1 BAB I PENGANTAR A. Latar Belakang Asam propionat

BAB I
PENGANTAR
A. Latar Belakang
Asam propionat merupakan asam karboksilat yang banyak
digunakan sebagai pengawet pada makanan ternak dan biji-bijian. Asam
propionat digunakan juga untuk memproduksi selulosa asetat propionat,
kalsium
propionat
dan
turunan
lainnya
(www.icis.com).
Semakin
berkembangnya industri yang menggunakan asam propionat, semakin
meningkat pula permintaan asam propionat. Kebutuhan dunia pada tahun
2006 sebesar 313.200 ton dan diperkirakan meningkat sebesar 2,5 %/tahun
dengan harga jual pada tahun 2012 sebesar $935,7 juta dan terus meningkat
sebesar 7,8 %/tahun (www.marketsandmarkets.com). Di Indonesia sendiri
nilai impor juga terus meningkat, pada tahun 2012 nilai impornya
meningkat sebesar 22,30% (www.bps.go.id).
Asam propionat dibuat dari propena. Di Indonesia propena
merupakan bahan yang mudah didapat, salah satunya dari PT Chandra Asri
Petrochemical Tbk. Pabrik ini memproduksi propena atau sering dikenal
sebagai propilen sebanyak 320.000 ton/tahun. Produksi propena oleh PT
Chandra Asri Petrochemical Tbk digunakan sebagai bahan baku
polipropilen dan dijual. Kebutuhan pasar di Indonesia akan asam propionat
yang mencapai 2.534 ton pada tahun 2012 (www.bps.go.id). Tidak adanya
pabrik asam propionat di Indonesia menyebabkan Indonesia terus
melakukan impor untuk memenuhi kebutuhan asam propionat dari luar
negeri.
Kebutuhan dunia yang semakin meningkat dan harga jual asam
propionat yang terus meningkat maka pendirian pabrik asam propionat di
Indonesia merupakan hal yang sangat penting. Selain dapat mengurangi
ketergantungan impor asam propionat, pendirian pabrik ini dapat menambah
devisa negara dan dapat mengembangkan sumber daya manusia di
Indonesia.
1
B. Tinjauan Pustaka
Asam propionat memiliki rumus kimia CH3CH2COOH. Struktur
kimia dari asam propionat dapat digambarkan sebagai berikut :
Gambar 1.1. Struktur kimia asam propionat
Asam propionat sering juga dikenal sebagai asam propanoat,
carboxyethane, ethane carboxylic acid, ethylformic acid, metacetonic acid,
methylacetic acid, prozoin atau pseudoacetic acid. Asam propionat yang
merupakan salah satu asam karboksilat ini memiliki berat molekul 74,08
g/gmol, densitas 995,4 g/L pada tekanan 1 atm dan suhu 20 °C, titik didih
140,99 °C dan titik lebur -20,8 °C (www.sciencelab.com). Asam propionat
berbentuk cair dan agak berminyak (Smith and Hong-Shum, 2003). Asam
propionat juga bersifat korosif dan flammable. Asam propionat yang
digunakan sebagai pengawet makanan memiliki kemurnian 99,5%. Asam
propionat dapat diproduksi dari propena.
Propena memiliki rumus kimia C3H6. Struktur kimia dari propena
dapat digambarkan sebagai berikut :
Gambar 1.2. Struktur kimia propena
Propena sering juga dikenal sebagai propilen. Propena yang
merupakan hidrokarbon memiliki berat molekul 42,08 g/gmol, densitas
1,8083 g/L pada tekanan 1,013 bar dan suhu 15 °C, titik didih -48 °C dan
titik lebur -185 °C. Propena berbentuk gas pada tekanan 1 atm dan 25 °C.
Propena memiliki kemurnian 99,5% (www.chandra-asri.com).
Menurut Ullmann (2005), asam propionat dapat diproduksi dengan
berbagai cara, antara lain:
1. Oksidasi Langsung Hidrokarbon
Proses ini mereaksikan hidrokarbon dengan oksigen dengan
reaksi sebagai berikut :
2
CxHy + O2 → HCOOH + R-COOH + CH3COCH3
(1)
Jika reaksi ini menggunakan bahan baku hidrokarbon berupa naphtha,
maka reaksi berlangsung pada suhu 170 °C dan tekanan 40 – 45 bar.
Proses
produksi
asam
propionat
melalui
oksidasi
langsung
hidrokarbon ini digunakan oleh BP Chemicals (Inggris), HoechstCelanese (Amerika Serikat), dan Daicel (Jepang).
2. Karboksilasi Etilen
Proses ini mereaksikan etilen dengan karbon monoksida dan
air dengan katalis Ni(CO)4, sehingga reaksinya adalah :
CH2=CH2 + CO + H2O → CH3CH2COOH
(2)
Reaksi ini berlangsung pada tekanan tinggi yaitu 100 – 300 bar dan
suhu tinggi yaitu 250 – 320 °C. Proses produksi asam propionat
melalui karboksilasi etilen ini digunakan oleh BASF di Jerman.
Menurut Burcat (1975), proses pembuatan etilen dari propena
dapat dilakukan dengan metode cracking pada suhu 1160 – 1700 K.
CH3-CH=CH2 → H2 + CH4 + C2H4 + C2H2 + C2H6 + C3H4
(3)
3. Oksidasi Propionaldehid
Proses ini mereaksikan propionaldehid dengan oksigen pada
suhu 40 – 50 °C dengan reaksi sebagai berikut :
CH3CH2CHO+ ½O2 → CH3CH2COOH
(4)
Proses produksi asam propionat melalui oksidasi propionaldehid ini
digunakan oleh Union Carbide dan Eastman Kodak di Amerika
Serikat.
Propionaldehid
memiliki
rumus
kimia
CH3CH2CHO.
Struktur kimia dari propionaldehid dapat digambarkan sebagai
berikut:
Gambar 1.3. Struktur kimia propionaldehid
Propionaldehid sering juga dikenal sebagai propanal.
Propionaldehid yang merupakan aldehid ini memiliki berat molekul
58,08 g/gmol, densitas 807,1 g/L pada tekanan 1 atm dan suhu 20 °C,
3
titik didih 49 °C dan titik lebur -81 °C. Propionaldehid berbentuk cair
dan beraroma menyengat (www.sciencelab.com). Propionaldehid
dapat dibuat dari propena.
Menurut Gurumurthy (1974), reaksi propionaldehid dengan
oksigen berjalan baik dengan katalis manganese propionate dalam
sparged reactor.
Berdasarkan US6500311B1 (2002), proses
pembuatan
propionaldehid dapat dilakukan dengan proses isomerisasi propylene
oxide pada suhu 600 °F menggunakan katalis fuller’s earth dalam
fluidized bed reactor.
CH3CHOCH2 → CH3CH2CHO
Berdasarkan US6710194B1 (2004), proses
(5)
pembuatan
propylene oxide dapat dilakukan dengan proses epoxidation propena,
hidrogen dan oksigen pada tekanan 60 °C dan suhu 12,8 bar gauge
menggunakan katalis Palladium-Titanium Silicate dalam solvent
metanol dalam slurry reactor.
CH3-CH=CH2 + O2 + H2 → CH3CHOCH2
(6)
C. Pemilihan Proses
Pemilihan proses merupakan bagian penting dalam perancangan
pabrik kimia karena proses produksi sangat menentukan performa pabrik
kimia dan nilai ekonomi dari pabrik kimia tersebut.
Dari tiga proses pembuatan asam propionat yaitu karboksilasi
etilen, oksidasi propionaldehid, dan oksidasi langsung hidrokarbon, masingmasing dijelaskan sebagai berikut :
1. Oksidasi Langsung Hidrokarbon
Pabrik
: BP Chemicals, Hoechst – Celanese, dan Daicel
Proses ini merupakan proses cracking hidrokarbon rantai panjang
seperti yang ditunjukkan pada persamaan (2) pada tekanan 40 – 45 bar
dan suhu 170°C. Proses ini tidak feasible karena produk yang
dihasilkan sebagian besar merupakan asam format dan aseton.
4
2. Karboksilasi Etilen
Pabrik
: BASF
Proses ini menggunakan etilen, karbon monoksida dan air yang
ditunjukkan pada persamaan (3). Proses ini berlangsung pada tekanan
100 – 300 bar dan suhu yaitu 250 – 320 °C. Proses ini tidak feasible
dengan bahan baku propena, karena menghasilkan beberapa produk
samping berupa hidrogen, etana, etena, etuna dan propuna yang
memerlukan proses pemisahan lebih lanjut.
3. Oksidasi Propionaldehid
Pabrik
Proses
: Union Carbide dan Eastman Kodak
ini
menggunakan
propionaldehid
dan
oksigen
yang
ditunjukkan dengan persamaan (4). Proses ini terjadi pada tekanan 1
atm dan suhu 40 – 50 °C. Proses ini feasible untuk dilakukan dengan
bahan baku propena.
Ada 2 proses dalam pembentukan propionaldehid :

Oksidasi 1-propanol
Proses pembentukan aldehid membutuhkan alkohol primer.
Sehingga untuk membentuk propionaldehid dibutuhkan
1-
propanol sebagai bahan baku. Akan tetapi, 1-propanol tidak dapat
dihasilkan dari propena karena oksidasi propena akan membentuk
2-propanol.

Isomerisasi propylene oxide
Proses ini membutuhkan bantuan katalis fuller’s earth pada
tekanan tinggi 21,22 atm dan suhu 315,5 °C. Reaksi yang terjadi
adalah reaksi isomerisasi propylene oxide menjadi propionaldehid.
Pembentukan propylene oxide bisa dilakukan dengan reaksi
epoksidasi, mereaksikan propena, oksigen dan hidrogen pada
reaktor slurry dengan katalis Palladium-Titanium Silicalite. Proses
ini feasible untuk dilakukan.
5
Dengan mempertimbangkan kelebihan dan kelemahan prosesproses tersebut, dipilih proses yang ketiga, yaitu oksidasi propionaldehid
karena memerlukan kondisi operasi yang tidak ekstrim sehingga potensi
bahaya dari pabrik tidak besar, tidak seperti proses karboksilasi etilen yang
beroperasi pada tekanan dan suhu tinggi yang menyebabkan pabrik
memiliki potensi bahaya yang besar. Selain itu proses ini tidak
menghasilkan produk samping sehingga biaya untuk pemisahan produk
kecil, sementara pada proses oksidasi langsung hidrokarbon tampak bahwa
reaksi yang terjadi menghasilkan banyak produk samping yang dapat
meningkatkan biaya untuk pemisahan produk. Selain itu proses pembuatan
propionaldehid dari propena mudah dilakukan dibandingkan dengan
pembuatan etilen dari propena.
Jadi proses yang dipilih sebagai berikut:
1. Pembuatan propionaldehid dari propena
Epoxidation propena, hidrogen dan oksigen pada tekanan 60 °C dan
suhu 12,8 bar gauge menggunakan katalis Palladium-Titanium
Silicalite dalam solvent metanol dalam slurry reactor dilanjutkan
dengan proses isomerisasi propylene oxide pada suhu 600 °F
menggunakan katalis fuller’s earth dalam fluidized bed reactor.
2. Oksidasi propionaldehid
Mereaksikan propionaldehid dan katalis manganese propionate
dengan oksigen suhu 40 °C dalam sparged reactor.
3. Pemurnian produk
Hasil akhir yang dihasilkan berupa campuran fasa cair asam propionat
dan sisa propionaldehid. Titik didih asam propionat adalah 140,99 °C
dan titik didih propionaldehid adalah 49 °C, sehingga untuk
mendapatkan asam propionat dengan kemurnian 99,5%, hasil akhir
reaktor dapat dipisahkan dengan menara distilasi.
6
D. Market Analysis
Permintaan asam propionat dari tahun ke tahun meningkat. Impor
asam propionat Indonesia sebanyak 2.114 ton pada 2009, 2.082 ton pada
2010, 2.072 ton pada 2011, dan 2.534 ton pada 2012 (www.bps.go.id).
Berdasarkan ICIS (2007), kebutuhan dunia pada tahun 2006 sebesar
313.200 ton dan diperkirakan meningkat 2,5 %/tahun. Kapasitas produksi
pada tahun 2006 sebesar 349.000 ton/tahun. Berdasarkan data tersebut maka
dapat diperkirakan kebutuhan dunia pada tahun 2019 yaitu sebesar 442.544
Kebutuhan Asam Propionat, ton
ton dan ditampilkan pada gambar berikut.
460000
440000
420000
400000
380000
360000
340000
320000
300000
2006
2008
2010
2012
2014
2016
2018
2020
Tahun
Gambar 1.4. Peningkatan Kebutuhan Asam Propionat di Dunia
Permintaan pasar dunia akan asam propionat terus meningkat
berkisar pada 2,5 %/tahun hingga tahun 2010, kecepatan pertumbuhan
tertinggi berada di Asia Pasifik (6 %/tahun), dan di Asia Timur Tengah (4,5
%/tahun). Pertumbuhan pada wilayah lain diestimasikan sebesar 3 %/tahun
untuk Australia dan Selandia Baru serta Amerika Latin, 2,5 %/tahun untuk
Eropa Timur, 2,4 %/tahun untuk Meksiko, sekitar 2 %/tahun untuk Amerika
dan Eropa Barat, dan 1,5 %/tahun untuk Jepang (www.icis.com).
7
Gambar 1.5. Konsumsi Asam Propionat di Berbagai Negara pada
Tahun 2012
Terdapat beberapa pabrik asam propionat di dunia yang memiliki
kapasitas sebagai berikut :
Daftar I. Kapasitas Dunia pada Tahun 2006 (www.icis.com)
Pabrik
Lokasi
Kapasitas, ton/tahun
BASF
Ludwigshafen, Jerman
80.000
BASF-Sinopec
Nanjing, China
30.000
Chang
Chun Mailiao, Taiwan
4.000
Petrochemical
Celanese
Pampa, Texas, Amerika
6.800
Serikat
Daicel Organic
Ohtake, Jepang
10.000
Dow Chemical
Texas, Amerika Serikat
90.000
Eastman
Kingsport,
50.000
Chemical
Amerika Serikat
Tennessee,
Longview,
Texas,
20.000
Amerika Serikat
Fushun No. 3
Fushun, China
600
Perstorp
Stenungsund, Sweden
50.000
SASOL
Secunda, South Africa
7.000
Shanghai No. 1
Shanghai, China
500
Jumlah
348.900
8
Berdasarkan ketersediaan bahan baku, kebutuhan pasar dan juga
referensi kapasitas pabrik yang sudah ada di dunia maka kapasitas produksi
asam propionat optimum pada tahun 2019 adalah 90.000 ton/tahun. Hal ini
karena kebutuhan dunia pada tahun 2006 sebesar 313.200 ton dan dengan
pertumbuhan permintaan sebesar 2,5 %/tahun maka kebutuhan dunia pada
tahun 2019 mencapai 442.544 ton. Kapasitas produksi asam propionat di
dunia pada tahun 2006 sebesar 348.900 ton, sehingga jika tidak berubah
sampai tahun 2019, maka dibutuhkan 93.644 ton untuk memenuhi
kebutuhan dunia. Selain itu berdasarkan kapasitas pabrik asam propionat
yang sudah ada di dunia, kapasitas produksi asam propionat terbesar adalah
90.000 ton/tahun.
9