1.4. Manfaat Pra Rancangan Pabrik - Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Asam Oksalat dari Alang-Alang dengan Metode Peleburan Alkali dengan Kapasitas 2.0500 Ton/Tahun

  ilmu teknik kimia lainnya serta mengetahui aspek ekonomi dalam pembiayaan pabrik.

1.4. Manfaat Pra Rancangan Pabrik

  Manfaat pra rancangan pabrik pembuatan asam okaslat adalah memberikan informasi mengenai pabrik asam oksalat sebagai tolak ukur sehingga dapat dijadikan referensi untuk pendirian suatu pabrik asam oksalat. Pra rancangan pabrik ini juga memberikan manfaat bagi perguruan tinggi sebagai suatu karya ilmiah yang dapat dipergunakan sebagai bahan acuan, masukan dalam perkembangan studi di kalangan akademis.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Asam Oksalat

  Asam oksalat disintesis untuk pertama kali pada tahun 1776 oleh Scheele melalui oksidasi gula dengan asam nitrat. Kemudian oleh Wohler disintesis dengan hidrolisis sianogen pada tahun 1824. Asam oksalat digunakan dalam berbagai bidang industri, seperti manufaktur tekstil dan pengolahan permukaan logam, penyamakan kulit dan produksi kobalt. Sejumlah besar asam oksalat juga dikonsumsi dalam produksi agrokimia, farmasi dan turunan kimia lainnya (Kirk Othmer, 2007).

  Pada tahun 1829, Gay Lussac menemukan bahwa asam oksalat dapat diproduksi dengan cara meleburkan serbuk gergaji dalam larutan alkali. Asam oksalat merupakan turunan dari asam karboksilat yang mengandung 2 gugus karboksil yang terletak pada ujun-ujung rantai karbon yang lurus yang mempunyai rumus molekul C

2 H

  2 O 4 tidak berbau, higroskopis, berwarna putih

  sampai tidak berwarna dan mempunyai berat molekul 90 gr/mol (Kirk Othmer, 2007).

2.1.1 Sifat-sifat Asam Oksalat Dihidrat

  Asam oksalat dihidrat (C H O .2H O)

  2

  2

  4

  

2

   Berwarna putih, berbentuk kristal dan tidak berbau

  o

   Melting point : 101,5 C

  3

   Densitas : 1,653 gr/cm

   O

  ∆Hf (18

  C) : -1422 kJ/mol  Berat molekul : 126 gr/mol

  o

   pH : 1 (10 g/l H

  2 O, 20

  C)  Tidak berbau  Hidroskopis

2.1.2 Kegunaan Asam Oksalat

  Asam oksalat merupakan salah satu bahan baku yang dibutuhkan pada industri sebagai berikut :  Sebagai bahan pelapis yang melindungi logam dari kerak.

   Sebagai bahan peledak  Sebagai bahan pembuatan zat warna  Sebagai bahan analisa laboratorium  Sebagai bahan dalam industri lilin  Sebagai bahan kimia dalam fotografi.

2.2 Tanaman Alang-alang

  Alang-alang atau Imperata Cylindrica adalah tanaman liar dan merupakan tanaman pengganggu pertanian yang merisaukan karena sifatnya yang mudah dan cepat berkembang biak, di berbagai tempat terlebih di tempat yang tanahnya subur dapat mencapai ketinggian 1,0

• – 2,0 meter.

Gambar 2.1. Alang alang

  Klasifikasi tanaman alang-alang adalah sebagai berikut : Kerajaan : Plantae Divisi : Liliopsida Kelas : Poales Famili : Poaceae Genus : Imperata Species : Imperata Cylindrica Di beberapa daerah di Indonesia alang-alang dikenal dengan nama ilalang.

  Alang-alang merupakan tumbuhan menahun dan tumbuh liar di lahan terbuka atau sedikit terlindung, seperti ladang atau perkebunan. Alang-alang banyak terdapat di pulau Jawa dengan ketinggian tempat tumbuh dari 0-2700 mdpl (Djauhariya dan Hernani, 2009). Alang-alang dapat mempengaruhi tanaman kultivasi lain karena kebutuhan natrium yang relatif tinggi. Alang-alang dapat menurunkan pH tanah. Besarnya penurunan pH dan hambatan terhadap proses nitritifikasi menunjukkan korelasi positif dengan pertumbuhan alang-alang (Santoso, 1990).

2.3 Sifat-sifat Bahan Utama

2.3.1 Sifat Bahan Utama

A. Alang-alang

  Komposisi Alang-alang :  Abu : 5,42 %  Silika : 3,6 %  Lignin : 18,12 %

   Pentosan : 28,58 %  Alfa Selulosa : 44,28%

  B. Ca(OH) 2 (Kalsium Hidrosida) Dalam proses bereaksi dengan selulosa membentuk calcium oksalat.

  Sifat Fisika :  Putih berbentuk kristal

  : 74,1 gr/mol  Berat molekul

  o o

   Spesifik Gravity : 2.130 pada 70 F(21,1

  C)

  3

   Density : 2.126 gr/cm Sifat Kimia :  Higroskopis

  o

  : Air dingin (10

  C) 17,6/ gr/l  Kelarutan

  C. Asam Sulfat (H

2 SO 4 )

  Bereaksi dengan kalsium oksalat membentuk asam oksalat (C

  2 H

  2 O 4 .2H

  2 O)

  Sifat Fisika  Berupa cairan kental tidak berwarna/jernih  Berat Molekul : 98,08 g/mol

  o

   Spesifik Gravity : 1,839 pada 14,5 C

  

o

  : 10,49 C  Melting Point  Titik didih : 270 C Sifat Kimia  Korosif  Termasuk asam kuat  Dapat bereaksi dengan berbagai macam campuran organik untuk produksi yang berguna  Dapat melarutkan logam  Merupakan pengoksidasi kuat  Bersifat higroskopis

D. CaSO

  4. H

  2 O Merupakan limbah hasil reaksi pembentukan asam oksalat pada reaktor asam oksalat.

E. CaC

2 O

  starch , dextrin dan selulosa dengan menggunakan asam nitrat. Biasanya

  Cara ini ditemukan oleh “Scheele” pada tahun 1776. Asam oksalat diproduksi dengan mengoksidasi karbohidrat seperti glukosa, sukrosa,

  Asam Oksalat dapat disintesis dengan beberapa metode yaitu :

  C  Boiling Point : 1200  30 Sifat Kimia  Larut Dalam air

  o

  C : 45,5 pada 80

  o

  C  Kelarutan : 5 pada 5

  o

   Berat Molekul : 176,18  Spesifik Gravity : 1,55 pada 20

  4 (Kalsium oksalat )

Merupakan hasil reaksi intermediet dari keseluruhan proses untuk mengikat

(C ^{2 O 4 ) 2-} dari reaksi pembentukan kalsium oksalat pada reaktor kalsium oksalat, setelah C ^{5 H 10 O 5 direaksikan dengan Ca(OH) 2} Sifat Fisika

   Keras, berupa serbuk putih pada waktu kering, berbentuk paste putih ketika tercampur air.

  C) Sifat Kimia

  2 O (15 o

  Sifat Fisika  Berat Molekul : 171,1798 g/mol  Spesifik Gravity : 2,32  Kelarutan : 0,92 pada 100 g H

2.4 Pembuatan Asam Oksalat

1. Oksidasi Karbohidrat

  5

  2 H

  2 O

  V

  Dalam pembuatan asam oksalat dengan proses ini bahan dasarnya mengandung 60 % larutan glukosa. Temperatur pada proses ini perlu dikontrol dan dijaga. Untuk menghindari terjadinya oksidasi asam oksalat menjadi karbondioksida, maka ditanggulangi dengan penambahan asam sulfat. Kemurnian produk akhir adalah 99 % dengan konversi asam oksalat pada proses ini adalah 63

  Produksi asam oksalat dengan oksidasi karbohidrat masih dapat dikembangkan karena banyaknya bahan baku seperti limbah pertanian (Kirk- Othmer, 2007).

  2 O Glukosa Asam Nitrat As.Oksalat N.oksida Nitro oksida Nitrit Air

  2 O + 9NO 2 + 30H

  2 O 4 + 3NO + 9N

  15C

  untuk proses ini bahan yang digunakan adalah bahan yang banyak mengandung karbohidat, misalnya tepung. Dimana tepung yang digunakan biasanya adalah tepung jagung, tepung gandum, tepung ubi jalar atau tepung yang lainnya dan bisa juga menggunakan gula atau mollases. Ketika digunakan bahan baku seperti selulosa maka harus dihidrolisa terlebih dahulu dengan asam sulfat, sehingga menjadi monosakarida. Glukosa ini kemudian dioksidasi dengan asam nitrat pada temperatur 63-85

  3

  12 O 6 + 30HNO

  6 H

  5C

  Reaksi :

  C dengan katalis vanadium pentoksida (Kirk Othmer, 2007).

  o

• – 65 %. Prosesnya dapat dilakukan secara batch maupun kontinyu (Kirk Othmer, 2007).

  H O ₂ Proses CO _{2 Asam}

_Nitrat

_{Fe 2 (SO4) 3} Absorber CO Air H SO _{2 4} CO ₂ NO ₂ CO Glukosa starch Proses Proses Oksidasi

  Hidrolisa Glukosa _{Recycle mother liquor Asam Oksalat mother liquor} Proses Proses Pemisahan Proses

  Mother Liquor dari Penkristalan Evaporasi asam oksalat Asam Oksalat

_{Kristal asam oksalat}

Proses Pelarutan kembali kristal Asam _{Mother Liquor} Oksalat _{Asam Oksalat mother liquor} Proses Penkristalan

  Proses Pemisahan kembali asam Mother liquor yang oksalat terikut dari kristal asam oksalat

  Proses Pengeringa asam Oksalat _{Produk asam oksalat 99 %}

Gambar 2.3. Proses Oksidasi Glukosa dengan Asam Nitrat

2. Proses Etilen Glikol

  Dalam proses ini etilen glikol dioksidasi dalam campuran 30-40 % asam sulfat dan asam nitrat 20-25 % dengan 0,001-0,1 % vanadium

  o

  pentoksida pada suhu 50-70 C untuk menghasilkan asam oksalat lebih dari 93 % (Kirk Othmer, 2007).

  Proses ini telah dikembangkan di Jepang oleh Mitsubishi Gas Chemical yang memproduksi 12.000 Ton/tahun asam oksalat. Etilen Glikol teroksidasi dengan konsentrasi 60 % asam nitrat pada 0,3 MPa (43,5 psi),

  o

  80 C dengan oksigen. Inisiator seperti NaNO

  2 dapat membantu

  menghasilkan oksida nitrogen dan promotor seperti senyawa vanadium atau asam sulfat yang digunakan untuk mempercepat reaksi oksidasi. Yield asam oksalat yang dihasilkan adalah 90 % (Kirk Othmer, 2007).

• 4NO
• 4NO +

  2 OH) 2 + 2O

2 (COOH)

2 + 2H ^{2 O} E.Glikol Oksigen As.Oksalat Air

  Oksalat Produk Asam Oksalat 99 %

  Kristal As.

  Recycle mother liquor Kristal Asam Oksalat Mother Liquor

  Asam nitrat H ₂ O Fe ₂ (SO ₄ ) ₂ NO ₂ Asam Oksalat mother liquor Ethylene Glikol

  Oksalat Proses Penkristalan kembali asam oksalat Proses pengeringan Asam oksalat

  Oksalat Proses Pemisahan Mother liquor yang terikut dari kristal Asam

  Absorber Proses Pelarutan kembali kristal Asam

  Oksalat Proses Oksidasi Etilen Glikol Proses

  Oksalat Proses Penkristalan Asam

  Proses Evaporasi Proses Pemisahan mother liquor dari Asam

  Keseluruhan: (CH

  Reaksi berlangsung sesuai persamaan reaksi berikut (CH

  N.oksida Oksigen N.oksida

  4NO

  2

  4NO + 2O

  2 O Etilen Glikol Nitrit As.Oksalat N.Oksida Air

  2H

  2

  (COOH)

  2

  2

  2 OH)

Gambar 2.4. Proses Oksidasi Etilen Glikol dengan Asam Nitrat

3. Proses Propilen

  Pembuatan asam oksalat dengan oksidasi propylene, menggunakan gas bersih dari stok umpan pada operasi cracking minyak bumi. Pada proses propilen, propilen dioksidasi oleh asam nitrat melalui 2 tahap: Tahap pertama propilen direaksikan dengan NO cair untuk menghasilkan produk

  2

  antara berupa asam α-nitrotolactid yang selanjutnya dioksidasi pada temperatur tinggi untuk menghasilkan asam oksalat (Kirk Othmer, 2007).

  Rhone-Poulenc (Prancis) mengembangkan sebuah versi modifikasi dari proses pembuatan asam oksalat atau asam laktat, atau keduanya dari propilen. Pada tahun 1978, 65.000 ton/tahun asam oksalat diproduksi di seluruh dunia dengan proses ini, Pada 1990-an proses ini dioperasikan hanya oleh Rhone-Poulenc (Kirk Othmer, 2007).

  Reaksi oksidasi Rhone-Poulenc seperti persamaan reaksi berikut: CH CH=CH + 3HNO CH CHCOOH + 2NO + 2H O

  3

  2

  3

  3

  2 ONO

  2 Propilen As.Nitrat α-nitrolactid N.oksida

  CH

  3 CHCOOH + 5/2 O 2 (COOH) 2 + CO 2 + HNO 3 + H

  2 O

  ONO

2 As.Oksalat K.Dioksida N.oksida Air

  α-nitrolactid Oksigen o

  Pada langkah pertama, propylene dicampurkan pada 10-40 C dengan asam nitrat, konsentrasi dijaga pada 50-75 w% dan perbandingan rasio molar untuk propilena 0,01-

  0,5 hingga terkonversi menjadi asam α- nitratolactic dan asam laktat. Pada tahap kedua asam α-nitratolactic

  o

  teroksidasi oleh oksigen dengan adanya katalis pada 45-100 C untuk menghasilkan asam oksalat dihidrat. Secara keseluruhan dengan konsentrasi propylene lebih besar dari 90% untuk menghasilkan konversi propylene 77,5% (Kirk Othmer, 2007).

  Proses Kondensasi Liquid NO ₂ Alfa Nitrolactic Acid

  Proses Proses oksidasi Oksidasi kedua

  Pertama Propylene 100 % Asam Oksalat Proses

  Kristalisasa Proses Penyaringan H SO dari asam oksalat _{2 4} Asam Sulfat Proses

  Air Pengeringan Asam Oksalat

Gambar 2.5. Proses Oksidasi Propilen Glikol

4. Proses Dialkil Oksalat

  Asam oksalat dihasilkan dengan hidrolisis diester asam oksalat dengan gas CO dengan produk samping alkohol. Pada tahun 1978 UBE Industries (Jepang) mengkomersialisasikan proses dua-langkah ini (Kirk Othmer, 2007).

• Sintesis pertama yang dilaporkan dengan menggunakan contoh PdCl

  2 CuCl 2 dalam system redoks dengan persamaan reaksi berikut :

  2CO + 2 ROH + PdCl

  2 (COOR) 2 + 2HCl + Pd Karbon D Alkohol Pd.Klorida Dialkil Oksalat As.Klorida Paladium

  Pd + 2CuCl

  2 PdCl 2 + Cu

  2 Cl

  2 Paladium Cu,Klorida Pd.Kloridda Cu(II) klorida Cu Cl + 2HCl + ½ O2 2 Cu Cl + H O

  2

  2

  2

  2

  2 Cu(II) klorida As.Klorida Oksigen Cu(II) klorida Air

  Overall

  2CO + 2ROH + ½ O2 (COOR +H2O

  )2 Karbon D Alkohol Oksigen Dialkil Oksalat Air

  (COOR)

  2 + H2O (COOH) 2 + 2ROH

Dialkil Oksalat Air As.Oksalat Alkohol

5. Proses Peleburan Alkali

  Pembuatan asam oksalat dengan proses peleburan alkali menggunakan bahan baku yang mengandung selulosa tinggi seperti serbuk gergaji, sekam, tongkol jagung, dan lain-lain. Bahan ini dilebur dengan calcium hidroksida pada suhu 240

• – 285ºC. Produk ini kemudian direaksikan dengan asam sulfat untuk membentuk asam oksalat.

  Reaksi-reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: (C

6 H

  10 O 5 )n + 3n Ca(OH) 2 + 6,5n O

  2 Selulosa Ca.Hidroksida Oksigen

   CaC O + nCa(CH COO) + n(HCOOCa)+9H O+4CO

  2

  4

  3

  2

  2

  2 Ca.Oksalat Ca.Asetat Ca. Formiat Air K dioksida

  CaC O + H SO  (COOH) + CaSO

  2

  4

  2

  4

  2

  4 Ca.Oksalat Asam Sulfat As.Oksalat Ca.Sulfat

  Konversi yang diperoleh dari proses ini kurang dari 45 % dengan kemurnian produk sebesar 60 % (Isti Azra, dkk., 2011).

  Proses Proses Pemasakan Bahan Baku

  Proses Penyaringan Pendinginan dengan NaOH CaCl Proses ₂ Pengkristalan H2SO ₄ Kristal Asam Oksalat

Gambar 2.6. Proses Peleburan Alkali

  6. Fermentasi Glukosa

  Asam oksalat dapat dihasilkan dengan menggunakan proses fermentasi gula dengan menggunakan jamur (seperti Aspergillum atau Penicillium) sebagai pengurainya. Produk yang diperoleh kemudian disaring, diasamkan dan dihilangkan warnanya. Setelah itu, produk dinaikkan konsentrasinya dengan evaporator dan hasilnya dikristalkan. Kemudian dilakukan pengeringan untuk memisahkan produk dengan airnya. Hasil dari asam oksalat tergantung dari nutrient (nitrogen) yang ditambahkan.

  Air Air Proses pengendapan Persiapan Proses hasil fermentasi fermentasi fermentasi

  Mollases nutrient Ca(OH) ₂ H SO Asam ^{2 4} Endapan Oksalt

  

Proses pemisahan gypsum Proses Proses

gypsum dari asam pembentukan pengambilan

oksalat asam oksalat asam oksalat Ca Oksalat dari asam sitrat

  CaSO ₄ Proses Proses Air pengeringan

  Pemekatan asam oksalat Asam Oksalat Produk asam oksalt 99 %

Gambar 2.7. Proses Fermentasi Glukosa

  7. Metode Baru

  Banyak upaya telah dilakukan untuk mensintesis asam oksalat dengan reduksi elektrokimia karbon dioksida baik dengan elektrolit cair maupun tidak cair, misalnya, asam oksalat dibuat dari CO

  2 sebagai garam Zn yang dalam

  sel terbagi atas Zn anoda dan katoda stainless steel di asetonitril yang mengandung (C

  4 H 9 )

4 NClO 4 dengan efesiensi lebih besar dari 90 % (Kirk Othmer, 2007).

  Asam Oksalat

   Menggunakan bahan baku yang mahal, yaitu etilen glikol.

   Asam oksalat yang dihasilkan tidak terlalu besar (yield < 45 %).

   Bahan yang digunakan tersedia dalam jumlah yang cukup banyak, seperti sabut kelapa, serbuk gergaji, sekam padi, dll.

  5. Proses Peleburan Alkali

   Menggunakan proses yang kompleks.

  4. Proses Dialkil Oksalat

   Menggunakan proses yang cukup sulit.

  3. Proses Propilen  Dihasilkan asam oksalat dalam jumlah besar (yield 75 %).

  2. Etilen Glikol  Dihasilkan asam oksalat dalam jumlah besar (yield > 90 %).

  

Metode Keuntungan Kerugian

Tabel 2.1 Perbedaan Keuntungan dan Kerugian pada Berbagai Proses Sintesa

  2 O 5 /Fe 3+

  V

   Diperlukan katalis tertentu yaitu

   Bahan bakunya mahal seperti tepung tapioka, tepung jagung dan lain- lain.

   Dihasilkan asam oksalat dalam jumlah besar (yield 63-65 %).

  1. Oksidasi Karbohidrat

  .

   Proses yang digunakan

  cukup sederhana yaitu hanya dengan penambahan Ca(OH)

2 SO

2.5 Deskripsi Proses

  C. Didalam reaktor terjadi reaksi antara alang- alang dan larutan Ca(OH)

  o

  dengan konsentrasi 50% dengan perbandingan 1:1,5 dialirkan ke dalam reaktor dimana operasi berlangsung pada suhu 98

  2

  Alang-alang yang mengandung selulosa tinggi dan larutan Ca(OH)

  Dalam pembuatan asam oksalat dihidrat dengan proses peleburan alkali ini, terdiri dari beberapa tahap yaitu :

  2 , dan H 2 SO 4 .

  Berdasarkan metode proses pembuatan asam oksalat, dipilih salah satu yaitu proses peleburan alkali. Dengan alasan bahan yang digunakan tersedia dalam jumlah yang cukup banyak, seperti sabut kelapa, serbuk gergaji, sekam padi, disamping itu proses yang digunakan cukup sederhana yaitu hanya dengan penambahan Ca(OH)

   Prosesnya memerlukan biaya yang cukup mahal dan diperlukan penelitian lebih lanjut.

  7. Metode Baru  Efisiensi proses yang sangat tinggi (>90%).

   Prosesnya yang cukup panjang yaitu gula difermentasikan terlebih dahulu dengan menggunakan jamur aspergillus atau penicillium.

   Bahan utama yang berasal dari karbohidrat mudah didapat.

  6. Fermentasi Glukosa

  4 .

  dan H

  2

1. Proses Pembentukan Natrium Oksalat (Peleburan Alkali)

2 Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

  (C

6 H

  10 O 5 )n + 3n Ca(OH) 2 + 6,5n O

  2 Selulosa Ca.Hidroksida Oksigen

   CaC

  2 O 4 + nCa(CH

  3 COO) 2 + n(HCOOCa)+9H

  2 O+4CO

  2 Ca.Oksalat Ca.Asetat Ca. Formiat Air K dioksida

  2. Proses Pemisahan I

  Sebelum masuk pada proses pemisahan, bahan yang keluar dari reaktor terlebih didinginkan. Pada proses pemisahan ini bertujuan untuk memisahkan filtrat yang mengandung kalsium oksalat.

  3. Proses Pengasaman

  Setelah hasilnya masuk pada tahap pengasaman dengan menggunakan asam sulfat. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : CaC

  2 O 4 + H

  2 SO

  

4 C

  2 H

  2 O 4 + CaSO

  4 Ca.Oksalat Asam Sulfat As.Oksalat Ca.Sulfat

  4. Proses Pemisahan II

  Asam oksalat dan kalsium sulfat dipisahkan hingga memperoleh asam oksalat sebagai filtat.

  5. Proses Evaporasi I

  Pada proses evaporasi ini filtrat yang berupa asam oksalat dipekatkan kemudian dialirkan menuju tahap kristalizer.

  6. Proses Kristalizer

  Asam oksalat dari evaporator dialirkan menuju kristalizer untuk didinginkan

  o

  sampai 30 C hingga terbentuknya kristal dihidrat. Kemudian asam oksalat dialirkan menuju proses pemisahan.

  7. Proses Pemisahan III

  Pada tahap ini bertujuan memisahkan kristal dari mother liquornya (yang berupa asam oksalat yang tidak mengkristal, H

  2 O dan impurities