Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Tetes BAB I
advertisement
Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Tetes BAB I PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG Pembangunan industri merupakan bagian dari usaha pembangunan jangka panjang untuk mencapai suatu struktur ekonomi yang kuat. Berpijak dari alasan berkembangnya tersebut industrialisasi industri, dimantapkan sebagai penggerak guna mendukung utama peningkatan laju pertumbuhan ekonomi dan terciptanya lapangan kerja baru. Industri asam asetat merupakan salah satu industri kimia dasar yang dapat mendorong perkembangan industri lainnya. Selain itu, industri asam asetat juga dapat meningkatkan kesejahteraan masyarakat karena dapat memenuhi kebutuhan hidup serta dapat menyediakan lapangan kerja yang relatif cukup besar. Dari berbagai pustaka yang ada, didapat beberapa manfaat dari asam asetat adalah sebagai berikut : 1. Bahan dasar pembuatan asetat anhidrit. Asetat anhidrit ini banyak digunakan untuk pembuatan selulose asetat (serat tekstil), pembuatan pernis, pembuatan film dalam fotografi, kertas, dan campuran termoplastic molding. 2. Bahan dasar pembuatan vinil asetat. Vinil asetat ini banyak digunakan untuk pelarut pernis, pengharum (parfum) dan pembuatan polivinil asetat. 3. Solven dalam pemurnian PTA (pure terephtalic acid). PTA ini banyak digunakan sebagai solven dalam proses pembuatan serat. 4. Dalam bidang farmasi; sebagai bahan pembuatan vitamin, antiseptik, hormon, dan sejenisnya. 5. Bahan untuk pembuatan asam dan garam penting lainnya. Pabrik asam asetat ini menggunakan bahan baku tetes. Tetes merupakan salah satu dari hasil samping dari pabrik gula yang jumlahnya cukup besar. Tetes yang dihasilkan pabrik gula biasanya berjumlah sekitar 30% dari gula yang dihasilkan. Penggunaan tetes termanfaatkan di Indonesia masih sedikit dan harganya relatif murah. Shinta Pratiwi Rahayu Nindy Octaviana – 08/264818/TK/33576 – 08/264855/TK/33582 1 Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Tetes Tabel I.1. Tabel Ekspor Tetes (Molasses) Tahun Total (ton/tahun) 2006 524895,517 2007 389392,192 2008 866714,296 2009 466403,147 2010 458767,125 2011 522487,414 sumber : BPS, 2012 (www.bps.go.id) Salah satu inidikasi kebutuhan asam asetat dalam di Indonesia adalah masih tingginya jumlah import asam asetat ke dalam negri yang terus meningkat setiap tahunnya. Sementara pabrik asam asetat yang sudah ada belum mampu untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Berdasarkan data dari Badan Pusat Statistik terlihat adanya peningkatan impor asam asetat seperti yang terlihat pada table I.2. Tabel I.2. Tabel Impor Asam Asetat Tahun Total (ton/tahun) 2006 91053,819 2007 81215,491 2008 82286,657 2009 91585,071 2010 104391,139 2011 101787,239 sumber : BPS, 2012 (www.bps.go.id) Dari data import yang tersedia, dapat diintrepetasikan dalam bentuk kurva linear guna memperoleh perkiraan kebutuhan asam asetat di tahun-tahun berikutnya. Shinta Pratiwi Rahayu Nindy Octaviana – 08/264818/TK/33576 – 08/264855/TK/33582 2 Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Tetes Gambar I.1. Kurva Linear Pertumbuhan Jumlah Import Asam Asetat di Indonesia Diperoleh persamaan linear yaiitu : y = 0.000144x + 1,995.272862 Dari persamaan tersebut dapat diperkirakan kebutuhan industri di Indonesia terhadap asam asetat pada tahun-tahun berikutnya seperti yang ditunjukkan oleh table I.3. Tabel I.3. Tabel Perkiraan Kebutuhan Asam Asetat Tahun Kebutuhan (Ton/tahun) 2012 116.161 2013 123.105 2014 130.050 2015 136.994 2016 143.938 2017 150.883 Shinta Pratiwi Rahayu Nindy Octaviana – 08/264818/TK/33576 – 08/264855/TK/33582 3 Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Tetes Kebutuhan akan asam asetat diperkirakankan meningkat hingga 150.883 ton/tahun pada tahun 2017 dan akan terus meningkat di tahun-tahun berikutnya angka ini diluar dari jumlah asam asetat yang mampu diproduksi oleh Indonesia. Berikut data persebaran pabrik asam asetat dunia serta kapasitasnya pada tabel I.4. Tabel I.4. Daftar Nama Pabrik Penghasil Asam Asetat Dunia Nama Pabrik, Lokasi Kapasitas Pabrik, Ton/tahun Svensk Etanolkemi AB, Swedia 20.000 PT. Indo Acidatama Tbk., Jawa Tengah - Indonesia 33.000 Shaanxi Yanchang Petroleum(Group) Co. Ltd., 200.000 Cina Tianji Alkali plant, Cina 200.000 BP Petrochemicals, Inggris 420.000 Sterling Chemical Inc., Amerika Utara 544.312 Samsung BP Chemical, Korea Selatan 570.000 Celanese AG, Cina 600.000 Celenase AG, Amerika 1.950.000 Di Indonesia sendiri, satu-satunya pabrik asam asetat yang sudah ada yaitu, yang berlokasi di Solo, Jawa Tengah dengan kapasitas terpasang sebesar 33.000 ton/tahun. Untuk pasaran di luar negeri, Amerika memiliki andil besar dalam pemenuhan kebutuhan asam asetat dunia. Dengan pertimbangan yang membandingkan beberapa kapasitas tersebut, maka dipilih kapasitas 100.000 ton/tahun sebagai kapasitas optimum pabrik ini, dengan harapan akan mampu menutupi kebutuhan dalam negeri sebesar 66,27%. Dengan hadirnya pabrik asam asetat, diharapkan akan menciptakan lapangan kerja baru, menambah pendapatan daerah setempat serta mempercepat proses alih teknologi. Shinta Pratiwi Rahayu Nindy Octaviana – 08/264818/TK/33576 – 08/264855/TK/33582 4 Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Tetes B. TINJAUAN PUSTAKA Asam asetat adalah senyawa berbentuk cairan tak berwarna yang memiliki rasa sangat asam serta bersifat korosif. Asam asetat larut dalam air, alkohol, gliserol, dan eter (Kirk-Othmer, 1978). Asam asetat dapat dibuat dengan berbagai proses, Diantaranya: 1. Fermentasi Alkohol Pada proses ini asam asetat diperoleh dengan cara oksidasi bakterial dari etanol (etil alkohol). Bakteri yang digunakan adalah dari genus Acetobacter. Bakteri ini sangat sensitif terhadap kekurangan O 2 sehingga keberhasilan dari proses ini sangat tergantung pada efisiensi aerasi. Oksidasi ini melalui dua tahap proses: 2 C 2 H 5 OH + O 2 → 2 CH 3 CHO + 2 H 2 O 2 CH 3 CHO + O 2 → 2 CH 3 COOH + H 2 O Keuntungan proses ini dengan proses-proses sebelumnya adalah oksidasi alkohol menjadi asam asetat berlangsung 30 kali lebih cepat, volume reactor yang diperlukan lebih kecil (sekitar 16% lebih kecil dari trickle generator), efisiensi lebih besar, hasil yang diperoleh sekitar 5-8% lebih tinggi dan konversi yang diperoleh lebih dari 90%, proses dapat berjalan secara otomatis, serta rasio produktivitas terhadap modal capital jauh lebih besar daripada proses sebelumnya. 2. Distilasi Kayu Proses ini dilakukan dengan cara destruksi kayu keras (pyroligneous). Pyroligneous ini mengandung 6% asam asetat, 28% metanol, 2% ter, 2% wood oil, dan sisanya berupa air dan senyawasenyawa lainnya. Cairan asam ligneous kemudian dipisahkan dari ter yang ada di dalamnya dengan cara distilasi. Shinta Pratiwi Rahayu Nindy Octaviana – 08/264818/TK/33576 – 08/264855/TK/33582 5 Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Tetes 3. Proses Sintesa a. Oksidasi Asetaldehid Pembuatan asam asetat secara komersial dengan cara ini dilakukan pertama kali pada tahun 1911 di Jerman. Proses ini dilakukan pada fase cair, suhu 60-70oC, tekanan 1-6 atm dengan katalis mangan asetat 1% (persen berat). Reaksi pembuatan asam asetat ini dijalankan dalam stirred tank reactor yang dilengkapi dengan sparger, konversi yang terjadi mencapai 90% dan selectivity mencapai 94%. Reaksi yang terjadi adalah : 2 CH 3 CHO + O 2 → 2 CH 3 COOH + H 2 O b. Oksidasi Senyawa Hidrokarbon Proses yang biasa digunakan pada pembuatan asam asetat dengan cara ini disebut sebagai proses Wacker. Bahan baku yang biasa digunakan adalah n-butena dan nafta fraksi ringan. Reaksi dijalankan pada fase cair nonkatalitik dengan suhu 160-180oC dan tekanan 55 atm. Dalam proses ini dihasilkan beberapa hasil samping, antara lain: asam format, aseton, asetaldehid, etil asetat, dan etil metil keton. c. Oksidasi Etanol Proses ini dilakukan dengan cara mereaksikan uap etanol kemurnian tinggi dengan udara pada suhu 540-550oC dan tekanan 1030 atm. Pada proses ini digunakan katalis kawat Ag. d. Karbonilasi Metanol Proses pembuatan asam asetat dengan cara ini menggunakan bahan baku berupa metanol dan gas CO. Reaksi ini dapat dijalankan dalam fase cair maupun fase gas. Proses karbonilasi metanol ini telah banyak diterapkan secara komersial, diantaranya pada : 1. Proses BASF (Bodishe Anilin and Soda Fabric) Pertama kali diperkenalkan oleh Du Pont di Amerika dan kemudian oleh BASF. Proses ini menggunakan bahan baku gas CO dan Shinta Pratiwi Rahayu Nindy Octaviana – 08/264818/TK/33576 – 08/264855/TK/33582 6 Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Tetes metanol. Gas CO didapat dari unit asetilen (oksidasi parsial hidrokarbon atau coke oven gas). Proses ini dijalankan pada suhu 350oC dan tekanan 693 atm dengan katalis cobalt iodine. 2. Proses Mosanto Proses ini dijalankan pada fase cair, suhu 150-200oC dan tekanan 33-65 atm dengan katalis rhodium komplek dengan fosfin. 3. Proses Sintesa Asam Asetat dari Paten Ajinomoto Proses sintesa ini dijalankan pada fase gas dengan suhu 276oC dan tekanan 26 atm. Katalis yang digunakan adalah rhodium 1% dalam penyangga karbon aktif dengan aktivator katalisator metil iodida. Perbandingan metanol dan gas CO yang digunakan adalah antara 1:1 sampai 1:3. 4. Proses Cativa dari Paten BP Chemicals Proses ini dijalankan pada fase cair dengan suhu 150-220oC dan tekanan 15-50 barg. Katalis yang digunakan adalah senyawa iridium 700-1500 ppm dan senyawa ruthenium sebagai promoter sebanyak 1500-2500 ppm. Reaksi dijalankan dalam reaktor gelembung, Dengan membandingkan proses-proses yang telah diuraikan di atas, maka proses yang dipilih adalah proses fermentasi alkohol. Bahan baku utama yang digunakan dalam produksi ini adalah tetes yang merupakan hasil samping produk gula, yang masih mengandung sukrosa sekitar 30% disamping gula reduksi sitar 25% berupa glukosa dan fruktosa (Kurniawan,2004). Untuk itu maka dilakukan modifikasi dari proses yang dipilih. Tahap awal adalah proses fermentasi tetes dengan menggunakan Saccharomyces Cereviseae yang mengubah molekul gula menjadi etanol dan gas CO 2 . C 6 H 12 O 6 yeast 2 CH 3 CH 2 OH + 2CO 2 Reaksi yang terjadi anaerob. Etanol adalah hasil utama fermentasi tersebut di atas, di samping asam laktat, asetaldehid, gliserol dan asam asetat. Shinta Pratiwi Rahayu Nindy Octaviana – 08/264818/TK/33576 – 08/264855/TK/33582 7 Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Tetes Menurut Fraenkel (1982), temperature yang optimum untuk saccharomyces seceviseae adalah 28 – 36 dan pH optimum untuk pertumbuhan sel khamir adalah 4,5-5,5 (Moat and Foster,1988). Etanol yang diperoleh maksimal hanya sekitar 15 %. Untuk memperoleh etanol 99 % dilakukan proses distilasi. Etanol digunakan untuk minuman, zat pembunuh kuman, bahan bakar dan pelarut. Tahap berikutnya adalah proses fermentasi lanjutan etanol yang terbentuk menjadi asam asetat dan air menggunakan bakteri yang berupa Acetobacter Acetii. Bakteri asam asetat dapat menggunakan oksigen sebagai penerima elektron, urutan reaksi oksidasi biologis mengikuti pemindahan hidrogen dari substrat etanol. Enzim etanol dehidrogenase dapat melakukan reaksi ini karena mempunyai seistem sitokhrom yang menjadi kofaktornya. Bakteri bakteri asam asetat, khususnya dari genus Acetobacter adalah mikroorganisme aerobik yang mempunyai enzim intraselular yang berhubungan dengan sistem bioksidasi mempergunakan sitokhrom sebagai katalisatornya. Reaksi yang terjadi pada fermenter adalah : CH 3 CH 2 OH + O 2 bakteri CH 3 COOH + H 2 O Reaksi yang terjadi adalah reaksi aerob. Pada fermentasi pembentukan asam asetat tersebut terjadi perubahan etanol menjadi asam asetat melalui pembentukan asetaldehid dengan reaksi sebagai berikut : CH 3 CH 2 OH + ½ O2 Etanol CH 3 CHO CH 3 CHO + H2 O asetaldehid + Asetaldehid ½ O2 CH 3 COOH asam asetat (Salle, A.J., 1974). Pada tahun1822, Dobereiner memberikan teori proses pembuatan asam asetat dari alkohol dan mekanisme proses tersebut terdapat pada gambar 2 (Kehrer, 1921): Shinta Pratiwi Rahayu Nindy Octaviana – 08/264818/TK/33576 – 08/264855/TK/33582 8 Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Tetes Gambar I.2. Proses Konversi dari Alkohol menjadi Asam Asetat Di dalam proses fermentasi, kapasitas mikroba untuk mengoksidasi bergantung dari jumlah acceptor electron terakhir yang dapat dipakai. Sel-sel melakukan fermentasi menggunakan enzim-enzim yang akan mengubah hasil dari reaksi oksidasi, dalam hal ini yaitu asam menjadi senyawa yang memiliki muatan positif, sehingga dapat menangkap electron terakhir yang menghasilkan energy (Winarno dan Fardiaz, 1990) Untuk memperoleh hasil produk asam asetat yang optimum perlu diperhatikan berbagai faktor, yaitu: 1. Kualitas bahan baku Molasses dari tebu dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu molasses kelas 1, molasses kelas 2 dan black strap. Jenis-jenis molasses ini didapatkan dari proses yang berbeda-beda, molasses kelas 1 didapat dari proses pertama saat jus tebu dikristalisasi, kemudian molasses kelas 2 didapat dari hasil pengkristalan jus tebu tahap 2 atau biasa disebut dark, sedangkan “black strap” didapat dari pengkristalan terakhir. Sehingga ketika memilih bahan baku perlu diperhatikan kualitas molasses, karena kandungan glukosa nya berbeda-beda. 2. Keasaman Kadar alkohol optimum yang dapat difermentasikan adalah 1013 %, bila kadar alkohol lebih dari 14%, maka oksidasi alkohol Shinta Pratiwi Rahayu Nindy Octaviana – 08/264818/TK/33576 – 08/264855/TK/33582 9 Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Tetes menjadi asam asetat kurang sempurna sebab perkembangan bakteri terhambat. 3. Oksigen Proses fermentasi alkohol menjadi asam asetat adalah proses oksidasi maka perlu diaerasi. CH 3 CH 2 OH + O2 CH 3 COOH + H 2 O 4. Suhu Suhu selama fermentasi mempengaruhi pertumbuhan dari bakteri asam cuka. Bila suhu: 12-15 : pertumbuhan bakteri lambat, sel selnya menjadi gemuk, pendek. 42-45 : sel bakteri akan memanjang membentuk semacam mycelium yang tidak bersekat. 15-34 : pertumbuhan sel normal dan cepat Untuk itu biasanya memilih proses dengan suhu 30 agar perkembangan bakteri baik. 5. Fermentasi oleh yeast Sebelum fermentasi asam cuka, gula yang berasal dari bahan dasar difermentrasikan menjadi alkohol, sehingga yeast yang dipakai harus diseleksi, demikian juga faktor faktor yang mempengaruhi selama fermentasi menjadi alkohol harus diperhatikan. Pada pengolahan tetes menjadi asam asetat terdapat proses lain yang lebih singkat. Proses satu langkah ini menggunakan bakteri Clostridium Thermoakceticum yang dapat mengubah molekul gula secara langsung menjadi asam asetat yang berarti dapat menekan biaya produksi sehingga lebih efisien dibanding menggunakan Acetobacter. Namun, yang menjadi kendala adalah bakteri ini kurang toleran terhadap asam, sehingga ketika asam asetat mulai terbentuk maka bakteri ini akan mengalami gangguan pertumbuhan yang menyebabkan kematian. Sehingga yield yang dihasilkan dari proses satu langkah ini lebih rendah dari yang dihasilkan oleh Acetobacter. Proses yang menggunakan Acetobacter menghasilkan yield 20% Shinta Pratiwi Rahayu Nindy Octaviana – 08/264818/TK/33576 – 08/264855/TK/33582 10 Prarancangan Pabrik Asam Asetat dari Tetes sedangkan proses yang menggunakan Clostridium menghasilkan yield hanya sekitar 18%. Shinta Pratiwi Rahayu Nindy Octaviana – 08/264818/TK/33576 – 08/264855/TK/33582 11
