pengembangan dan perluasan pabrik. Peta lokasi pabrik dapat dilihat pada Gambar 1.2. Gambar 1.2 Peta Lokasi Pabrik Vinyl Acetate commit to user Bab I Pendahuluan 6 digilib.uns.ac.id Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate perpustakaan.uns.ac.id dari Acetylene dan Acetic Acid Kapasitas 80.000 Ton/Tahun 1.4. Tinjauan Pustaka 1.4.1. Macam-macam Proses Ada beberapa kemungkinan jalannya proses pembuatan vinyl acetate antara lain: 1. Proses Dasar Acetylene Acetylene direaksikan dengan acetic acid baik dalam fase gas maupun fase cair. Reaksi yang terjadi adalah: CH3COOH + C2H2 Zn(OAc) 2 CH3COOCHCH2, a. Reaksi Fase Gas Reaksi dijalankan dalam reactor bed (kontinyu) dengan katalisator Zinc Acetate yang diendapkan dalam karbon aktif. Kondisi operasi pada suhu 200oC pada tekanan 115-162 kPa. Untuk memperoleh hasil yang maksimal maka perbandingan antara berat acetylene dan acetic acid yang masuk ke reaktor adalah 4:1 (Cornelissen, 1975). Reaktan berfase gas masuk reaktor yang berisi katalis padat . Produk vinyl acetate dimurnikan dengan distilasi. Yield vinyl acetate yang dihasilkan 90%. Produk yang diperoleh memiliki kemurnian 92-99% sehingga sangat menguntungkan (Faith Keyes, 1957). b. Reaksi Fase Cair Reaksi dijalankan dalam reactor batch dengan menggunakan katalisator HgSO pada suhu 70oC dan tekanan atmosferis. Reaksi commit to user Bab I Pendahuluan 7 digilib.uns.ac.id Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate perpustakaan.uns.ac.id dari Acetylene dan Acetic Acid Kapasitas 80.000 Ton/Tahun tidak memberikan keuntungan yang besar karena hasil vinyl acetate kecil. Proses ini tidak dipakai secara komersial (Kirk Othmer, 1983). 2. Proses Dasar Ethylene Ethylene direaksikan dengan acetic acid dan udara baik dalam fase gas maupun fase cair. Reaksi yang terjadi adalah: Pd2+ C2H4 + CH3COOH + ½ O2 Pd CH3COOCHCH2 + H2O 2+ C2H4+ H2O +Cl- CH3CHO + HCl a. Reaksi Fase Cair Reaksi dapat dijalankan dalam proses batch maupun kontinyu dengan kondisi operasi 120o-180oC dengan menggunakan katalisator PdCl2. Reaksi ini tidak memberikan keuntungan karena biaya investasi lebih besar 50% jika dibandingkan dengan proses acetylene pada fase gas (Kirk Othmer, 1983). b. Reaksi Fase Gas Reaksi dijalankan dengan proses kontinyu dengan suhu operasi 120oC, tekanan 5-10 atm, menggunakan katalisator Palladium yang diendapkan dalam karbon aktif. Proses ini juga tidak menguntungkan karena investasinya besar. commit to user Bab I Pendahuluan 8 digilib.uns.ac.id Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate perpustakaan.uns.ac.id dari Acetylene dan Acetic Acid Kapasitas 80.000 Ton/Tahun 3. Proses Asetaldehid – acetic acid Anhidrid Reaksi dijalankan dalam fase cair, mula-mula yang terbentuk adalah etilidiene diasetate kemudian membentuk vinyl acetate. Reaksi ini tidak menguntungkan karena yield yang dihasilkan kecil. Dari kelima proses diatas, dipilih proses dasar acetylene fase gas dengan pertimbangan sebagai berikut: 1. Investasi yang berhubungan dengan peralatan proses lebih murah jika dibandingkan dengan proses dasar ethylen. 2. Kondisi operasi mendekati atmospheris, sehingga operasional pabrik lebih mudah. 3. Yield vinyl acetate dalam proses ini lebih tinggi, yaitu 90% 1.4.2. Kegunaan Vinyl Acetate Vinyl acetate merupakan monomer yang sangat penting, kegunaannya antara lain: a. Merupakan produk antara untuk pembuatan polimer-polimer antara lain: polyvinyl acetate dan copolymer vinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetals, ethylene vinyl acetate copolymers dan ethylene vinyl alcohol. b. Polimer-polimer tersebut merupakan bahan pembuatan plastik, film, tinta printer, cat, coating, adhesive, tekstil dan lem. c. Bentuk kopolimernya dengan acrilonitrile dipakai untuk industri acrylic fiber (www.dow.com). commit to user Bab I Pendahuluan 9 digilib.uns.ac.id Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate perpustakaan.uns.ac.id dari Acetylene dan Acetic Acid Kapasitas 80.000 Ton/Tahun 1.4.3. Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku Acetylene Sifat Fisik (Perry, 1999) - Rumus molekul : CH≡CH - Berat molekul : 26 g/mol - Titik didih : 189 K (1 atm) - Mudah terbakar - Berbentuk gas yang tidak berwarna Sifat Kimia Reaksi-reaksi acetylene (Othmer, 1983) - Hidrogenasi Acetylene dapat mengalami reaksi hidrogenasi menjadi ethylene dan ethane. Reduksi acetylene terjadi dalam larutan amonical dari chromous klorida atau dalam larutan garam chromous dalam H2SO4. - Hidrasi Penambahan air dalam ikatan rangkap tiga dari acetylene menghasilkan acetaldehyde, dengan reaksi: 2C2H2 + 3 H2O → CH3COOH + CO2 + H2 - Vynilation Acetylene ditambah dengan asam lemah akan menghasilkan turunan yang sangat banyak. Alkohol dan commit to user Bab I Pendahuluan 10 digilib.uns.ac.id Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate perpustakaan.uns.ac.id dari Acetylene dan Acetic Acid Kapasitas 80.000 Ton/Tahun phenol menghasilkan turunan vinyl ether, sedangkan asam karboksilat menghasilkan vinyl esther. ROH + C2H2 → ROCH = CH2 RCOH + C2H2 → RCOOCH=CH2 - Reagen Acetylen Grignard yang berguna untuk sintesis lebih lanjut, dibentuk dari reaksi acetylene dengan alkyllmagnesium bromide, reaksi: C2H2+ 2MgBr → BrMgC ≡ CMgBr Acetic acid Sifat Fisik (Perry, 1999) - Rumus molekul : CH3CO2H - Berat molekul : 60,05 g/mol - Titik didih : 117,9oC - Berupa cairan tidak berwarna dengan bau yang sangat menyengat - Mudah larut dalam air maupun pelarut organik lain Sifat Kimia Reaksi pada acetic acid (Othmer, 1983) - Esterifikasi Hampir 93% acetic acid digunakan untuk memproduksi ester asetat, reaksi esterifikasi atau olefin, baik dengan acetic acid dalam bentuk cair maupun gas. Dengan reaksi: ROH + CH3COOH → R-CH2COOH + H2O commit to user Bab I Pendahuluan Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate perpustakaan.uns.ac.id dari Acetylene dan Acetic Acid Kapasitas 80.000 Ton/Tahun 11 digilib.uns.ac.id Dengan R adalah radikal misalnya : alkil - Dehidrasi Reaksi dehidrasi sangat penting untuk sintesa selulosa asetat dengan rayon Reaksi: CH3COOH ↔ CH2= CO + CO - Klorinasi Reaksi klorinasi merupakan reaksi antara acetic acid anhidrid dengan gas klor dengan menggunakan katalis asetil klorida pada titik didih campuran. Reaksi ini akan menghasilkan monoklor acetic acid sebagai hasil samping. Reaksi: CH3COOH + Cl2 → ClCH2-COOH + HCl ClCH2-COOH + Cl2 → Cl2CH-COOH + HCl - Adisi Acetic acid ditambahkan dengan acetylene membentuk vinyl acetate. Reaksi: CH3CO2H + CH≡CH → CH3CO2CH=CH2 commit to user Bab I Pendahuluan 12 digilib.uns.ac.id Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate perpustakaan.uns.ac.id dari Acetylene dan Acetic Acid Kapasitas 80.000 Ton/Tahun Produk Vinyl acetate Sifat Fisik (Perry, 1997) - Rumus molekul : C4H6O2 - Berat molekul : 86,09 g/mol - Titik didih : 71,85oC - Berupa cairan tidak berwarna dengan bau yang khas Sifat Kimia - Polimerisasi Merupakan reaksi terpenting pada vinyl acetat sebagai monomer, salah satunya adalah pembentukan polyvinyl acetat. Reaksi : O H2C=CH-O-C-CH3 → - (-CH2 - CH -)-n O - C-CH3 O - Hidrolisa Vinyl acetat terhidrolisa dengan katalis asam atau basa membentuk vinyl alcohol tidak stabil, membentuk asetaldehid. Reaksi : CH3CO2CH=CH2 → CH2CHOH CH2OH → CH3OH commit to user Bab I Pendahuluan kemudian 13 digilib.uns.ac.id Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate perpustakaan.uns.ac.id dari Acetylene dan Acetic Acid Kapasitas 80.000 Ton/Tahun - Halogenasi Penambahan chlorine dan bromide pada vinyl acetate akan membentuk 1,2 dikloro etil asetat yang dapat didistilasi tanpa terdekomposisi dalam kondisi vakum. - Hidrogenasi Acetid acid dan ethylidene diasetate akan terbentuk jika hidrogen ditambahkan pada vinyl acetate pada suhu 82oC dengan adanya 10% platinum, sedangkan pada 53oC dengan 5% platinum akan menghasilkan etil asetat. - Hidroalkilasi katalitik Hidrogen peroksida akan bereaksi dengan vinyl acetate pada suhu 0oC dengan menggunakan katalis ossanium tetra oksida menghasilkan glikolaldehide dengan yield 50%. Reaksi : CH2=CHOOCH3 + H2O2 CH2 - CH = COOH3 OH OH 1.4.4. Tinjauan Proses secara Umum Reaksi dijalankan dalam reaktor bed (kontinyu) dengan katalisator Zinc Acetate yang diendapkan dalam karbon aktif. Kondisi operasi dipilih pada suhu 200oC dan tekanan 1,5 atm (Faith Keyes, 1957). Untuk commit to user Bab I Pendahuluan Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate perpustakaan.uns.ac.id dari Acetylene dan Acetic Acid Kapasitas 80.000 Ton/Tahun 14 digilib.uns.ac.id memperoleh hasil optimal maka perbandingan berat acetylene dan acetic acid yang masuk ke reaktor adalah 4:1 (Cornelissen, 1975). Reaktan masuk reaktor yang berisi katalis dalam bentuk uap. Produk vinyl acetate dimurnikan dengan distilasi. Yield vinyl acetate yang dihasilkan 90%. Produk yang diperoleh memiliki kemurnian 92-99%, sehingga sangat menguntungkan (Faith Keyes, 1957). commit to user Bab I Pendahuluan
