Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi

Prarancangan Pabrik Polistirena
dengan Proses Polimerisasi Suspensi
Kapasitas 35.000 Ton/Tahun
BAB I
PENDAHULUAN
1.
Latar Belakang Pendirian Pabrik
Polistirena (polystyrene) atau polivinil benzena merupakan resin
sintesis jenis termoplastik yang mempunyai rumus kimia (C6H5CHCH2)n.
Senyawa tersebut berbentuk padat, tahan benturan dan berfungsi sangat baik
sebagai isolator, selain itu juga tahan terhadap asam-asam organik, bahan
alkali, dan alkohol. Kelebihan lainnya adalah mudah diwarnai, dibentuk dan
dicetak serta tidak menimbulkan efek beracun. Dengan sifat-sifat tersebut
maka polistirena dapat diolah dalam bentuk lembaran, plat, batang, busa kaku
(rigid foam) dan lain-lain.
Polistirena yang diproduksi secara komersial terdiri dari tiga jenis
yaitu General Purpose Polystyrene (GPPS), High Impact Polystyrene (HIPS),
dan Expandable Polystyrene (EPS). Bentuk fisik dari ketiga bentuk tersebut
tidak jauh berbeda. Produk yang terbesar diproduksi adalah kristal polistirena
yang dikenal dengan sebutan General Purpose Polystyrene (GPPS) berupa
butiran transparan. Perkembangan lebih lanjut adalah modifikasi karet yang
dikenal dengan High Impact Polystyrene (HIPS). High Impact Polystyrene ini
berupa butiran mirip GPPS namun berwarna putih, bersifat tidak tembus
cahaya, lebih keras dan mudah dalam pembuatannya dibanding produk
termoplastik lainnya. Jenis polistirena yang lainnya yang banyak digunakan
adalah Expandable Polystyrene (EPS) yang berbentuk pellet transparan.
Bab I Pendahuluan
1
2
Prarancangan Pabrik Polistirena
dengan Proses Polimerisasi Suspensi
Kapasitas 35.000 Ton/Tahun
Kegunaan dari polistirena ini cukup luas, antara lain untuk isolasi atau
bahan pelapis pada kawat/kabel, peralatan rumah tangga dari plastik, botol,
perabotan rumah tangga, mainan anak-anak, bagian dari refrigerasi, radio,
televisi, AC, bahan pembuat container, tempat baterai dan sebagainya.
Dari kegunaan tersebut, dapat dilihat bahwa polistirena merupakan
produk yang penting. Tetapi saat ini kebutuhan akan polistirena belum dapat
terpenuhi secara keseluruhan oleh produksi dalam negeri, sehingga untuk
mencukupi kebutuhan tersebut Indonesia harus mengimpor dari negara lain.
Dengan mempertimbangkan data diatas, terutama besarnya peluang ekspor
polistirena ke luar negeri, maka pendirian pabrik polistirena di Indonesia
sangat tepat.
2.
Kapasitas Perancangan
Ada beberapa pertimbangan yang perlu diperhatikan dalam pemilihan
kapasitas pabrik polistirena yaitu:
2.1. Kebutuhan Polistirena di Indonesia
Kebutuhan polistirena di Indonesia dalam kurun waktu lima tahun
terakhir tidak konstan tergantung kebutuhan pabrik di Indonesia.
Berdasarkan data UN Data, jumlah impor polistirena di Indonesia sejak
tahun 2008 dapat dilihat pada Tabel 1.1.
Bab I Pendahuluan
3
Prarancangan Pabrik Polistirena
dengan Proses Polimerisasi Suspensi
Kapasitas 35.000 Ton/Tahun
Tabel 1.1 Data Impor Polistirena di Indonesia
Tahun
Kebutuhan (ton)
2008
44.316
2009
39.760
2010
45.310
2011
57.901
2012
58.330
(UN Data, 2014)
Dari data impor polistirena (Tabel 1), terlihat bahwa kecenderungan
kebutuhan impor indonesia semakin naik. Grafik impor polistirena di
Indonesia ditunjukkan pada gambar 1.1.
y = 7.233,96x - 14.492.883,90
70.000
R² = 0,80
60.000
50.000
40.000
30.000
20.000
10.000
0
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Gambar 1.1
Bab I Pendahuluan
Grafik Impor Polistirena Indonesia
4
Prarancangan Pabrik Polistirena
dengan Proses Polimerisasi Suspensi
Kapasitas 35.000 Ton/Tahun
Dari regresi linier terhadap data impor polistirena didapatkan
persamaan: y = 7.233,96x – 14.492.883,90. Pabrik polistirena direncanakan
dibangun pada tahun 2018 dan akan beroperasi pada tahun 2020. Jadi untuk
tahun 2020 diperkirakan impor polistirena + sebesar 35.000 ton.
2.2. Kapasitas Pabrik yang Telah Ada
Dari produksi pabrik polistirena yang telah berdiri di Indonesia yaitu
PT Polychem Lindo Inc, PT Pasific Indomas Plastik, dan PT Royal Chemical.
Perusahaan ini mulai berproduksi pada tahun 1985 dengan kapasitas produksi
33.000 ton per tahun. PT Pacific Indomas Plastic Indonesia, mulai beroperasi
pada tahun 1993 berlokasi di Serang, memiliki kapasitas produksi 50.000 ton
per tahun.
Tabel 1.2 Produsen Polistirena di Indonesia
Perusahaan
Kapasitas (ton/tahun)
PT. Pacific Indomas Plastik Indonesia
50.000
PT. Polychem Lindo Inc.
33.000
Bab I Pendahuluan
5
Prarancangan Pabrik Polistirena
dengan Proses Polimerisasi Suspensi
Kapasitas 35.000 Ton/Tahun
Tabel 1.3 Beberapa Produsen Polistirena di Dunia
Perusahaan
Lokasi
Kapasitas (ton/tahun)
Mitsui Toatsu Chemicals
Jepang
50.000
Dainippon Ink & Chemicals Inc.
Jepang
32.000
Lucky Ltd.
Korea
35.000
China Petrochemical
China
36.000
Pushpa Polymers Pvt., Ltd.
India
30.000
Eternal Plastics Co.
Thailand
30.000
International Co.
3. Pemilihan Lokasi Pabrik
Secara geografis, penentuan lokasi pabrik sangat menentukan
kemajuan serta kelangsungan dari suatu industri pada saat ini dan pada masa
yang akan datang karena berpengaruh terhadap faktor produksi dan distribusi
dari pabrik yang didirikan. Pemilihan lokasi pabrik harus tepat berdasarkan
perhitungan biaya produksi dan distribusi yang minimal serta pertimbangan
sosiologi dan budaya masyarakat di sekitar lokasi pabrik. Dengan analisa
yang mendalam dan pertimbangan berbagai faktor yang menyangkut
kemajuan perusahaan ini, antara lain sumber bahan baku dan tenaga kerja
serta lingkungan dan masyarakat disekitar lokasi pabrik, maka ditetapkan
lokasi pabrik pabrik pembuatan polistirena dengan proses suspensi di
kawasan industri Serang, Banten.
Bab I Pendahuluan
6
Prarancangan Pabrik Polistirena
dengan Proses Polimerisasi Suspensi
Kapasitas 35.000 Ton/Tahun
Faktor-faktor yang menjadi dasar pertimbangan dalam penentuan
lokasi pabrik pembuatan polistirena adalah sebagai berikut:
1.
Letak Sumber Bahan Baku
Bahan baku stirena monomer diperoleh dari PT. Styrindo Mono
Indonesia (PT. SMI) yang memproduksi monomer stirena 340.000
ton/tahun, yang berlokasi di Serang, Banten.
2.
Pemasaran
Di Jawa barat banyak terdapat industri-industri yang menggunakan
polistirena sehingga untuk distribusi atau pemasarannya sangatlah
mudah.
3.
Fasilitas Transportasi dan Komunikasi
Di sekitar Serang banyak terdapat kawasan industri yang telah
memiliki sarana transportasi yang memadai, baik itu jalur darat (dekat
dengan jalan tol), jalur laut, dan juga adanya jalur kereta api sehingga
transportasi bahan baku dan produk lancar.
4.
Tenaga Kerja
Kebutuhan tenaga kerja dapat terpenuhi dengan mudah karena
kawasan tersebut terletak di daerah Jabodetabek yang lengkap dengan
lembaga pendidikan formal maupun nonformal sehingga untuk
mendapatkan tenaga kerja yang berkualitas dan berkemampuan tinggi
cukup tersedia.
Bab I Pendahuluan
7
Prarancangan Pabrik Polistirena
dengan Proses Polimerisasi Suspensi
Kapasitas 35.000 Ton/Tahun
5.
Unit pendukung
Sarana-sarana pendukung proses di Serang seperti air, bahan bakar
dan energi dapat dipenuhi sedangkan tenaga listrik yang dipasok dari
PLTU Suralaya yang lokasinya tidak jauh dari pabrik.
Lokasi Pabrik
Provinsi Banten dan
Jawa Barat
Gambar 1.2. Lokasi Pabrik
4.
Tinjauan Pustaka
4.1. Macam-macam Proses
Secara umum, polistirena dapat diproduksi dengan tiga macam proses,
yaitu:
Bab I Pendahuluan
8
Prarancangan Pabrik Polistirena
dengan Proses Polimerisasi Suspensi
Kapasitas 35.000 Ton/Tahun
1.
Polimerisasi bulk (larutan)
Dalam industri umunya, polimerisasi bulk (larutan) disebut
polimerisasi massa. Sebagian besar polistirena yang diproduksi sekarang
ini menggunakan proses ini. Pada proses ini menggunakan sejumlah
pelarut yang biasanya adalah monomer stirena itu sendiri dan Etil
Benzena. Ada 2 jenis polimerisasi bulk, yaitu:
 Polimerisasi bulk batch
Proses ini terdiri dari unit polimerisasi yang didalamnya terdapat
tangki polimerisasi berpengaduk dengan konversi di atas 80%.
Larutan polimer kemudian dipompa ke bagian finishing untuk
devolatilisasi ataupun proses polimerisasi akhir dan grinding.
 Polimerisasi bulk continuous
Proses ini merupakan proses pembuatan polistirena yang paling
banyak digunakan. Larutan stirena dipersiapkan secara kontinyu
dalam sebuah vessel, kemudian diinjeksikan ke dalam sistem reaktor.
Reaksi polimerisasi menghasilkan panas yang dikeluarkan dari reaktor
dengan fulida transfer panas melalui jaket. Variasi suhu reaktan tidak
boleh melebihi 15 ºC melewati rangkaian reaktor. Pengendalian suhu
sangat penting dalam reaksi ini karena seiring kenaikan suhu, berat
molekul rata-rata polistirena berkurang. Suhu reaksi antara 40-70 ºC.
Dengan menggunakan proses ini, konversi monomer stirena menjadi
polistirena dapat mencapai lebih dari 85% berat.
Bab I Pendahuluan
9
Prarancangan Pabrik Polistirena
dengan Proses Polimerisasi Suspensi
Kapasitas 35.000 Ton/Tahun
2.
Polimerisasi Suspensi
Polimerisasi suspensi merupakan proses polimerisasi yang terjadi
secara batch, proses ini mempunyai karakteristik diantaranya memiliki
transfer panas reaksi yang baik, viskositas rendah, biaya pemisahan yang
rendah. Polimerisasi suspensi menghasilkan partikel dengan ukuran 1 –
1000 μm. Proses ini meliputi penambahan monomer + initiator + pelarut
(air). Monomer stirena dan inisiator (benzoil peroxide) keduanya tidak larut
dalam solvent (air).
3.
Polimerisasi Emulsi
Polimerisasi
emulsi
biasanya
digunakan
pada
proses
kopolimerisasi stirena dengan monomer atau polimer lain. Proses ini
merupakan metode komersial yang jarang digunakan untuk memproduksi
polistirena kristal atau High Impact Polystyrene. Proses ini mempunyai
persamaan dengan proses polimerisasi suspensi kecuali bahwa butiran
monomer yang digunakan dalam polimerisasi emulsi ini dalam ukuran
mikroskopis.
Polimer yang dihasilkan berwujud padatan yang berwarna putih
dan bersifat termoplastik.
Bab I Pendahuluan
10
Prarancangan Pabrik Polistirena
dengan Proses Polimerisasi Suspensi
Kapasitas 35.000 Ton/Tahun
Reaksi:
Gambar 1.3 Reaksi Polimerisasi Stirena
Kelebihan dan kekurangan berbagai proses produksi polistirena yaitu:
Tabel 1.4 Daftar Kelebihan dan Kekurangan Proses Polimerisasi
Jenis Proses Produksi
Kelebihan
Kekurangan
- Prosesnya mudah
- Sangat eksotermis
- Kemurnian produk
- Waktu pengerjaan lama
Polimerisasi Bulk:
- Bulk batch
tinggi
- Alat-alat sederhana
- Bulk continuous
- Produk yang dihasilkan
lebih seragam
- Kemurnian produk
tinggi
Bab I Pendahuluan
- Membutuhkan
pengadukan dan alat
recycle
11
Prarancangan Pabrik Polistirena
dengan Proses Polimerisasi Suspensi
Kapasitas 35.000 Ton/Tahun
Jenis Proses Produksi
Polimerisasi suspensi
Kelebihan
- Tidak ada kesulitan
Kekurangan
- Dimungkinkan adanya
dengan panas
kontaminasi dari air
polimerisasi
dengan agen penstabil
- Ketel untuk proses
polimerisasi sederhana
- Volatilitas dapat
dikurangi sampai pada
tingkat yang rendah
dengan pemilihan katalis
dan suhu yang tepat
Polimerisasi emulsi
- Prosesnya cepat dan
tidak ada kesulitan
terjadinya kontaminasi
dengan panas polimeriasi
polimer dengan air dan
- Beberapa proses
polimerisasi tidak
agen pengemulsi
- Berat molekul polimer
mungkin dilakukan
tinggi untuk proses
dengan teknik lain tapi
pembentukan yang
dengan mudah dilakukan
cepat dengan
dengan proses ini
menggunakan injeksi.
- Dapat diterapkan untuk
proses kontinyu
Bab I Pendahuluan
- Dimungkinkan
12
Prarancangan Pabrik Polistirena
dengan Proses Polimerisasi Suspensi
Kapasitas 35.000 Ton/Tahun
4.2. Alasan Pemilihan Proses
Berdasarkan hasil pengamatan kelebihan dan kekurangan proses
pembuatan polistirena diatas, maka dipilih proses polimerisasi suspensi.
Pertimbangan pemilihan proses ini adalah:
1. Produk yang dihasilkan lebih seragam. Kemudahan mengontrol suhu
reaksi dan kecepatan reaksi sehingga tidak memerlukan alat kontrol
proses yang banyak dan rumit.
2. Proses berlangsung pada suhu 90 oC dan tekanan atmosferis.
3. Konversi yang dihasilkan relatif tinggi (>99%).
4.3. Kegunaan Produk
1. Untuk pengepakan/pengemasan
2. Untuk bahan isolator
3. Konstuksi dan bangunan
4. Tempat makanan dan minuman
4.3.1. Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku dan Produk
a. Bahan baku
1. Stirena monomer
Sifat fisika:

Rumus kimia
: C8H8

Kemurnian
: min 99,6%

Berat molekul
: 104,15 g/gmol

Densitas (25 ºC)
: 0,9019 g/cm2
Bab I Pendahuluan
13
Prarancangan Pabrik Polistirena
dengan Proses Polimerisasi Suspensi
Kapasitas 35.000 Ton/Tahun

Tekanan kritis
: 37,6 atm

Volume kritis
: 3,55 cm3/g

Viskositas
: 0,781 cp

Titik leleh (1 atm)
: -30,5 ºC

Titik didih (1 atm)
: 145 ºC

Specific heat
: 0,416 cal/g ºC

Panas polimerisasi
: 160 cal/g

Specific gravity
: 0,90320/4

Kelarutan dalam air
: 310 mg/L
Sifat kimia:

Dapat terpolimerisasi menjadi polistirena dengan cepat

Bereaksi dengan phosgene dengan bantuan katalis AlCl3

Bereaksi dengan acetyl chloride dengan bantuan stain chloride
(SnCl4)

Bereaksi dengan halogen, misalnya: Br2, Cl2.
b. Bahan Pembantu
1. Benzoyl Peroxide
Sifat fisika:

Rumus kimia
: (C6H5CO)2O2

Kemurnian
: 50% minimal

Berat molekul
: 242,22 g/gmol

Titik leleh (1 atm)
: -8 ºC
Bab I Pendahuluan
14
Prarancangan Pabrik Polistirena
dengan Proses Polimerisasi Suspensi
Kapasitas 35.000 Ton/Tahun

Titik didih (1 atm)
: 115 ºC

Specific heat
: 0,1211 cal/g ºC

Density (25 ºC)
: 1,199 g/cm3

Viskositas
: 1,85 cP

Indeks bias
: 1,545

Water content, max
: 50%
Sifat kimia

Tereduksi dengan katalis platinum

Jika dipanaskan akan terdekomposisi menjadi peroksida dan
difenil

Dengan amina sekunder akan menjadi derivatif benzoil

Larut dalam pelarut organik, stirena, dan methyl methacrilate
2. Tricalcium Phosphate
Sifat fisika

Kandungan murni
: 96%

Rumus kimia
: Ca3(PO4)3

Berat molekul
: 310,24 g/gmol

Titik leleh (1 atm)
: 1670 ºC

Specific heat
: 0,1863 cal/g ºC

Densitas (25 ºC)
: 3,14 kg/m3

Viskositas
: 1,900 cP

Water content, maks.
: 4%
Sifat kimia
Bab I Pendahuluan
15
Prarancangan Pabrik Polistirena
dengan Proses Polimerisasi Suspensi
Kapasitas 35.000 Ton/Tahun

Tidak memiliki rasa

Tidak larut dalam air, alkohol, dan asam asetat

Larut dalam HCl dan HNO3
3. Asam klorida
Sifat fisika

Rumus kimia
: HCl

Berat molekul
: 36,5

Titik leleh (1 atm)
: -111 ºC

Berat jenis (25 ºC)
: 1,1280

Viskositas
: 0,013 cP

Specific heat
: 0,22 cal/gºC
Sifat kimia

Merupakan asam kuat

Larut dalam air dingin atau air panas
4. Dodecylbenzene Sulfonate

Bentuk
: cair

Warna
: keruh

Kemurnian
: 96%

Densitas
: 1,05 g/cm3

Rumus Molekul
: H2O

Berat Molekul
: 18, 0153 g/mol

Titik Didih
: 100 oC
5. Air
Bab I Pendahuluan
16
Prarancangan Pabrik Polistirena
dengan Proses Polimerisasi Suspensi
Kapasitas 35.000 Ton/Tahun

Titik Beku
: 0 oC

Temperatur Kritis
: 374,15 oC

Tekanan Kritis
: 218,3074 atm

Densitas
: 0,998 g/cm3 (cair, 20 oC) 0,92
g/cm3 (padatan)

Panas Jenis
: 0,9995 kal/g oC

Kenampakan
: Cairan jernih

Kemurnian
: 100%
c. Produk
1. Polistirena
Sifat kimia

Rumus kimia

Berat molekul rata-rata, min : 5.000 g/gmol

Specific gravity
: 1,04-1,065

Refractive index
: 1,59-1,60

Tensile strength
: 5.000-9.000 psi

Elongation
: 1%-3,6%

Modulus elastisitas
: 4.105 – 6.105 psi

Titik leleh
: 104,4 ºC

Densitas (20 ºC)
: 0,8008 g/cm3

Specific heat
: 0,32 cal/gºC
Bab I Pendahuluan
: (C8H8)n
17
Prarancangan Pabrik Polistirena
dengan Proses Polimerisasi Suspensi
Kapasitas 35.000 Ton/Tahun
Sifat kimia

Dengan akrilonitril dan butadiene membentuk Acrilonitryl
Butadiene Styrene (ABS)

Dengan metilmetakrilat membentuk metil metakrilat butadiene
styrene
4.4. Tinjauan Proses Secara Umum
Polimerisasi suspensi adalah sistem batch yang populer dalam
pembuatan
polistirena.
dipolimerisasikan
secara
Pada
bulk
produksi
melebihi
polistirena,
fase
larutan
inversinya
stirena
kemudian
disuspensikan di dalam air untuk membuat oil in water suspension utilizing
soap dan suspending agent. Droplet tersuspensi kemudian dipolimerisasikan
menggunakan inisiator dan pemanasan bertingkat. Fase air digunakan
sebagai heat sink dan media transfer panas ke jaket yang terkontrol suhunya.
Bab I Pendahuluan