prarancangan pabrik gliserol dari epichlorohydrin, air dan natrium

PRARANCANGAN PABRIK GLISEROL
DARI EPICHLOROHYDRIN, AIR DAN NATRIUM
HIDROKSIDA DENGAN KAPASITAS
60.000 TON/TAHUN
Disusun Oleh :
1. Dewi Khoirunnisak
( I 0512016 )
2. Fitri Febianti
( I 0512021 )
PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2016
0
BAB I
PENDAHULUAN
I.1.
Latar Belakang Pendirian Pabrik
Indonesia
merupakan
negara
yang
sedang
berkembang.
Perkembangan Industri di Indonesia akan semakin meningkat sejalan
dengan pembangunan di Indonesia. Pada industri kimia, gliserol
merupakan salah satu bahan yang penting. Gliserol digunakan hampir di
semua industri, yang paling besar digunakan untuk industri Alkyd resin.
Gliserol adalah senyawa kimia yang memiliki rumus molekul
C3H5(OH)3. Senyawa ini larut dalam air dan alkohol, sedikit larut dalam
dietil eter, etil asetat, dan dioxane, dan tidak larut dalam hidrokarbon.
Gliserol sangat banyak dan beragam
kegunaanya, antara lain
dimanfaatkan dalam obat-obatan, kosmetik, pemrosesan tembakau,
material pelapis, dan pembungkus, makanan.
Gliserol dapat diproduksi dari gliserida dalam minyak atau lemak.
Pada tahun 1779 gliserol dihasilkan dari gliserida dalam lemak atau
minyak. Semenjak tahun 1949 gliserol sintetik telah diproduksi. Produksi
gliserol sintetis semakin bertambah, hingga pada tahun 1965 terhitung
sebesar 60% dari kebutuhan pasar dan pada tahun 1977 kurang dari 50%
kebutuhan pasar (Kirk Othmer, 1999).
Salah satu alternatif pembuatan gliserol sintetik adalah dari bahan
epichlorohydrin. Epichlorohydrin merupakan senyawa turunan dari alyl
chloride yang memiliki rumus molekul C3H5OCl. Senyawa ini berupa
cairan tidak berwarna dengan bau yang menyengat, agak larut dalam air,
tetapi larut dengan pelarut organik yang paling polar. Epichlorohydrin
adalah senyawa yang sangat reaktif dan digunakan dalam produksi
gliserol, plastik, lem epoxy dan resin, dan elastomer (en.wikipedia.org).
Pada tahun 2010 kontribusi produksi gliserol dunia mencapai 1 juta
ton. Peningkatan kontribusi tersebut disebabkan cepatnya laju peningkatan
1
produksi gliserol yang selama 2000-2010 diperkirakan mencapai 3,1% per
tahun. Pasar gliserol dunia pada tahun 2000 sebagian besar terpusat di
beberapa negara importir utama, yaitu Amerika Serikat dengan pangsa
pasar 14,6% dari total volume impor dunia, Jerman 12,2%, Inggris 9,5%,
Belanda 7,8%, Meksiko 6,7%, Jepang 6,6%, Perancis 4,7%, Swedia 4,8%,
Belgia 4,5%, dan Italia 3,8%. Kesepuluh negara tersebut menyerap 75,2%
dari total volume impor gliserol dunia. Dilihat pangsa pasar yang cukup
prospektif, maka negara-negara tersebut tersebut patut dijadikan prioritas
sebagai
negara
tujuan
ekspor
gliserol
Indonesia
(www.pustaka.litbang.go.id).
Kebutuhan gliserol yang cenderung terus meningkat dari tahun ke
tahun membuka peluang pendirian pabrik gliserol dengan pertimbangan
antara lain :
1. Sebagai pemasok bahan baku untuk industri-industri farmasi dalam
negeri.
2. Mengurangi jumlah impor yang berarti menghemat devisa negara.
3. Dapat membuka lapangan kerja baru.
4. Memacu pertumbuhan industri lain yang memerlukan gliserol sebagai
bahan baku.
I.2.
Kapasitas Rancangan
Penentuan
kapasitas
rancangan
yang
menguntungkan
menggunakan beberapa pertimbangan, yaitu:
I.2.1. Kebutuhan Gliserol di Indonesia
Kebutuhan gliserol di Indonesia dalam kurun waktu enam tahun
terakhir dapat dilihat dari data kebutuhan gliserol pada Tabel I.1
2
Tabel I.1 Data Kebutuhan Gliserol di Indonesia
Jumlah kebutuhan
No.
Tahun
1.
2014
42.302
2.
2013
40.856
3.
2012
39.410
4.
2011
37.964
5.
2010
36.518
6.
2009
34.829
(Ton/tahun)
(Badan Pusat Statistik,2009)
Dari data tersebut dapat dihitung pertumbuhan rata-rata kebutuhan gliserol
di Indonesia setiap tahunnya. Dari hasil perhitungan pertumbuhan rata-rata,
diperkirakan jumlah kebutuhan gliserol ditahun 2020 sebesar 50.978 ton.
1.2.2. Kapasitas Pabrik Gliserol di Indonesia
Data pabrik gliserol yang telah didirikan di Indonesia sebagai berikut :
Tabel I.2 Produksi Gliserol di Indonesia Tahun 2010
Kapasitas
No.
Nama Perusahaan
Lokasi
Produksi
(ton/tahun)
1.
PT. Sinar Oleochemical Int
Medan
12.250
2.
PT. Flora Sawita
Medan
5.400
3.
PT. Cisadane Raya Chemical
Tangerang
5.500
4.
PT. Sumi Asih
Bekasi
3.500
5.
PT. Sayap Mas Utama
Bekasi
4.000
6.
PT. Bukit Perak
Semarang
1.440
7.
PT. Wings Surya
Semarang
3.500
8.
PT. Unilever
Surabaya
8.450
Total
44.040
(Direktorat Jenderal Industri Argo dan Kimia,2009)
3
I.2.3
Ketersediaan Bahan Baku
Bahan baku untuk produksi gliserol adalah epichlorohydrin dan natrium
hidroksida. Epichlorohydrin diimpor dari Qingdao Lasheng Corporation Limited
China, sedangkan natrium hidroksida diperoleh dari PT. Asahimas Chemical,
Cilegon, Banten.
Tabel I.3 Sumber Bahan Baku Utama
No.
Bahan Baku
Produksi
Produsen
Sumber
(Ton/Tahun)
Qingdao
1.
Epichlorohydrin
Lasheng
99,9 % massa
Corporation
150.000
www.hiseachem.com
30.000
www.asc.co.id
Ltd, China
2.
I.2.4
NaOH
PT. Asahimas
98,2 % massa
Chemical
Kapasitas Pabrik Gliserol di Luar Negeri
Penentuan kapasitas pabrik yang akan didirikan harus memerhatikan
kapasitas pabrik sejenis dalam skala komersial yang sudah beroperasi. Daftar
pabrik gliserol yang sudah beroperasi dapat dilihat pada Tabel I.4
Tabel I.4 Data Kapasitas Pabrik Gliserol di Dunia
No.
Nama Pabrik
Lokasi
Kapasitas (ton/tahun)
1.
Procter & Gamble
Ivorydale, Ohio
72.727,27
Cincinnati, Ohio
29.545,45
Chicago, Illinois
27.272,73
Iowa Falls, Iowa
17.045,45
Kansas City, Missouri
13.636,36
2.
3.
4.
Emery
Oleochemicals
Vantage
Oleochemicals
Cargill
4
Tabel I.4 Data Kapasitas Pabrik Gliserol di Dunia (lanjutan)
5.
BMC Brogenix
Memphis, Tennessee
13.636,36
6.
WF
Montgomery, Illinois
13.636,36
Twin Rivers
Quincy,
Technologies
Massachusettes
Evonik
Mapleton, Illinois
7.
8.
12.727,27
9.090,91
(Icis Chemical Business Americas, 2012)
Dilihat dari Tabel I.3 & I.4 di atas, kapasitas minimum pabrik gliserol
yang pernah dibangun adalah Evonik, Mapleton, Illinois dengan kapasitas sebesar
9.090,91 ton/tahun sedangkan kapasitas terbesar pabrik gliserol adalah Procter &
Gamble sebesar 72.727,27 ton/tahun.
Berdasarkan pertimbangan di atas maka direncanakan pabrik gliserol yang
akan mulai berproduksi pada tahun 2020 dengan kapasitas 60.000 ton/tahun.
Kapasitas tersebut dengan pertimbangan:
1. Dari data kebutuhan gliserol di Indonesia dan data ekspor gliserol dari
Indonesia diperkirakan pada tahun 2020 kebutuhan gliserol di Indonesia
sebesar 50.978 ton. Dengan kapasitas pabrik yang sudah bediri yaitu sebesar
44.040 ton/tahun maka pendirian pabrik baru dengan kapasitas 60.000
ton/tahun dapat memenuhi sisa kebutuhan gliserol Indonesia pada tahun 2020
sebesar 6.938 ton . Sedangkan sisanya diekspor ke Negara Malaysia sebesar
10.000 ton dan Negara Australia sebesar 43.000 ton.
2. Pertimbangan ketersediaan bahan baku.
Bahan baku dari PT. Asahimas dan Qingdao Lasheng Coorporation Ltd dapat
memenuhi kebutuhan bahan baku pabrik gliserol yang akan didirikan dengan
kapasitas 60.000 ton/tahun.
I.3
Pemilihan Lokasi Pabrik
Letak geografis suatu pabrik mempunyai pengaruh yang sangat besar
terhadap keberhasilan perusahaan. Beberapa faktor dapat menjadi acuan dalam
menentukan lokasi pabrik antara lain, penyediaan bahan
baku, pemasaran
produk,transportasi dan tenaga kerja. Berdasarkan tinjauan tersebut maka lokasi
5
pabrik gliserol ini dipilih di kabupaten Ciwandan, Cilegon, Banten dengan
pertimbangan sebagai berikut :
a.
Penyediaaan bahan baku
Bahan baku memegang peranan paling penting dalam proses
produksi. Dalam hal ini bahan baku yang digunakan adalah natrium
hidroksida yang berada di Cilegon. Bahan baku epichlorohydrin diimpor
dari luar negeri seperti Cina. Pengangkutan bahan baku dapat dilakukan
baik lewat darat maupun laut.
b.
Letak pabrik terhadap daerah pemasaran
Pemilihan lokasi pabrik mendekati pasar bertujuan supaya
pengiriman cepat sampai ke konsumen dan dapat menghemat biaya
distribusi. Jawa merupakan daerah pemasaran yang menguntungkan, sebab
di Jawa banyak terdapat industri farmasi.
c.
Transportasi
Kawasan industri Cilegon dekat dengan pelabuhan laut Merak,
telah ada sarana transportasi jalan raya, sehingga mempermudah sistem
pengiriman bahan baku dan produk.
d.
Tenaga kerja
Kawasan industri Cilegon terletak didaerah Jawa Barat dan
Jabotabek yang syarat dengan lembaga pendidikan formal maupun
nonformal dimana banyak dihasilkan tenaga kerja ahli maupun nonahli,
sehingga tenaga kerja mudah didapatkan.
e.
Utilitas
Utilitas yang diperlukan seperti air, bahan baku dan tenaga listrik
dapat dipenuhi karena lokasi terletak di kawasan industri.

Penyediaan air, kebutuhan air proses, air minum dan sanitasi, air pendingin
dan air pemadam kebakaran diperoleh dari PT. Krakatau Tirta Industri.

Penyediaan tenaga listrik, diperoleh dari PLN setempat dan generator
sebagai cadangan.
6
Gambar I.1 Lokasi Pabrik Gliserol
I.4
Tinjauan Pustaka
I.4.1. Macam-macam Proses
Gliserol dapat dibuat dengan beberapa proses sebagai berikut :
1. Gliserol sebagai hasil samping pembuatan sabun

Hidrolisis atau saponifikasi lemak (komponen utama lemak dan
minyak) diuraikan menjadi asam lemak bebas dan gliserol melalui
proses hidrolisis. Proses yang dapat dilakukan diantaranya :
hidrolisis dengan air pada tekanan biasa dengan bantuan katalis
(Twitchell Process), suhudan tekanan tinggi dengan atau tanpa
katalis (Autoclave Process), dan counter current hydrolysis secara
kontinyu pada suhu dan tekanan tinggi dengan atau tanpa katalis
(Ittner Process).
 Metode saponifikasi umumnya menggunakan sodium hidroksida
sebagai basa dan dioperasikan secara batch atau kontinyu
menghasilkan sabun dan gliserol. Proses ini menghasilkan 75%
yield. Dahulu proses batch lebih umum digunakan, produk
tersabunkan dipisahkan ke dalam sabun, dan sisa larutan yang
7
disebut spent soap lyes ditreatment dengan memisahkan sodium
klorida (Faith and Keyes, 1965).
2. Gliserol dari propilen melalui allil klorida
Klorinasi kontinyu dari propilen pada suhu tinggi mencapai
400oC dan tekanan 40 Psi (yang didapat dari proses petroleumcracking) menghasilkan allyl chloride yang kemudian direaksikan
kembali dengan Hypochlorous acid menjadi Dichlorohydrin dan
direaksikan kembali dengan susu kapur menghasilkan Epichlorohydrin
yang bereaksi dengan gliserol melalui hidrolisa dengan larutan sodium
hidroksida (Faith and Keyes, 1965).
3. Gliserol dari propilen melalui acrolein
Propylene direaksisan menjadi acrolein dengan oksidasi katalitik
fase uap. Acrolein dioksidasi menjadi glyceraldehyde dengan
hydrogen peroxide (dari oksidasi isopropil alcohol) pada suhu 3500C
dan tekanan 2 atm, glyceraldehyde kemudian dihidrogenasi menjadi
gliserol (Faith and Keyes, 1957).
4. Gliserol dari proses hidrolisis epichlorohydrin
Reaksi epichlorohydrin dengan air menjadi Gliserol:
CH2–OH
O
CH2–CH–CH2Cl + H2O + NaOH
CH–OH + NaCl........ (I-2)
CH2–OH
Reaksi di atas merupakan reaksi hidrolisa yang berjalan pada suhu
1500C dengan waktu tinggal 30 menit sehingga mencapai konversi
99% dengan produk gliserol (Faith and Keyes,1957).
1.4.2. Kegunaan Produk
1. Kosmetik; digunakan sebagai body agent, emollient, humectant,
lubricant, solven. Biasanya dipakai untuk skin cream dan lotion,
sampo, hair conditioner, sabun, dan detergen.
2. Dental cream, digunakan sebagai humectant.
3. Peledak; digunakan untuk nitroglycerine sebagai bahan dasar peledak.
8
4. Industri makanan dan minuman; digunakan sebagai solvent emulsifier,
conditioner, freeze preventer dan coating. Digunakan dalam industri
minuman anggur dan minuman lainnya.
5. Industri kertas; digunakan sebagai humectant, plasticizer, softgening
agent, dan lain-lain.
7. Industri farmasi; digunakan sebagai antibiotik, capsule, dan lain-lain.
8. Resin; digunakan untuk polyurethanes, epoxies, phtalic acid dan malic
acid resin.
1.4.3. Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku Produk
1. Bahan baku
a. Epichlohydrin
Sifat fisis :
 Rumus Molekul
: C3H5OCl
 Berat molekul
: 92,53 gr/gmol
 Titik Didih
: 115 – 117 0C
 Titik Leleh
: -57 0C
 SG (20oC)
: 1,183
 Cairan tidak berwarna
(www.hiseachem.com)
Sifat Kimia
 Mudah menguap
 Cairan yang tidak stabil
 Dapat dicampur dengan pelarut organik
 Sedikit larut dengan air
 Epichlorohydrin
direaksikan
dengan
Bisphenol
A
akan
menghasilkan Epoxy Resin.
(Sax, 1987)
9
b. Natrium Hidroksida
Sifat fisik :
 Berat molekul
: 40 gr/mol
 Specific gravity
: 2,13
 Titik leleh
: 12 0C
 Titik didih
: 145 0C
 Densitas
: 1,5 gr/cm3 @ 20 0C
 Kelarutan dalam air
: 111 g/ 100 ml @ 20 0C
 Viskositas
: 120 mPa.s @ 20 0C
 Cairan tidak berwarna
(www.asc.co.id)
Sifat kimia :
 pH adalah 14
 bersifat higroskopis
 Larut dalam air, alkohol dan gliserol
 Tidak larut dalam aseton dan eter
(www.asc.co.id)
c. Air
Sifat fisik :
 Berat molekul
: 18,02 gr/mol
 Titik didih
: 100 0C pada tekanan 1 atm
 Titik beku
: 0 0C pada tekanan 1 atm
 Densitas
: 1 gr/ml
(Perry, 8ed)
Sifat kimia :
 Merupakan cairan polar dengan konstanta dielektrik tinggi
 Dapat terionisasi menjadi H+ dan OH(Sax, 2007)
10
2. Bahan Tambahan
a. Asam klorida
Sifat fisik :
 Rumus Molekul
: HCl
 Fase
: Cair
 Berat molekul
: 36,461 gr/gmol
 Titik Didih
: -85 0C
 Titik Beku
: -1110C
 Kelarutan dalam air dingin : 82,3 pada 0oC
 Kelarutan dalam air panas : 56,1 pada 56,1oC
(Perry, 8ed)
Sifat kimia :
 Tidak berwarna dan sedikit kekuningan
 Tidak ada flash point
 Asam klorida adalah asam yang sangat korosif
 Larut dalam air, alkohol dan benzene
(Sax,2007)
b. Chloroform
Sifat fisik :
 Rumus Molekul
: CHCl3
 Berat molekul
: 119,5 gr/gmol
 Titik Didih
: 61,2 0C
 Titik Leleh
: -63,50C
(Perry, 8ed)
Sifat kimia :
 Tidak berwarna
 Tidak ada flash point
 Liquid volatile
 Larut dalam alkohol, eter, benzene dan petroleum eter.
(Faith and Keyes, 1957)
11
3. Produk
a. Gliserol
Sifat fisik :
 Berat molekul
: 92,09 g/mol
 Titik beku
: 18 0C
 Titik didih
: 290 0C pada tekanan 101,3 kPa
 Densitas (20 0C)
: 1,261 g/cm3
 Viskositas
: 1499 cP pada 20 0C (100% gliserol)
(Ullman, 2002)
Sifat kimia :
 Larut dalam alkohol dan air (larutan encer yang netral)
 Tidak larut dalam eter, benzene, chloroform, dan minyak yang
mudah menguap
 Mudah terbakar, tidak berbau dan tidak berwarna
(Sax, 2007)
b. Natrium klorida
Sifat fisik :
 Rumus Molekul
: NaCl
 Berat molekul
: 58,44 gr/gmol
 Titik Didih
: 14130C
 Titik Beku
: 800,40C
 SG
: 2,163
 Kelarutan dalam air dingin : 35,7 pada 0oC
 Kelarutan dalam air panas : 39,8 pada 100oC
(Perry, 8ed)
Sifat kimia :
 Tidak berwarna, kristal transparan atau putih
 Larut dalam air dan gliserol, sedikit larut dalam alkohol
12
 Tidak dapat terbakar
(Sax, 2007)
1.4.4. Tinjauan Proses Secara Umum
Reaksi pembuatan Gliserol dari epichlorohydrin, NaOH dan air
merupakan reaksi hidrolisa dalam fase cair dengan suasana basa.
0
O
CH2–CH–CH2Cl + H2O + NaOH
150 C
CH2–OH
1atm
CH–OH + NaCl.......(I-3)
CH2–OH
Epichlorohydrin + air + natriun hidroksida → glycerol + natriium klorida
Pembuatan
gliserol
dari
epichlorohydrin,
NaOH
dan
air
menghasilkan produk samping yaitu NaCl. Reaksi pembentukan gliserol
ini merupakan reaksi hidrolisa yang bersifat eksotermis. Hidrolisa
didefinisikan sebagai suatu proses dimana air bereaksi dengan bahan lain
untuk membentuk dua atau lebih bahan baku. Reaksi hidrolisa melibatkan
ionisasi dari molekul air sebagaimana pemisahan dari komponen yang
terhidrolisa.
Epichlorohydrin, NaOH dan air dengan perbandingan tertentu
direaksikan dalam reaktor alir tangki berpengaduk yang dilengkapi dengan
koil pendingin pada kondisi operasi tekanan 4,5 bar dan temperatur 150oC.
Konversi dalam reaksi tersebut sebesar 99%. Produk keluar reaktor
kemudian dinetralkan dengan asam klorida sehingga membentuk garam
NaCl. Kemudian kandungan air diuapkan sehingga didapatkan kristal
NaCl menggunakan evaporator. Selanjutnya kristal NaCl dipisahkan dari
filtrat menggunakan centrifuge. Proses evaporasi dan sentrifugasi
dilakukan dua kali agar garam NaCl terpisah sempurna dari filtrat yang
terdiri dari gliserol dan epichlorohydrin. Filtrat yang terbentuk kemudian
ditambahkan solvent kloroform untuk memisahkan gliserol dengan
epichlorohydrin sehingga diperoleh gliserol dengan kemurnian 100%
menggunakan mixer dan dekanter. Sedangkan sisa epichlorohydrin dan
13
solvent ditambahkan air kemudian dipisahkan menggunakan dekanter
untuk dapat dipakai kembali sebagai reaktan dan solvent.
14