BAB I PENGANTAR A. Latar Belakang Indonesia

Prarancangan Pabrik Asam Benzen Sulfonat dari Benzen dan Asam Sulfat
Dengan Kapasitas 60.000 Ton/Tahun
BAB I
PENGANTAR
A. Latar Belakang
Indonesia merupakan salah satu negara berkembang yang mempunyai
potensi yang sangat besar pada berbagai bidang, salah satunya pada bidang
industri. Dunia industri yang sampai saat ini terus berkembang pesat seiring
dengan banyaknya kebutuhan dan besarnya jumlah penduduk di Indonesia
mendorong masing-masing industri untuk mengembangkan teknologi proses
dan memperbanyak kapasitas untuk mencukupi kebutuhan penduduk di
Indonesia. Bahan-bahan berbasis sintesis kimia merupakan salah satu sektor
kebutuhan manusia yang terus semakin meningkat. Pemenuhan kebutuhan
berbasis sintensis kimia ini, tak lepas dari peran produk-produk intermediate
yang merupakan bahan baku dari sebagian besar produk kimia. Salah satu
dari produk intermediate yang dapat diolah menjadi berbagai produk kimia
adalah asam benzen sulfonat.
Benzene sulfonic acid, atau dalam Bahasa Indonesia dikenal dengan
asam benzen sulfonat adalah salah satu senyawa organik yang memiliki
rumus molekul C6H6SO3. Senyawa ini dapat disintesis dengan proses
sulfonasi benzen (C6H6). Asam benzen sulfonat umumnya digunakan sebagai
bahan baku dari produk-produk sintesis kimia lainnya, sehingga asam benzen
sulfonat sering disebut sebagai intermediate product. Asam benzen sulfonat
paling banyak digunakan sebagai bahan baku pembuatan fenol dan
recorcinol. Selain fenol dan recorcinol, asam benzen sulfonat juga dapat
digunakan sebagai bahan baku produk farmasi, katalis, perwarna, serta dapat
digunakan sebagai resin.
Manfaat asam benzen sulfonat sebagai intermediate product yang
tentu sangat banyak dibutuhkan ini, ternyata tidak diimbangi dengan produksi
bahan tersebut didalam negeri, dikarenakan belum adanya pabrik di Indonesia
yang menghasilkan asam benzen sulfonat. Di sisi lain, kebutuhan akan asam
Antonius Nurcahyo Wibowo
Filoyak Josua Sinaga
(10/297961/TK/36481)
(10/302024/TK/37254)
1
Prarancangan Pabrik Asam Benzen Sulfonat dari Benzen dan Asam Sulfat
Dengan Kapasitas 60.000 Ton/Tahun
benzen sulfonat semakin meningkat setiap tahunnya, terlihat dari kebutuhan
impor Indonesia yang cenderung semakin meningkat
Kebutuhan impor akan asam benzen sulfonat di Indonesia menurut
Data Badan Statistik, Yogyakarta mengenai “Statistik Perdagangan Luar
Negeri”, kebutuhan asam benzen sulfonat setiap tahunnya pada tahun 2004
sampai tahun 2009 secara berturut-turut adalah sebesar 29.012,720 ton/tahun,
31.026,783
ton/tahun,
35.591,876
ton/tahun,
35.340,930
ton/tahun,
37.428,956 ton/tahun, dan 38.763,270 ton/tahun. Oleh karena itu, mengingat
kebutuhan impor yang sangat tinggi di Indonesia akan produk asam benzen
sulfonat, maka dengan berdirinya pabrik ini diharapkan semakin memacu
pertumbuhan industri lain yang memerlukan bahan dasar asam benzen
sulfonat, sehingga dapat memenuhi kebutuhan pasar dalam negeri, bahkan
tidak menutup kemungkinan dapat meningkatkan pendapatan negara melalui
ekspor asam benzen sulfonat.
Dalam pertimbangan diatas, maka sangatlah tepat sekarang ini bagi
para investor untuk menanamkan modalnya untuk mendirikan pabrik asam
benzen sulfonat di Indonesia. Selain pertimbangan diatas, pendirian pabrik ini
juga didasarkan pada hal-hal sebagai berikut :
1. Menciptakan lapangan kerja baru, yang berarti turut mengurangi jumlah
pengangguran di Indonesia.
2. Memacu pertumbuhan industri-industri baru yang menggunakan bahan
baku asam benzen sulfonat.
3. Mengurangi ketergantungan pada negara asing.
4. Meningkatkan lapangan pendapatan negara dari sektor industri, serta
menghemat devisa negara.
Antonius Nurcahyo Wibowo
Filoyak Josua Sinaga
(10/297961/TK/36481)
(10/302024/TK/37254)
2
Prarancangan Pabrik Asam Benzen Sulfonat dari Benzen dan Asam Sulfat
Dengan Kapasitas 60.000 Ton/Tahun
B. Tinjauan Pustaka
a. Proses Sulfonasi
Sulfonasi merupakan reaksi substitusi dari group sulfonic acid (SO3H) dengan senyawa organik. Reaksi sulfonasi merupakan reaksi yang
bersifat eksotermis sehingga dibutuhkan pendingin untuk mengambil
panas selama reaksi berlangsung. Pada reaksi ini juga dibutuhkan
pengadukan yang baik (Speight, 2002). Sebagai contoh pada pembentukan
senyawa asam benzen sulfonat yang berasal dari reaksi antara benzen dan
asam sulfat.
Reaksi yang terjadi pada sulfonasi benzen adalah reaksi antara
benzen dengan asam sulfat atau oleum menghasilkan asam benzen sulfonat
dan air. Air yang terbentuk akan mengencerkan asam sulfat atau oleum dan
menurunkan laju reaksi, sampai pada konsentrasi asam sulfat sekitar 90
persen, maka reaksi akan berhenti. Hal ini dapat diatasi dengan cara
menguapkan air yang terbentuk sehingga konsentrasi asam dapat tetap
terjaga dan reaksi dapat terus berjalan dengan konversi yang dihasilkan
lebih optimal (Foster, 1997).
b. Pemilihan Proses
Pemilihan proses sulfonasi yang dilakukan tergantung dari banyak
faktor. Hal yang sangat penting adalah bergantung dari produk yang
diinginkan dan kualitas produknya. Selain itu, faktor yang lain adalah
kapasitas produksi yang diinginkan. Apabila kapasitas produksi yang
diinginkan kecil, lebih cocok menggunakan proses batch, tetapi jika
kapasitas produksinya besar maka lebih cocok menggunakan proses
kontinyu. Selain itu, biaya bahan baku juga menjadi salah satu
pertimbangan dalam memilih proses. Faktor penting lainnya dalam
pemilihan proses sulfonasi adalah biaya peralatan proses.(Foster, 1997).
Antonius Nurcahyo Wibowo
Filoyak Josua Sinaga
(10/297961/TK/36481)
(10/302024/TK/37254)
3
Prarancangan Pabrik Asam Benzen Sulfonat dari Benzen dan Asam Sulfat
Dengan Kapasitas 60.000 Ton/Tahun
Pertimbangan penggunaan bahan baku untuk proses sulfonasi benzen
adalah sebagai berikut
1.
Penggunaan oleum
Reaksi dijalankan dengan reaktan benzen dan oleum
(fuming sulfuric acid) secara elektrofilik dimana gugus elektrofilik
SO3 akan menyerang gugus benzen membentuk asam benzen
sulfonat. Penggunaan oleum kurang disukai karena sifat oleum
yang sangat reaktif sehingga reaksinya sulit dikontrol. Reaksinya
yang sangat eksotermis menghasilkan panas yang sangat besar,
mencapai 380 kJ/kg SO3 akibatnya banyak zat organik membentuk
arang ketika bereaksi dengan SO3 murni (Foster, 1997).
(Solomons, 2011)
Gambar 1.1. Mekanisme Reaksi Sulfonasi Benzen
Menggunakan Oleum
2.
Penggunaan asam sulfat.
Pada dasarnya mekanisme reaksi dengan menggunakan
asam sulfat sama dengan menggunakan oleum. Pada penggunaan
asam sulfat elektrofilik hadir dalam bentuk SO3 pula, dimana SO3
dihasilkan dari reaksi kesetimbangan H2SO4. Penggunaan asam
sulfat akan mengurangi resiko yang dapat ditimbulkan dari
penggunaan SO3.
Antonius Nurcahyo Wibowo
Filoyak Josua Sinaga
(10/297961/TK/36481)
(10/302024/TK/37254)
4
Prarancangan Pabrik Asam Benzen Sulfonat dari Benzen dan Asam Sulfat
Dengan Kapasitas 60.000 Ton/Tahun
(Solomons,2011)
Gambar 1. 2. Mekanisme Reaksi Sulfonasi Benzen Menggunakan
Asam Sulfat
Dalam hal ini reaksi desulfonasi benzen dapat terjadi
apabila konsentrasi air yang terbentuk tinggi. (Foster,1997). Dari
kedua proses diatas, dipilih proses dengan reaktan asam sulfat
terkonsentrasi
dengan
alasan
asam
sulfat
lebih
mudah
penanganannya dibanding oleum.
Salah satu masalah yang tidak diinginkan dari proses
sulfonasi diatas adalah adanya produk samping, seperti diphenyl
sulfone. Produk samping ini akan dihasilkan, jika digunakan
sulfonating agent yang terlalu berlebih, jika menggunakan
sulfonating agent terlalu sedikit, maka kecepatan reaksi proses akan
berkurang.
Ada
beberapa
cara
yang
bisa
digunakan
untuk
meningkatkan konversi dari proses sulfonasi:
Antonius Nurcahyo Wibowo
Filoyak Josua Sinaga
(10/297961/TK/36481)
(10/302024/TK/37254)
5
Prarancangan Pabrik Asam Benzen Sulfonat dari Benzen dan Asam Sulfat
Dengan Kapasitas 60.000 Ton/Tahun
a) Meningkatkan konsentrasi asam sulfat
Semakin tinggi konsentrasi asam sulfat, semakin menggeser
kesetimbangan ke arah produk. Tetapi apabila jumlahnya
terlalu berlebih, dapat merugikan karena akan terjadi reaksi
samping berupa diphenyl sulfone.
b) Mengusir salah satu produk hasil
Biasanya produk hasil yang dihilangkan atau diminimalisasi
adalah H2O. Air yang dihasilkan selama reaksi sulfonasi harus
dikurangi karena dengan berlebihnya air dalam sistem dapat
mengakibatkan kecepatan reaksi sulfonasi menjadi berkurang
dan apabila konsentrasi air yang dihasilkan tinggi dapat
mengakibatkan terjadinya desulfonasi benzen (Speight,2002).
c) Suhu proses dijaga sesuai kondisi operasi
Hal ini dilakukan karena reaksinya bersifat eksotermis sehingga
selama reaksi berlangsung akan menghasilkan panas yang dapat
menurunkan konversi ke arah produk. Oleh karena itu suhu
proses dijaga dengan menggunakan pendingin sesuai kondisi
reaksinya.
Berdasarkan journal dan patent penelitian yang ada, proses sulfonasi
benzen dapat dilakukan dengan beberapa cara antara lain :
1. Multistage Reactor
Antonius Nurcahyo Wibowo
Filoyak Josua Sinaga
(10/297961/TK/36481)
(10/302024/TK/37254)
6
Prarancangan Pabrik Asam Benzen Sulfonat dari Benzen dan Asam Sulfat
Dengan Kapasitas 60.000 Ton/Tahun
Proses ini dilakukan dengan cara mengontakkan benzen dengan
sulfonating agent pada reaktor 1 (suhu proses dijaga 70-80oC, 1 atm ),
kemudian hasil dialirkan ke reaktor 2 dengan menjaga suhu reaktor
antara 150-170oC, setelah itu dialirkan lagi ke reaktor 3 yang
dioperasikan pada suhu 150-170oC dengan kondisi tekanan atmosferis
(Molinari, 1954). Benzen dan oleum dipompakan secara simultan ke
dalam sejumlah reaktor yang dirangkai seri. Reaktor mempunyai
pengaduk dan saling terkoneksi satu dengan yang lain dengan overflow
pipe sehingga reaction mixture dapat mengalir dari satu reaktor ke
reator setelahnya. Reaktor bagian awal didinginkan sedangkan lainnya
dipanaskan. Asam sulfat berlebih yang tersisa dapat dinetralkan dengan
sodium sulfat atau larutan sodium hidroksida (Ullmann, 2005).
2. Reaktor Sieve Tray dengan kondisi tekanan dan suhu tinggi yaitu
sekitar 170-180oC dan tekanan 15 atm.
Reactive distillation biasanya dilakukan pada reaksi fase cair
reversible. Pada reaksi reversible, titik kesetimbangan bergeser ke kiri
ketika produk sudah terbentuk. Namun jika satu atau lebih produk
diambil maka kesetimbangan akan cenderung bergeser ke kanan
(produk lebih banyak terbentuk). Pengambilan produk-produk yang
dihasilkan (secara distilasi) dari reactive zone untuk menggeser
kesetimbangan kearah produk merupakan prinsip dari reactive
distillation. Benzen diumpankan ke reaktor sieve tray dibagian bawah
pada kondisi cair, sedangkan asam sulfat diumpankan ke reaktor di
bagian atas. Pada suhu 170
o
C benzen otomatis menguap kemudian
bereaksi dengan asam sulfat membentuk asam benzen sulfonat yang
menjadi hasil bawah serta sisa asam sulfat, sedangkan benzen dan air
berada pada fase uap menjadi hasil atas, setelah itu benzen diumpankan
kembali ke reaktor setelah melalui proses pemisahan untuk
menghilangkan air (Molinari, 1954).
3. Reaktor Gelembung Berpengaduk
Antonius Nurcahyo Wibowo
Filoyak Josua Sinaga
(10/297961/TK/36481)
(10/302024/TK/37254)
7
Prarancangan Pabrik Asam Benzen Sulfonat dari Benzen dan Asam Sulfat
Dengan Kapasitas 60.000 Ton/Tahun
Pada reaktor gelembung berpenganduk, reaksi yang terjadi adalah
reaksi gas-cair, dimana asam sulfat berada dalam fasa cair dan benzen
berada dalam fasa gas/ uap. Uap benzen masuk reaktor pada bagian
bawah reaktor melewati sparger yang akan membentuk uap benzen
menjadi
gelembung-gelembung
kecil,
yang
berguna
untuk
meningkatkan luas kontak benzen dengan asam sulfat. Reaktor
gelembung berpengaduk dilengkapi dengan pengaduk dengan harapan
luas permukaan interfase menjadi lebih besar sehingga gas akan lebih
mendifusi dan reaksi akan lebih cepat terjadi. Kelebihan dari reaktor
ini adalah konstruksinya mudah, transfer massanya baik dan
mempunyai luas interfacial yang cukup besar. Kekurangan dari reaktor
ini adalah tidak bisa digunakan pada tekanan tinggi. Reaktor
gelembung berpengaduk umumnya digunakan pada reaksi dimana
langkah yang mengontrol adalah di fase cair atau dengan kata lain,
untuk reaksi yang berjalan lambat. Reaksi terjadi pada suhu 150o C
dan tekanan 2.5 atm dengan konversi 50% atas dasar benzen, tidak
terjadi reaksi samping (Crooks and White, 1950). Selain itu penelitian
yang telah dilakukan oleh Takenaka menyebutkan bahwa reaksi yang
terjadi berjalan sangat lambat dibandingkan dengan transfer massanya,
sehingga yang mengontrol adalah reaksi kimianya.
Berdasarkan dari pertimbangan ketiga reaktor diatas, maka dipilih
reaktor gelembung berpengaduk, dikarenakan reaksinya berjalan
sangat lambat sehingga butuh pengadukan untuk mempercepat
reaksinya. Berdasarkan kondisi operasi (150oC dan 2,5 atm) yang ada
dipatent, reaksi berjalan 2 fase dengan umpan benzen akan berada pada
fase uap sedangkan umpan asam sulfat berada pada fase cair.
Penggunaan Reactive Distillation tidak dipilih karena kondisi
operasinya terlalu ekstrim sehingga lebih sulit untuk mengontrol
reaksinya serta biaya instalasi yang mahal.
Antonius Nurcahyo Wibowo
Filoyak Josua Sinaga
(10/297961/TK/36481)
(10/302024/TK/37254)
8
Prarancangan Pabrik Asam Benzen Sulfonat dari Benzen dan Asam Sulfat
Dengan Kapasitas 60.000 Ton/Tahun
Jenis reaktor yang dipilih adalah agitated tank reactor/ Continuos
Stirred Tank Reactor/ RATB
dengan mempertimbangkan hal-hal
sebagai berikut :
1. Reaksi adalah reaksi eksotermis, sehingga dengan adanya
pengadukan diharapkan transfer panas akan lebih merata.
2. Dengan adanya pengadukan diharapkan akan membentuk luas
permukaan interfase yang lebih besar sehingga gas akan lebih
mudah mendifusi dan reaksi akan lebih cepat terjadi.
3. Dengan adanya pengadukan, maka diharapkan konsentrasi larutan
di setiap titik adalah sama (homogen)
c. Benzen
Benzen merupakan senyawa aromatik yang jernih, tidak berwarna, yang
memiliki sifat volatile dan flammable. Benzen memiliki rumus molekul
C6H6. Benzen terdiri dari 92,3% atom karbon dan 7,7 % atom hidrogen
(persen berat). Nama lain dari benzen adalah benzol, phenyl hydride,
phene, benzole, cyclohexatriene. Pada umumnya, commercial grade
benzen memiliki kemurnian 50% hingga 100% (EPA, 1998). Kelarutan
benzen dalam air sangat kecil, benzen larut dalam pelarut organik seperti
alkohol, ether,acetone, carbon tetrachloride, carbon disulfide, dan acetic
acid. Benzen memiliki tingkat flammability, volatility, dan toxicity,
sehingga butuh penanganan yang baik dalam transportasi maupun dalam
penyimpananya. Benzen disimpan dalam tangki tertutup rapat dan
tersegel, jauhi dari sumber panas, hindari terkena sinar matahari secara
langsung maupun sumber panas tertentu. Diusahakan benzen selalu
tersimpan dalam kontainer yang dingin, dan di area yang cukup
Antonius Nurcahyo Wibowo
Filoyak Josua Sinaga
(10/297961/TK/36481)
(10/302024/TK/37254)
9
Prarancangan Pabrik Asam Benzen Sulfonat dari Benzen dan Asam Sulfat
Dengan Kapasitas 60.000 Ton/Tahun
sirkulasinya. Jika terjadi kebocoran, sesegera mungkin ditangani dan
menyerap benzen yang tertumpah dengan pasir kering, dan jangan
menyentuh benzen yang tertumpah tersebut, karena menyebabkan iritasi.
Jika terjadi kebakaran kecil maka gunakan dry powder untuk
mematikannya, jika terjadi kebakaran besar , gunakan alcohol foam, water
spray, atau fog. Penanganan benzen harus dilengkapi dengan personal
protectitive equipment seperti googles, gloves, vapour respirator untuk
menghindari terhirupnya uap benzen.
d. Asam sulfat
Asam sulfat merupakan senyawa kimia yang memiliki rumus molekul
H2SO4. Asam sulfat tidak berwarna, jernih, dan memiliki sifat sangat
korosif. Asam sulfat memiliki kelarutan yang tinggi dalam air, tetapi tidak
larut dalam metanol, diethyl eter, dan n-octanol. Karena asam sulfat
memiliki karakteristik senyawa yang sangat korosif, hindari kontak
dengan kulit, mata, maupun terhirup. Untuk penyimpanannya, asam sulfat
selalu tersimpan dalam kontainer kering yang tertutup rapat. Hindari dari
material organik, metal, asam-asam ,alkali, dan air (uap air). Asam sulfat
disimpan dalam bahan yang tahan korosi, seperti metallic atau coated
fiberboard. Jika terjadi kebocoran , serap asam sulfat dengan pasir kering,
dan hindari air di sekitar kontainer asam sulfat. Untuk penanganannya
harus selalu menggunakan personal protective equipment.
e. Asam benzen sulfonat
Asam benzen sulfonat biasanya digunakan sebagai katalis dalam
memproduksi furan dan phenolic resin serta biasanya termasuk bahan
Antonius Nurcahyo Wibowo
Filoyak Josua Sinaga
(10/297961/TK/36481)
(10/302024/TK/37254)
10
Prarancangan Pabrik Asam Benzen Sulfonat dari Benzen dan Asam Sulfat
Dengan Kapasitas 60.000 Ton/Tahun
baku dalam produksi phenol dan recorcinol. Asam benzen sulfonat
memiliki rumus molekul C6H6SO3. Asam benzen sulfonat larut dalam air,
metanol, n-octanol, tetapi tidak larut dalam diethyl eter. Kenampakan dari
asam benzen sulfonat dapat dianalogikan seperti padatan lilin putih dapat
berbentuk bola atau lembaran kristal putih. Asam benzen sulfonat
memiliki freezing/melting point pada 45-50o C. Pada umumnya spesifikasi
pasar dari asam benzen sulfonat memiliki kemurnian 93-98%. Asam
benzen sulfonat merupakan senyawa yang korosif, sehingga dalam
penyimpanannya harus dalam kontainer yang tahan korosi, seperti iron
drum yang dilapisi dengan polyethylene. Kontainer harus dalam keadaan
tertutup dan dijaga agar tetap kering. Hindari dari panas sumber
pengapian. Kontainer harus dalam suasana dingin mendapat sirkulasi
udara yang baik.
C. Kapasitas Produksi
Kebutuhan benzenesulfonic acid di Indonesia dapat diukur oleh
besarnya kebutuhan impor
di Indonesia yang cenderung semakin
meningkat. Menurut Data Badan Statistik, Yogyakarta mengenai “Statistik
Perdagangan Luar Negeri”, kebutuhan asam benzen sulfonat setiap
tahunnya pada tahun 2004 sampai tahun 2009 secara berturut-turut adalah
sebesar 29.012,720 ton/tahun, 31.026,783 ton/tahun, 35.591,876 ton/tahun,
35.340,930 ton/tahun, 37.428,956 ton/tahun, dan 38.763,270 ton/tahun.
Oleh karena itu, mengingat kebutuhan impor yang sangat tinggi di
Indonesia akan produk asam benzen sulfonat maka dengan berdirinya
pabrik ini diharapkan semakin memacu pertumbuhan industri lain yang
memerlukan bahan dasar asam benzen sulfonat, sehingga dapat
meningkatkan pendapatan negara melalui ekspor asam benzen sulfonat
ini, serta memenuhi kebutuhan pasar di dalam negeri.
Antonius Nurcahyo Wibowo
Filoyak Josua Sinaga
(10/297961/TK/36481)
(10/302024/TK/37254)
11
Prarancangan Pabrik Asam Benzen Sulfonat dari Benzen dan Asam Sulfat
Dengan Kapasitas 60.000 Ton/Tahun
Pabrik benzenesulfonic acid dari benzen ini akan didirikan pada
tahun 2018 agar Indonesia dapat memenuhi kebutuhan dalam negerinya
sendiri sehingga tidak perlu mengimpor dari luar negeri. Berdasarkan
metode regresi linier, pada tahun 2018, kebutuhan pasar Indonesia akan
asam benzen sulfonat mencapai 54.839,919 ton/tahun. Oleh karena itu
diambil kapasitas pabrik 60.000 ton/tahun.
Pabrik ini akan dibangun di wilayah Tuban, Jawa Timur dengan
pertimbangan kedekatan lokasi dengan sumber bahan baku, pelabuhan,
dan sumber air utilitas. Selain itu Tuban menjadi sentra Industri di Jawa
Timur yang semakin meningkat termasuk industri farmasi yang banyak
ditemukan disana. Bahan baku benzen diproduksi oleh PT. Petrochina dan
PT. Trans Pacific Petrochemical Indotama (PT. TPPI) yang berlokasi di
Tuban, Jawa Timur, selain itu benzen juga diproduksi oleh PT. Pertamina
UP IV di Cilacap. Sedangkan asam sulfat dapat diperoleh dari PT. Liku
Telaga, PT. Smelting Corporation dan PT. Petrokimia Gresik yang
berlokasi di Gresik, Jawa Timur. Selain itu di lokasi tersebut terdapat
sumber utilitas yang diperlukan dalam operasional pabrik yaitu air laut
dari Laut Utara Jawa.
Antonius Nurcahyo Wibowo
Filoyak Josua Sinaga
(10/297961/TK/36481)
(10/302024/TK/37254)
12