BAB I PENDAHULUAN - Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride Dengan Proses Oksidasi Naphthalene Kapasitas 80.000 Ton/Tahun
Kapasitas 80.000 Ton/Tahun
BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik Indonesia merupakan salah satu negara berkembang di dunia yang
mengikuti era globalisasi. Era globalisasi menuntut kemajuan di bidang sektor industri ke arah industrialisasi. Industri kimia merupakan salah satu sektor industri yang harus dipenuhi karena kebutuhan akan bahan - bahan kimia semakin meningkat.
Pemerintah Indonesia perlu menerapkan kebijakan untuk mendirikan pabrik - pabrik kimia di Indonesia agar ketergantungan bahan kimia terhadap negara lain berkurang. Pendirian pabrik phthalic anhydride dengan bahan baku
naphthalene dan oksigen dari udara mempunyai nilai tinggi dalam perkembangan
dunia industri karena banyaknya industri yang menggunakan phthalic anhydride sebagai bahan baku, bahan tambahan, maupun bahan intermediate.
Phthalic anhydride merupakan senyawa organik dengan rumus kimia
8
4
3 C H O yang dapat diperoleh dari proses oksidasi naphthalene. Phthalic
anhydride merupakan bahan intermediate yang bereaksi langsung dengan alkohol,
glikol dan gliserin untuk membentuk ester. Secara umum kegunaan phthalic
anhydride dalam sektor industri antara lain sebagai bahan baku pada industri
pembuatan plasticizer, alkid resin (cat minyak), unsaturated polyester resin, benzoic acid (www.speclab.com).
Indonesia hanya memiliki satu pabrik produsen phthalic anhydride, yaitu
Kapasitas 80.000 Ton/Tahun PT. Petrowidada Gresik yang mempunyai kapasitas produksi total 70.000 ton per tahun (www.eterindo.com). Perkembangan industri yang mengkonsumsi phthalic
anhydride menyebabkan peningkatan kebutuhan phthalic anhydride dalam negeri
dari tahun ke tahun. Phthalic anhydride telah diproduksi di dalam negeri tetapi kapasitas pabrik yang ada tidak dapat memenuhi permintaan phthalic anhydride dalam negeri, hal ini ditunjukkan dengan masih besarnya jumlah impor phthalic
anhydride
pada tahun 2012 yaitu sebesar 34.173 ton. Besarnya jumlah impor
phthalic anhydride tersebut merupakan peluang besar untuk investasi industri phthalic anhydride.
Berdasarkan pertimbangan hal – hal diatas, pendirian pabrik phthalic
anhydride sangat diperlukan untuk mengurangi impor. Selain itu, pendirian pabrik phthalic anhydride juga akan memacu tumbuhnya pabrik baru yang menggunakan phthalic anhydride sebagai bahan bakunya.
I.2. Kapasitas Perancangan
Kapasitas produksi akan mempengaruhi perhitungan teknis maupun ekonomis dalam perancangan pabrik. Pada dasarnya semakin besar kapasitas produksi maka kemungkinan keuntungan juga akan semakin besar. Faktor - faktor lain yang harus dipertimbangkan dalam penentuan kapasitas adalah sebagai berikut :
I.2.1. Kebutuhan Phthalic Anhydride di Indonesia
Kebutuhan phthalic anhydride dalam maupun luar negeri dapat dilihat dari data BPS (Badan Pusat Statistik) impor dalam jangka waktu tahun 2005 – 2012.
Kapasitas 80.000 Ton/Tahun Data statistik mengenai impor phthalic anhydride Indonesia memperlihatkan bahwa impor phthalic anhydride mengalami kenaikan di tahun 2007 dan mengalami penurunan di tahun 2009. Data tersebut dapat dilihat pada tabel I.1.
Tabel I.1. Data impor phthalic anhydride (BPS, 2012) Tahun Impor (ton/tahun) 2005 12.444,19
2006 15.176,92 2007 21.741,18 2008 19.501,31 2009 16.265,54 2010 20.286,48 2011 29.577,20 2012 34.173,05
Dari data tersebut dapat dibuat grafik hubungan antara jumlah impor phthalic
anhydride dengan tahun pada gambar I.1 : 35000
) n u 30000 h a
25000 /t n
20000 to (
15000 n a
y = 2577.x - 5E+06
h10000 tu
R² = 0.734 u
5000 b e K
2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Tahun
Gambar I.1 Data impor phthalic anhydride di Indonesia Gambar I.1 menunjukkan bahwa impor phthalic anhydride pada tahun Kapasitas 80.000 Ton/Tahun tahun 2009 kemudian mengalami kenaikan lagi pada tahun 2010 hingga tahun 2012. Angka impor phthalic anhydride relatif masih tinggi di Indonesia. Pendirian pabrik phthalic anhydride penting untuk memenuhi kebutuhan phthalic anhydride Indonesia sehingga merupakan peluang yang besar dalam memberikan keuntungan karena akan menekan laju angka impor.
Kebutuhan phthalic anhydride yang meningkat pada tahun - tahun mendatang dapat dihitung dengan membuat grafik linier kebutuhan phthalic
anhydride 2005 - 2012 dan diperoleh persamaan :
y = 2.577 x – 5.000.000 (I – 1) dengan : y = jumlah impor phthalic anhydride (ton) x = tahun
Dari persamaan tersebut diperoleh prediksi kebutuhan phthalic anhydride pada tahun mendatang (tabel I.2). Prediksi kebutuhan phthalic anhydride tersebut digunakan sebagai pertimbangan untuk penentuan kapasitas produksi pabrik yang akan didirikan.
Tabel I.2. Prediksi kebutuhan phthalic anhydride Tahun Prospek pemasaran (ton) 2013 187.501
2014 190.078 2015 192.655 2016 195.232 2017 197.809 Kapasitas 80.000 Ton/Tahun
Phthalic anhydride sangat dibutuhkan di Indonesia, karena di Indonesia
terdapat industri unsaturated polyester resin dan plasticizier yang menggunakan
phthalic anhydride sebagai bahan bakunya. Industri yang menggunakan phthalic anhydride
dapat dilihat pada tabel I.3. Tabel I.3. Industri di Indonesia yang menggunakan phthalic anhydride
Nama Produsen Produk Lokasi Kapasitas (ton/tahun)
Unsaturated polyester
Justus Sakti Raya Jakarta 24.000
resins
Corporations
Unsaturated polyester
PT. Eternal Buana Jakarta 70.000
resins
Chemical Industries PT. Arindo Pacific Unsaturated polyester
Bogor 36.000 Chemicals resins
I.2.2. Ketersediaan Bahan Baku
Bahan baku naphthalene yang digunakan dalam pembuatan phthalic
anhydride diperoleh dari ABA Chemie, Jalan U8/52 No. 1, Shah Alam, Selangor, Malaysia.
I.2.3. Kapasitas Minimal
Menentukan kapasitas pabrik yang menguntungkan dapat dengan cara melihat data kapasitas pabrik yang sudah berdiri baik itu di dalam maupun di luar negeri. Berikut ini data kapasitas pabrik yang sudah berproduksi baik di dalam maupun luar negeri dapat dilihat pada tabel I.4.
Kapasitas 80.000 Ton/Tahun Tabel I.4. Industri penghasil phthalic anhydride di dalam dan luar negeri
(Kirk and Othmer, 1998) Perusahaan Lokasi Kapasitas (ton/tahun)
Aristech (Mitsubishi) Texas, USA 104.000 Exxon Chemical LA, USA 118.000 Koppers Industries Illinois, USA 79.000 Stepan Chemical Illinois, USA 79.000 Sterling Chemical Co. Texas, USA 75.000 Petrowidada Gresik, Jatim 70.000
Berdasarkan data aktual dan prediksi kebutuhan phthalic anhydride, maka penentuan kapasitas rancangan harus lebih dari kapasitas minimal pabrik yang sudah ada agar dapat mendatangkan keuntungan dan memenuhi kebutuhan dalam negeri. Oleh karena itu pendirian pabrik phthalic anhydride dengan kapasitas 80.000 ton/tahun pada tahun 2017 dipilih dengan pertimbangan : a. Memenuhi kebutuhan dalam negeri.
b. Dapat memberikan keuntungan karena kapasitas rancangan telah melebihi kapasitas minimal pabrik yang telah berdiri di Indonesia.
I.3. Pemilihan Lokasi Pabrik
Letak geografis suatu pabrik sangat berpengaruh terhadap kelangsungan pabrik tersebut. Sebelum mendirikan suatu pabrik perlu dilakukan suatu survey dalam mempertimbangkan faktor – faktor penunjang.
Pabrik phtalic anhydride direncanakan akan didirikan di daerah Cilegon, Banten. Lokasi pendirian pabrik dapat dilihat pada gambar I.2. Pemilihan ini dimaksudkan untuk mendapatkan keuntungan secara teknis dan ekonomis,
Kapasitas 80.000 Ton/Tahun
I.3.1. Faktor Utama
a. Penyediaan bahan baku
Naphthalene yaitu bahan baku dari pembuatan phthalic anhydride
akan diimpor dari ABA Chemie, Jalan U8/52 No. 1, Shah Alam, Selangor, Malaysia.
b. Letak pabrik dengan daerah pemasaran Pemasaran phthalic anhydride dalam negeri akan didistribusikan ke daerah Jawa Barat dan Banten. Hal ini dikarenakan di daerah tersebut banyak berdiri pabrik yang menggunakan bahan baku utama phthalic
anhydride. Selain itu Cilegon termasuk kawasan industri petrokimia yang
ditetapkan oleh pemerintah, dimana tersedianya lahan dan infrasruktur yang memadai.
c. Penyediaan tenaga listrik dan bahan bakar Kebutuhan listrik pabrik sebagian akan dipenuhi dari PLN, sedangkan untuk menjamin kelancaran penyediaan tenaga listrik bagi kelangsungan produksi, pabrik memiliki generator pembangkit tenaga listrik sendiri. Kebutuhan bahan bakar yaitu solar yang digunakan untuk menjalankan generator diperoleh dari Pertamina.
d. Penyediaan air Kebutuhan air untuk konsumsi dan sanitasi pekerja diperoleh dari
PT. Krakatau Tirta Industri, sedangkan kebutuhan air untuk air pendingin diperoleh dari air laut, karena lokasi yang dekat dengan laut.
Kapasitas 80.000 Ton/Tahun
I.3.2. Faktor Khusus
a. Sarana transportasi Kawasan industri Cilegon dekat dengan pelabuhan laut Merak dan telah tersedia sarana transportasi jalan raya sehingga mempermudah sistem pengiriman bahan baku dan produk ke daerah pemasaran tanpa mengalami masalah.
b. Tenaga kerja Kebutuhan tenaga kerja di Indonesia khususnya di Serang, Banten, memiliki jumlah tenaga kerja yang masih cukup banyak, baik sebagai tenaga ahli (skilled labour), menengah maupun sebagai buruh kasar (unskilled labour).
I.4. Tinjauan Pustaka
I.4.1. Macam – macam Proses
Saat ini ada 2 proses reaksi yang berbeda secara mendasar, yaitu:
a. Proses oksidasi naphthalene dengan udara fase uap Mula – mula naphthalene dicairkan dan diuapkan, kemudian
naphthalene dicampur dengan udara. Udara yang digunakan untuk bereaksi
dengan naphthalene adalah sebanyak dua kali berlebih. Campuran kemudian dimasukkan ke dalam reaktor fixed bed dengan katalis V
2 O 5 pada tekanan o
1,7 atm dan suhu 350 - 400 C dan terjadi reaksi oksidasi naphthalene membentuk phthalic anhydride dalam bentuk gas. Gas keluar reaktor didinginkan dan diembunkan. Phthalic anhydride kemudian dibentuk
Kapasitas 80.000 Ton/Tahun butiran dengan kemurnian 99,8% (Smith, 1981).
Reaksi : HC C CH C C H H H C C C H C O O
- 2 CO 2 + 2 H 2 O (I – 2) HC C CH C C H H + 4,5 O 2 H C C H C C O naphthalene (C
- 209,86 - 214,8
- 2 CO + 2 H O (I – 4) 2 2 HC C CH C C H H + 4,5 O 2 H C C
10 H
8 ) phthalic anhydride (C
8 H
4 O 3 )
b. Proses oksidasi o-xylene dengan udara fase uap Pada proses ini o-xylene diuapkan dan dicampur dengan udara
o
kemudian dipanaskan hingga suhu 537,78
C, campuran kemudian dimasukkan ke dalam reaktor yang berisi katalis vanadium pentaoksida sehingga akan terjadi reaksi pembentukan phthalic anhydride. Hasil uap kemudian didinginkan dan diembunkan. Gas dan cairan kemudian dipisahkan dalam separator, kemudian phthalic anhydride dipisahkan dari impuritasnya dalam menara distilasi untuk mendapatkan phthalic anhydride dengan kemurnian 99,7 % (Faith and Keyes, 1961). H 3 C Reaksi : C CH HC C C C H H C O H 3 C C CH HC C C C H H + 3 H O 2 + 3 H C O O 2 O (I – 3)
o-xylene (C H ) phthalic anhydride (C H O )
8
10
8
4
3 Dari dua proses diatas dipilih proses oksidasi naphthalene fase uap dengan
alasan :
Kapasitas 80.000 Ton/Tahun
a. Suhu operasi lebih rendah yaitu 350 – 400 °C sehingga lebih aman dan lebih mudah dalam pengontrolan dibandingkan dengan proses oksidasi o-
xylene dengan suhu operasi hingga 537,78 °C.
b. Proses oksidasi naphthalene dengan udara memiliki produk dengan kemurnian yang lebih tinggi yaitu 99,8% jika dibandingkan pada proses oksidasi o-xylene dengan udara dengan kemurnian produk yaitu 99,7%.
c. Harga bahan baku naphthalene lebih murah dibandingkan dengan o-xylene yang dapat dilihat pada tabel I.5.
Tabel I.5. Perbandingan harga bahan baku (www.alibaba.com) Bahan Harga (US$/ton)
Naphthalene
800
Ortho-xylene 1.000
I.4.2. Kegunaan Produk
Sebagian besar phthalic anhydride digunakan sebagai bahan baku pada industri-industri : a. Industri phthalate plasticizer
Bahan ini dipakai untuk mengubah sifat – sifat fisika resin polivinil klorida. Sebagai contoh jika phthalic anhydride direaksikan dengan etanol maka akan menghasilkan dioctyl phthalate yang merupakan bahan dasar pembuatan plastik.
Kapasitas 80.000 Ton/Tahun
b. Industri unsaturated polyester Bahan resin dibuat dengan reaksi kondensasi antara dikarboksilat dan glikol. Dalam hal ini phthalic anhydride dipakai dalam pembuatan resin yang banyak dipakai di bidang kosmetik, kelautan dan industri lainnya.
c. Industri alkid resin Resin ini merupakan lapisan pelindung pada permukaan dinding (cat), isolator listrik dan komponen elektronik.
d. Industri lainnya
Phthalic anhydride juga digunakan untuk membuat halogenated anhydride
sebagai bahan poliester polialkohol untuk urethane, pewarna, parfum, obat – obatan dan bahan penolak serangga.
(Kirk and Othmer, 1998)
I.4.3. Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk
a. Bahan Baku
1. Naphthalene Sifat fisis : Rumus bangun : HC C CH HC C CH C C H H H H C C
Rumus molekul : C
10 H
8
Berat molekul (kg/kmol) : 128,17 Titik didih (°C) : 217,9
) 805 1149
2 Berat molekul 28,01
3
Liquid density (gr/cm
/mol) 90,1 73,4
3
C - 195,8 - 183 Temperatur kritis, K 126,1 154,58 Tekanan kritis (bar) 33,5 49,8 Volume kritis (cm
Boiling point, o
Melting point
12,5 1,1053
Specific gravity
32 Wujud Gas, tidak berwarna, tidak berbau Gas, tidak berwarna, tidak berbau
2 O
Kapasitas 80.000 Ton/Tahun Titik leleh (°C)
Sifat Gas N
2 dan O
2 komponen udara (Perry, 1997)Tabel I.6 Sifat - sifat fisis N
2. Udara Sifat fisis :
Hidrogenasi naphthalene menghasilkan tetrahydronaphthalene (Kirk and Othmer, 1998)
Sifat kimia : Reaksi naphthalene dengan formaldehyde dan asam hidroklorik dengan katalis asam asetat menghasilkan 1 chloromethyl – naphthalene.
: 43,129 (Kirk and Othmer, 1998)
) : 1,145 Panas peleburan (kal/g) : 36 Panas penguapan (kJ/mol)
3
: 80 Tekanan kritis (kPa) : 4051 Temperatur kritis (°C) : 475,2 Densitas pada 25 °C (g/cm
O
2 bereaksi dengan semua elemen kecuali He, Ne, dan Ar.
Jika direaksikan dengan bahan bakar minyak, gas alam atau batu – bara akan dihasilkan panas, CO2 , H 2 O, serta residu dari udara.
Pada suhu yang lebih rendah dengan adanya katalis, O
2 bereaksi dengan senyawa organik membentuk hidrokarbon beroksigen.
(Perry , 1997)
b. Produk
1. Phthalic anhydride Sifat fisis : Rumus bangun : HC C C H C O O
HC C H C C O
Rumus molekul : C H O
8
4
3
Berat molekul (kg/kmol) : 148,12
o
Titik didih (
C) : 284,5
o
Titik leleh (
C) : 130.8
o
Temperatur kritis (
C) : 517,85 Tekanan kritis (kPa)
: 4.720 Densitas (gr/cm3) : 1,527 Specific gravity : 1,527 Kapasitas 80.000 Ton/Tahun Panas penguapan (kJ/mol) : 53.819,96 Panas peleburan (kJ/mol) : 23.430 Panas sublimasi (kJ/mol)
: 88,7 Flash point (
Reaksi antara phthalic anhydride dengan urea dan metal diasetat akan membentuk metal phthalocyanines.
C, kemudian produk phthalic anhydride dipisahkan (Smith, 1981).
5 . Gas keluar reaktor didinginkan sampai suhu 253 o
C, tekanan 1,7 atm dan konversi 99,9% (Hill, 1977). Katalis yang digunakan adalah V
o
baku naphthalene. Naphthalene bereaksi dalam fase gas, sehingga perlu dilelehkan kemudian diuapkan terlebih dahulu. Perbandingan umpan naphthalene dengan oksigen adalah sebesar 1 : 9 rasio mol. Suhu operasi reaktor adalah 350 - 400
Phthalic anhydride dibuat dengan cara oksidasi menggunakan bahan
(Kirk and Othmer, 1998)
anhydride dan benzene.
o
dapat diperoleh dari reaksi antara phthalic
Anthraquinon
Sifat kimia
: 9,2 (Kirk and Othmer, 1998)
Upper (%volume)
: 1,2
Lower (%volume)
C) : 152 Flammable limit :
I.4.4. Tinjauan Proses Secara Umum
2 O
Kapasitas 80.000 Ton/Tahun Reaksi oksidasi naphthalene adalah sebagai berikut : HC C CH C C H H H C C C H C O
O
C
H
C O naphthalene (C10 H 8 ) phthalic anhydride (C
8 H
4 O 3 )
Persamaan kecepatan reaksi dapat dinyatakan sebagai berikut (Smith, 1981):
5 0,38 -28.000/RT
r = 305 x 10 P ℮ (kmol / jam.kg katalis) (I - 5) dengan : P = tekanan parsial naphthalene (atm)
3 R = konstanta gas (0,082057 atm.m /kmol.K)
T = temperatur operasi (K) Diagram blok dari proses pembuatan phthalic anhydride dapat dilihat pada gambar I.2. p e rp u st a ka
Bab I Pendahuluan
a n .u n s.
Kapasitas 80.000 Ton/Tahun dengan Proses Oksidasi Naphthalene Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride
a c. id
Non condensable gas c o
Naphthalene m Extruder Furnace
Phthalic Anhydride Reaktor Switch condenser Prilling tower m it t o
Udara u ser
Gambar I.2 Diagram blok pembuatan phthalic anhydride d ig ilib .u n
16 s.
a c. id