1 BAB I
PENGANTAR
A. Latar Belakang
Asam propionat merupakan asam karboksilat yang banyak digunakan sebagai pengawet pada makanan ternak dan biji-bijian. Asam propionat digunakan juga untuk memproduksi selulosa asetat propionat, kalsium propionat dan turunan lainnya (www.icis.com). Semakin berkembangnya industri yang menggunakan asam propionat, semakin meningkat pula permintaan asam propionat. Kebutuhan dunia pada tahun 2006 sebesar 313.200 ton dan diperkirakan meningkat sebesar 2,5 %/tahun dengan harga jual pada tahun 2012 sebesar $935,7 juta dan terus meningkat sebesar 7,8 %/tahun (www.marketsandmarkets.com). Di Indonesia sendiri nilai impor juga terus meningkat, pada tahun 2012 nilai impornya meningkat sebesar 22,30% (www.bps.go.id).
Asam propionat dibuat dari propena. Di Indonesia propena merupakan bahan yang mudah didapat, salah satunya dari PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. Pabrik ini memproduksi propena atau sering dikenal sebagai propilen sebanyak 320.000 ton/tahun. Produksi propena oleh PT Chandra Asri Petrochemical Tbk digunakan sebagai bahan baku polipropilen dan dijual. Kebutuhan pasar di Indonesia akan asam propionat yang mencapai 2.534 ton pada tahun 2012 (www.bps.go.id). Tidak adanya pabrik asam propionat di Indonesia menyebabkan Indonesia terus melakukan impor untuk memenuhi kebutuhan asam propionat dari luar negeri.
Kebutuhan dunia yang semakin meningkat dan harga jual asam propionat yang terus meningkat maka pendirian pabrik asam propionat di Indonesia merupakan hal yang sangat penting. Selain dapat mengurangi ketergantungan impor asam propionat, pendirian pabrik ini dapat menambah devisa negara dan dapat mengembangkan sumber daya manusia di Indonesia.
2 B. Tinjauan Pustaka
Asam propionat memiliki rumus kimia CH3CH2COOH. Struktur
kimia dari asam propionat dapat digambarkan sebagai berikut :
Gambar 1.1. Struktur kimia asam propionat
Asam propionat sering juga dikenal sebagai asam propanoat,
carboxyethane, ethane carboxylic acid, ethylformic acid, metacetonic acid,
methylacetic acid, prozoin atau pseudoacetic acid. Asam propionat yang merupakan salah satu asam karboksilat ini memiliki berat molekul 74,08 g/gmol, densitas 995,4 g/L pada tekanan 1 atm dan suhu 20 °C, titik didih 140,99 °C dan titik lebur -20,8 °C (www.sciencelab.com). Asam propionat berbentuk cair dan agak berminyak (Smith and Hong-Shum, 2003). Asam propionat juga bersifat korosif dan flammable. Asam propionat yang digunakan sebagai pengawet makanan memiliki kemurnian 99,5%. Asam propionat dapat diproduksi dari propena.
Propena memiliki rumus kimia C3H6. Struktur kimia dari propena
dapat digambarkan sebagai berikut :
Gambar 1.2. Struktur kimia propena
Propena sering juga dikenal sebagai propilen. Propena yang merupakan hidrokarbon memiliki berat molekul 42,08 g/gmol, densitas 1,8083 g/L pada tekanan 1,013 bar dan suhu 15 °C, titik didih -48 °C dan titik lebur -185 °C. Propena berbentuk gas pada tekanan 1 atm dan 25 °C. Propena memiliki kemurnian 99,5% (www.chandra-asri.com).
Menurut Ullmann (2005), asam propionat dapat diproduksi dengan berbagai cara, antara lain:
1. Oksidasi Langsung Hidrokarbon
Proses ini mereaksikan hidrokarbon dengan oksigen dengan reaksi sebagai berikut :
3 CxHy + O2 → HCOOH + R-COOH + CH3COCH3 (1)
Jika reaksi ini menggunakan bahan baku hidrokarbon berupa naphtha, maka reaksi berlangsung pada suhu 170 °C dan tekanan 40 – 45 bar. Proses produksi asam propionat melalui oksidasi langsung hidrokarbon ini digunakan oleh BP Chemicals (Inggris), Hoechst-Celanese (Amerika Serikat), dan Daicel (Jepang).
2. Karboksilasi Etilen
Proses ini mereaksikan etilen dengan karbon monoksida dan air dengan katalis Ni(CO)4, sehingga reaksinya adalah :
CH2=CH2 + CO + H2O → CH3CH2COOH (2)
Reaksi ini berlangsung pada tekanan tinggi yaitu 100 – 300 bar dan suhu tinggi yaitu 250 – 320 °C. Proses produksi asam propionat melalui karboksilasi etilen ini digunakan oleh BASF di Jerman.
Menurut Burcat (1975), proses pembuatan etilen dari propena dapat dilakukan dengan metode cracking pada suhu 1160 – 1700 K.
CH3-CH=CH2 → H2 + CH4 + C2H4 + C2H2 + C2H6 + C3H4 (3)
3. Oksidasi Propionaldehid
Proses ini mereaksikan propionaldehid dengan oksigen pada suhu 40 – 50 °C dengan reaksi sebagai berikut :
CH3CH2CHO+ ½O2 → CH3CH2COOH (4)
Proses produksi asam propionat melalui oksidasi propionaldehid ini digunakan oleh Union Carbide dan Eastman Kodak di Amerika Serikat.
Propionaldehid memiliki rumus kimia CH3CH2CHO.
Struktur kimia dari propionaldehid dapat digambarkan sebagai berikut:
Gambar 1.3. Struktur kimia propionaldehid
Propionaldehid sering juga dikenal sebagai propanal. Propionaldehid yang merupakan aldehid ini memiliki berat molekul 58,08 g/gmol, densitas 807,1 g/L pada tekanan 1 atm dan suhu 20 °C,
4 titik didih 49 °C dan titik lebur -81 °C. Propionaldehid berbentuk cair dan beraroma menyengat (www.sciencelab.com). Propionaldehid dapat dibuat dari propena.
Menurut Gurumurthy (1974), reaksi propionaldehid dengan oksigen berjalan baik dengan katalis manganese propionate dalam
sparged reactor.
Berdasarkan US6500311B1 (2002), proses pembuatan propionaldehid dapat dilakukan dengan proses isomerisasi propylene oxide pada suhu 600 °F menggunakan katalis fuller’s earth dalam
fluidized bed reactor.
CH3CHOCH2 → CH3CH2CHO (5)
Berdasarkan US6710194B1 (2004), proses pembuatan
propylene oxide dapat dilakukan dengan proses epoxidation propena, hidrogen dan oksigen pada tekanan 60 °C dan suhu 12,8 bar gauge
menggunakan katalis Palladium-Titanium Silicate dalam solvent
metanol dalam slurry reactor.
CH3-CH=CH2 + O2 + H2 → CH3CHOCH2 (6)
C. Pemilihan Proses
Pemilihan proses merupakan bagian penting dalam perancangan pabrik kimia karena proses produksi sangat menentukan performa pabrik kimia dan nilai ekonomi dari pabrik kimia tersebut.
Dari tiga proses pembuatan asam propionat yaitu karboksilasi etilen, oksidasi propionaldehid, dan oksidasi langsung hidrokarbon, masing-masing dijelaskan sebagai berikut :
1. Oksidasi Langsung Hidrokarbon
Pabrik : BP Chemicals, Hoechst – Celanese, dan Daicel
Proses ini merupakan proses cracking hidrokarbon rantai panjang seperti yang ditunjukkan pada persamaan (2) pada tekanan 40 – 45 bar dan suhu 170°C. Proses ini tidak feasible karena produk yang dihasilkan sebagian besar merupakan asam format dan aseton.
5 2. Karboksilasi Etilen
Pabrik : BASF
Proses ini menggunakan etilen, karbon monoksida dan air yang ditunjukkan pada persamaan (3). Proses ini berlangsung pada tekanan 100 – 300 bar dan suhu yaitu 250 – 320 °C. Proses ini tidak feasible
dengan bahan baku propena, karena menghasilkan beberapa produk samping berupa hidrogen, etana, etena, etuna dan propuna yang memerlukan proses pemisahan lebih lanjut.
3. Oksidasi Propionaldehid
Pabrik : Union Carbide dan Eastman Kodak
Proses ini menggunakan propionaldehid dan oksigen yang ditunjukkan dengan persamaan (4). Proses ini terjadi pada tekanan 1 atm dan suhu 40 – 50 °C. Proses ini feasible untuk dilakukan dengan bahan baku propena.
Ada 2 proses dalam pembentukan propionaldehid : Oksidasi 1-propanol
Proses pembentukan aldehid membutuhkan alkohol primer. Sehingga untuk membentuk propionaldehid dibutuhkan 1-propanol sebagai bahan baku. Akan tetapi, 1-1-propanol tidak dapat dihasilkan dari propena karena oksidasi propena akan membentuk 2-propanol.
Isomerisasi propylene oxide
Proses ini membutuhkan bantuan katalis fuller’s earth pada tekanan tinggi 21,22 atm dan suhu 315,5 °C. Reaksi yang terjadi adalah reaksi isomerisasi propylene oxide menjadi propionaldehid. Pembentukan propylene oxide bisa dilakukan dengan reaksi epoksidasi, mereaksikan propena, oksigen dan hidrogen pada reaktor slurry dengan katalis Palladium-Titanium Silicalite. Proses ini feasible untuk dilakukan.
6 Dengan mempertimbangkan kelebihan dan kelemahan proses-proses tersebut, dipilih proses yang ketiga, yaitu oksidasi propionaldehid karena memerlukan kondisi operasi yang tidak ekstrim sehingga potensi bahaya dari pabrik tidak besar, tidak seperti proses karboksilasi etilen yang beroperasi pada tekanan dan suhu tinggi yang menyebabkan pabrik memiliki potensi bahaya yang besar. Selain itu proses ini tidak menghasilkan produk samping sehingga biaya untuk pemisahan produk kecil, sementara pada proses oksidasi langsung hidrokarbon tampak bahwa reaksi yang terjadi menghasilkan banyak produk samping yang dapat meningkatkan biaya untuk pemisahan produk. Selain itu proses pembuatan propionaldehid dari propena mudah dilakukan dibandingkan dengan pembuatan etilen dari propena.
Jadi proses yang dipilih sebagai berikut: 1. Pembuatan propionaldehid dari propena
Epoxidation propena, hidrogen dan oksigen pada tekanan 60 °C dan suhu 12,8 bar gauge menggunakan katalis Palladium-Titanium Silicalite dalam solvent metanol dalam slurry reactor dilanjutkan dengan proses isomerisasi propylene oxide pada suhu 600 °F menggunakan katalis fuller’s earth dalam fluidized bed reactor.
2. Oksidasi propionaldehid
Mereaksikan propionaldehid dan katalis manganese propionate
dengan oksigen suhu 40 °C dalam sparged reactor. 3. Pemurnian produk
Hasil akhir yang dihasilkan berupa campuran fasa cair asam propionat dan sisa propionaldehid. Titik didih asam propionat adalah 140,99 °C dan titik didih propionaldehid adalah 49 °C, sehingga untuk mendapatkan asam propionat dengan kemurnian 99,5%, hasil akhir reaktor dapat dipisahkan dengan menara distilasi.
7 D. Market Analysis
Permintaan asam propionat dari tahun ke tahun meningkat. Impor asam propionat Indonesia sebanyak 2.114 ton pada 2009, 2.082 ton pada 2010, 2.072 ton pada 2011, dan 2.534 ton pada 2012 (www.bps.go.id). Berdasarkan ICIS (2007), kebutuhan dunia pada tahun 2006 sebesar 313.200 ton dan diperkirakan meningkat 2,5 %/tahun. Kapasitas produksi pada tahun 2006 sebesar 349.000 ton/tahun. Berdasarkan data tersebut maka dapat diperkirakan kebutuhan dunia pada tahun 2019 yaitu sebesar 442.544 ton dan ditampilkan pada gambar berikut.
Gambar 1.4. Peningkatan Kebutuhan Asam Propionat di Dunia
Permintaan pasar dunia akan asam propionat terus meningkat berkisar pada 2,5 %/tahun hingga tahun 2010, kecepatan pertumbuhan tertinggi berada di Asia Pasifik (6 %/tahun), dan di Asia Timur Tengah (4,5 %/tahun). Pertumbuhan pada wilayah lain diestimasikan sebesar 3 %/tahun untuk Australia dan Selandia Baru serta Amerika Latin, 2,5 %/tahun untuk Eropa Timur, 2,4 %/tahun untuk Meksiko, sekitar 2 %/tahun untuk Amerika dan Eropa Barat, dan 1,5 %/tahun untuk Jepang (www.icis.com).
300000 320000 340000 360000 380000 400000 420000 440000 460000 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 K e b u tu h an A sam Pr o p io n at, to n Tahun
8 Gambar 1.5. Konsumsi Asam Propionat di Berbagai Negara pada
Tahun 2012
Terdapat beberapa pabrik asam propionat di dunia yang memiliki kapasitas sebagai berikut :
Daftar I. Kapasitas Dunia pada Tahun 2006 (www.icis.com)
Pabrik Lokasi Kapasitas, ton/tahun
BASF Ludwigshafen, Jerman 80.000
BASF-Sinopec Nanjing, China 30.000
Chang Chun Petrochemical
Mailiao, Taiwan 4.000
Celanese Pampa, Texas, Amerika Serikat
6.800
Daicel Organic Ohtake, Jepang 10.000
Dow Chemical Texas, Amerika Serikat 90.000 Eastman Chemical Kingsport, Tennessee, Amerika Serikat 50.000 Longview, Texas, Amerika Serikat 20.000
Fushun No. 3 Fushun, China 600
Perstorp Stenungsund, Sweden 50.000
SASOL Secunda, South Africa 7.000
Shanghai No. 1 Shanghai, China 500
9 Berdasarkan ketersediaan bahan baku, kebutuhan pasar dan juga referensi kapasitas pabrik yang sudah ada di dunia maka kapasitas produksi asam propionat optimum pada tahun 2019 adalah 90.000 ton/tahun. Hal ini karena kebutuhan dunia pada tahun 2006 sebesar 313.200 ton dan dengan pertumbuhan permintaan sebesar 2,5 %/tahun maka kebutuhan dunia pada tahun 2019 mencapai 442.544 ton. Kapasitas produksi asam propionat di dunia pada tahun 2006 sebesar 348.900 ton, sehingga jika tidak berubah sampai tahun 2019, maka dibutuhkan 93.644 ton untuk memenuhi kebutuhan dunia. Selain itu berdasarkan kapasitas pabrik asam propionat yang sudah ada di dunia, kapasitas produksi asam propionat terbesar adalah 90.000 ton/tahun.
