commit to user
1
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik
Etil asetat merupakan salah satu jenis solvent atau pelarut yang memiliki
rumus CH3COOC2H5. Cairan jernih tak berwarna dan berbau harum atau khas ini
mempunyai beberapa sifat antara lain larut dalam khloroform, alkohol serta eter,
mempunyai titik didih sebesar 77oC dan berat jenis 0,8945 gr/ml (25oC)
Di Indonesia, etil asetat memiliki pasar yang cukup luas seperti industri
tinta cetak, cat dan thinner, PVC film, industri farmasi, dan sebagainya. Kendati
industri yang menggunakan bahan baku etil asetat di dalam negeri dewasa ini
sedang kurang menggairahkan, namun di masa mendatang diperkirakan
mempunyai prospek yang cukup baik.
Etil asetat di Indonesia diproduksi oleh PT Indo Aciditama Chemical
Industri Solo, Jawa Tengah dan PT Showa Esterindo Industries Merak, Jawa
Barat. Karena kebutuhan etil asetat di dalam negeri semakin meningkat,
sedangkan hanya ada dua produsen etil asetat maka kami merancang pendirian
pabrik etil asetat ini di dalam negeri. Pendirian pabrik etil asetat ini didasari oleh
pertimbangan-pertimbangan berikut :
a. Dapat memenuhi kekurangan kebutuhan etil asetat dalam negeri
b. Membuka lapangan kerja baru, sehingga menurunkan tingkat
commit to user
2
c. Mendukung usaha pemerintah dalam pengembangan industri kimia yang
menggunakan etil asetat sebagai bahan baku
d. Menghemat devisa negara karena mengurangi beban impor.
I.2 Kapasitas Perancangan
Dalam menentukan kapasitas rancangan pabrik perlu melihat kapasitas
minimum atau sama dengan kapasitas pabrik yang sudah ada. Selain itu,
penentuan kapasitas juga harus mendekati kebutuhan dalam negeri akan produk
yang dihasilkan.
Penentuan kapasitas pabrik etil asetat berdasar atas
pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut :
1. Kebutuhan / pemasaran produk
Kebutuhan etil asetat dalam negeri selama ini sebagian masih diimpor dari
luar negeri. Impor etil asetat ini didatangkan dari banyak negara. Namun
dalam beberapa tahun terakhir jumlah terbesar dipasok dari beberapa negara
saja antara lain Jepang, Korea, Taiwan dan Singapura. Perkembangan impor
etil asetat di Indonesia dapat dilihat pada tabel 1.1 di bawah ini.
Tabel I.1 Impor Etil Asetat di Indonesia (Badan Pusat Statistik, 2009-2012)
Tahun Jumlah (ton)
2009 7.936,195
2010 10.054,766
2011 17.171,801
commit to user
3
Gambar I.1 Grafik Impor Etil Asetat di Indonesia (BPS, 2009-2012)
Bila dilakukan pendekatan linier, akan diperoleh persamaan:
y = 7814,09x – 1,5E+06 (I–1)
Berdasarkan persamaan (I-1) diperkirakan pada tahun 2017 Indonesia
membutuhkan tambahan etil asetat sebesar 67.493,22 ton/tahun.
2. Ketersediaan bahan baku
Ketersediaan bahan baku sangat mempengaruhi kelangsungan proses suatu
pabrik. Bahan baku pembuatan etil asetat terdiri dari etanol dan asam asetat
menggunakan katalis resin aktif amberlyst 35 wet. Bahan baku etanol
diperoleh dari PT Molindo Raya Industrial di Malang dengan kapasitas
produksi 50.000 kL/tahun, asam asetat diperoleh dari PT Indo Acidatama Tbk
(Solo) dengan kapasitas produksi 33.000 ton/tahun (PT Indo Acidatama,
2012).
2008 2009 2010 2011 2012 2013
commit to user
4 3. Kapasitas minimum
Kapasitas minimal pabrik yang layak berdiri dapat diketahui dari kapasitas
pabrik-pabrik yang telah ada. Berikut ini pabrik etil asetat yang ada di dunia
beserta kapasitasnya.
Tabel I.2 Kapasitas Produksi Etil Asetat di Berbagai Negara (Dutia, 2004)
Nama Perusahaan Lokasi Kapasitas
(ton/tahun)
Aliachem Pardubice, Czech Republic 12000
Atanor Buenos Aires, Argentina 10000
BP Chemicals Hull, UK 220000
Celanese La Cangrejera, Mexico 92000
Pulau Sakra Singapura 60000
Chiba Ethyl Acetate Ichihara, Jepang 50000
Eastman Kingsport, Tennessee, US 27000
Longview, Texas, US 32000
Ercros Tarragona, Spain 60000
International Ester Ulsan, Korea Selatan 75000
Jubilant Organsys Gajraula and Nira, India 32000
Korea Alcohol Industrial Ulsan, Korea Selatan 25000
Kyowa Hakko Kogyo Yokkaichi, Jepang 40000
Laxmi Organic Industries Mahad, India 35000
Rhodia Brasil Paulinia, Brazil 100000
Sasol Secunda, Afrika Selatan 50000
Shandong Jinyimeng Chemical Shandong, Cina 80000
Shanghai Jinyimeng Chemical Wujing, Cina 30000
commit to user
5
Dengan mempertimbangkan faktor-faktor pemilihan kapasitas pabrik di
atas, maka ditetapkan kapasitas pabrik etil asetat 20.000 ton/tahun, yang
diharapkan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri sehingga dapat mengurangi
beban impor.
I.3 Pemilihan Lokasi Pabrik
Pemilihan lokasi pabrik merupakan hal yang sangat penting dalam
perancangan pabrik. Lokasi pabrik harus dapat memberikan keuntungan jangka
panjang dan menjamin kelangsungan pabrik untuk terus beroperasi. Kawasan
industri Gresik, Jawa Timur dipilih sebagai lokasi pendirian pabrik berdasarkan
pertimbangan beberapa faktor, yaitu (Peters and Timmerhaus, 1991) :
a. Lokasi sumber bahan baku
b. Pemasaran produk
c. Transportasi
d. Utilitas
e. Tenaga kerja
f. Ketersediaan lahan yang
memadai
g. Iklim
h. Komunikasi
i. Kebijakan pemerintah
commit to user
22
I.3.1 Lokasi sumber bahan baku
Lokasi sumber bahan baku merupakan hal yang paling utama dalam
pengoperasian suatu pabrik. Bahan baku asam asetat diperoleh dari PT Indo
Acidatama Tbk (Solo), etanol diperoleh dari PT Molindo Raya (Malang), dan katalis
resin amberlyst-35 wet diperoleh dengan mengimpor dari Rohm and Haas Company.
I.3.2 Pemasaran produk
Pemilihan lokasi pendirian pabrik di Gresik dapat mempermudah pemasaran
untuk industri dalam negeri maupun luar negeri, karena kota Gresik dilalui jalur
Pantura yang menghubungkan Gresik-Surabaya. Jawa Timur juga memiliki banyak
industri kertas (PT Kertas Leces (PERSERO) Integrated Pulp and Mill di
Purbolinggo dan Surabaya), industri tinta cetak, tiner, dan cat (PT Warnatama
Cemerlang di Gresik, Jawa Timur) serta industri lem perekat (perusahaan Meddha
Sidha di Surabaya, Jawa Timur) yang menggunakan etil asetat untuk menunjang
proses produksi. Selain itu, pendirian pabrik etil asetat di Gresik, Jawa Timur
dapat mendorong pendirian industri-industri lain yang memerlukan etil asetat
sebagai bahan baku.
I.3.3 Transportasi
Ketersediaan transportasi sangat mendukung distribusi produk dan bahan
baku baik melalui laut maupun darat. Daerah yang dijadikan sebagai lokasi pabrik
harus mempunyai fasilitas transportasi yang memadai dan biaya transportasi dapat
ditekan sekecil mungkin. Daerah Gresik cukup ideal untuk transportasi laut
commit to user
23
fasilitas transportasi lengkap (jalur kereta api, jalan darat, bandara, dan pelabuhan)
sehingga sangat memadai untuk pemasaran di luar pulau maupun untuk ekspor.
I.3.4 Utilitas
Lokasi pendirian pabrik hendaknya dekat dengan sumber air dan sumber
bahan bakar untuk mendukung penyedian air, pengadaan bahan bakar dan listrik.
Kebutuhan air diperoleh dari PT Petrokimia Gresik, sedangkan kebutuhan listrik
diperoleh dari Perusahaan Listrik Negara.
I.3.5 Tenaga kerja dan tenaga ahli
Kabupaten Gresik merupakan salah satu kabupaten dengan kepadatan
penduduk yang tinggi di Indonesia, sehingga masalah penyediaan tenaga kerja
mulai dari tenaga kasar sampai tenaga ahli diharapkan mudah terpenuhi. Jumlah
pencari kerja berdasarkan catatan Dinas Tenaga Kerja Kabupaten Gresik pada
Tahun 2011 sebanyak 2.906 (laki-laki dan perempuan). Persentase yang terbesar
adalah tamat SLTA (37,58 persen), berikutnya 34,65 persen adalah tamat sekolah
kejuruan, dan ketiga 15,76 persen yang tamat sarjana.
I.3.6 Ketersediaan lahan yang memadai
Pabrik yang didirikan harus jauh dari pemukiman penduduk dan tidak
mengurangi lahan produktif pertanian agar tidak menimbulkan dampak negatif
commit to user
24
pabrik yang masih memungkinkan untuk pengembangan area pabrik. Hal ini
berkaitan dengan kemungkinan pengembangan pabrik masa depan.
I.3.7 Iklim
Iklim yang terlalu panas mengakibatkan diperlukannya peralatan
pendingin yang lebih banyak, sedangkan iklim yang terlalu dingin atau lembab
mengakibatkan bertambahnya biaya konstruksi pabrik karena diperlukan
perlindungan khusus pada alat-alat proses. Daerah Gresik merupakan daerah
tropis basah sehingga memiliki iklim yang kering dengan curah hujan yang lebih
sedikit sehingga pabrik layak didirikan di daerah ini.
I.3.8 Komunikasi
Komunikasi merupakan faktor yang penting untuk kemajuan suatu
industri. Di daerah Jawa Timur khususnya di kawasan industri Gresik, fasilitas
komunikasi sudah sangat lengkap dan memadai.
I.3.9 Kebijakan pemerintah
Daerah Gresik merupakan kawasan industri yang telah ditetapkan
pemerintah, sehingga hal-hal terkait kebijakan pemerintah dalam hal perijinan,
lingkungan masyarakat sekitar, faktor sosial serta perluasan pabrik mudah
commit to user
25
I.3.10 Kondisi tanah dan daerah
Kondisi tanah yang relatif masih luas dan merupakan tanah datar dapat
memberikan kenyamanan dan keamanan. Gresik telah ditetapkan sebagai salah
satu kawasan industri di Indonesia sehingga manajemen dampak lingkungan dapat
dikelola dengan baik.
Gambar 1.2 Peta Lokasi
II.4 Tinjauan Pustaka
1.4.1 Macam-macam Proses
Ada beberapa macam proses pembuatan etil asetat, yaitu :
a. Proses esterifikasi dengan katalis asam sulfat
Etil asetat diproduksi melalui reaksi esterifikasi antara asam asetat
dengan etanol menggunakan katalis, seperti asam sulfat. Reaksi yang
commit to user
26
67%. Untuk meningkatkan yield, pembentukan air harus diminimalkan
(McKetta and Chuningham, 1994).
Proses esterifikasi pembuatan etil asetat dibedakan menjadi dua
macam, yaitu secara kontinyu maupun batch. Esterifikasi secara batch
pada umumnya digunakan untuk kapasitas produksi yang relatif kecil,
sedangkan untuk kapasitas industri yang relatif besar hendaknya dipilih
esterifikasi kontinyu.
1. Proses Batch
Proses produksi etil asetat secara batch terjadi di dalam reaktor
berbentuk silinder dan dipanaskan menggunakan closed coil steam
pipe. Umpan terdiri dari asam asetat, etanol 95%, dan asam sulfat
dengan konsentrasi tertentu. Suhu atas kolom fraksinasi diatur 70ºC
agar diperoleh komposisi 83% etil asetat, 9% etanol dan 8% air. Uap
yang terbentuk dikondensasikan, sebagian dikembalikan ke atas plate
column sebagai refluk dan sisanya ditampung di tangki penyimpanan.
Untuk memurnikan etil asetat dari air dan alkohol perlu dilakukan
purifikasi (Kirk and Ortmer, 1982).
2. Proses Kontinyu
Proses produksi etil asetat secara kontinyu menggunakan prinsip
azeotrop untuk memperoleh produk (ester) yang maksimal. Asam
asetat, etanol dan katalis asam sulfat direaksikan pada reaktor yang
dilengkapi pengaduk. Setelah kesetimbangan reaksi tercapai, campuran
commit to user
27
dialirkan menuju bubble cap plate column melewati preheater.
Temperatur atas kolom diatur 80ºC dan uap yang terbentuk
dikondensasikan. Recovery column yang pertama dioperasikan dengan
temperatur atas 70ºC untuk menghasilkan 83% ester, 9% alkohol, dan
8% air. Campuran tersebut kemudian dimasukkan ke static mixer dan
dilanjutkan pemisahan di dekanter. Hasil atas dekanter dimasukkan ke
menara distilasi. Hasil atas dari kolom tersebut berupa 95-100% etil
asetat yang nantinya dialirkan ke cooler kemudian dialirkan ke tangki
penyimpanan (Kirk and Othmer, 1982).
b. Proses reaksi Tischenko
Proses Tischenko merupakan produksi etil asetat secara komersial
dengan mengubah etanol menjadi asetaldehid menggunakan katalis
aluminum alkoxide. Yield pada proses ini sebesar 61%. Reaksi yang terjadi
yaitu (McKetta and Chuningham, 1994):
2CH3CHO CH3COOCH2CH3 (I-2)
c. Proses sintesis etil asetat dari etilen dan asam asetat
Etil asetat dapat disintesis dari etilen dan asam asetat menggunakan
katalis asam padat, misalnya zeolit. Reaksinya dituliskan:
CH2CH2 + CH3COOH 2CH3CHO (I-3)
commit to user
28
Pada reaksi ini, tidak terbentuk produk samping sehingga dapat
meminimalkan energi untuk proses pemurnian produk.
d. Proses esterifikasi dengan Reactive Distillation
Reaksi yang terjadi :
CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O (I-5)
Proses pembuatan ester dapat dilakukan dengan menggunakan reactive
distillation. Reactive distillation merupakan suatu alat yang
menggabungkan antara proses reaksi kimia dan proses distilasi ke dalam
satu unit proses. Dalam beberapa kasus tertentu, keseimbangan reaksi
termodinamika membatasi konversi yang diperoleh. Reactive distillation
didesain sedemikian rupa sehingga produk hasil reaksi meninggalkan zona
reaksi, dengan demikian konversi dan selektivitas meningkat dengan
signifikan. Penggabungan antara proses reaksi dan distilasi tersebut
menghasilkan proses intensif yang sederhana, selain itu dapat mengurangi
arus recycle serta berkurangnya kebutuhan untuk pengolahan limbah
sehingga mengurangi biaya operasional dan investasi. Katalis yang
digunakan dalam reaktor menara reactive distillation adalah resin aktif
yang mempunyai ion H+. Ion ini berperan dalam mempercepat reaksi
esterifikasi sebagai contoh adalah amberlyst-35. Proses dijalankan pada
suhu antara 100-140oC, konversi maksimal yang diperoleh juga lebih besar
yaitu 100 %.
commit to user
29
Tabel I.3 Perbandingan Beberapa Proses Produksi Etil Asetat
Pertimbangan Tishchenko Etilen dan asam
asetat
Korosifitas kecil kecil besar sekali sangat kecil
Unit
pemisahan
katalis
dibutuhkan dibutuhkan dibutuhkan tidak
dibutuhkan
Biaya operasi tinggi sekali tinggi tinggi Rendah
Dari beberapa pertimbangan di atas dipilih proses esterifikasi dengan
reactive distillation menggunakan katalis resin aktif karena:
1. Bahan baku diperoleh di dalam negeri
2. Konversi yang diperoleh sangat tinggi
3. Temperatur relatif rendah
4. Tingkat korosifitas kecil
5. Tidak diperlukan unit pemisahan katalis
6. Mengurangi arus recycle
commit to user
30
I.4.2 Kegunaan Produk.
Etil asetat adalah cairan tidak berwarna, merupakan senyawa yang mudah
terbakar dan mempunyai resiko peledakan (eksplosif). Adapun kegunaan etil
asetat dalam industri adalah sebagai berikut :
a. Sebagai bahan pelarut cat dan bahan pembuatan plastik.
b. Untuk kebutuhan industri farmasi.
c. Sebagai bahan baku bagi industri tinta cetak, dan industri resin sintetis.
d. Sebagai reagen sintetik organik, misal pembuatan etil asetoasetat.
e. Sebagai bahan baku pabrik parfum, flavor, kosmetik, dan minyak atsiri.
I.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk Etil Asetat
I.4.3.1 Bahan Baku
1. Etanol ( Etil Alkohol )
A. Sifat Fisis
Berat molekul : 46,069 kg/kmol
Boiling point : 78,29oC (1 atm)
Flash point : 14oC
Freezing point : -114,1oC
Suhu kritis : 243,1oC
Tekanan kritis : 6.383.480 N/m2
Densitas cair : 789,3 kg/m3
Kekentalan (20oC) : 1,17 cP
commit to user
31
Entalpi pembentukan (25oC) gas : 234,81.103 kJ/kmol
Energi Gibbs pembentukan (25oC) cair : -174,78. 103 kJ/kmol
(Kirk and Othmer, 1982)
B. Sifat Kimia
Etanol adalah senyawa organik sintetis. Apabila mengalami dehidrasi
akan membentuk etilen.
Reaksi :
C2H5OH C2H4 + H2O (I-6)
Etanol dapat dibuat dari etilen dengan katalis H2SO4
98% H2SO4 H2O heat
CH2 == CH2 CH3CH2OSO3H CH3CH2OH+ H2SO4 (I-7)
Sifat kimia etanol terutama dalam hubungannya dengan gugus
hidroksil misalnya reaksi dehidrasi, dehidrogenasi, oksidasi dan
esterfikasi. Atom hidrogen ini dapat diganti dengan logam aktif
misalnya natrium, kalsium dan kalium, serta menghasilkan logam
etoksida seperti pada reaksi berikut ini :
2 C2H5OH + 2 M 2 C2H5OM + H2 (I-8)
Reaksi antara etanol dan asam klorida dengan katalis seng klorida pada
temperatur 160oC-190oC dan tekanan 2 atm, akan menghasilkan etil
klorida dan air.
commit to user
32 2. Asam asetat
A. Sifat Fisis
Berat molekul : 60,053 kg/kmol
Melting point : 16,6oC
Boiling point : 117,9oC
Fase : cair
Suhu kritis : 321,3oC
Tekanan kritis : 5.785.700 N/m2
Volume kritis : 2,85.10-3 m3/kgmol
Densitas (cair) : 1043,92 kg/m3
Kekentalan (20oC) : 1,22 cP
Kekentalan (110oC) : 0,42 cP
Energi Gibbs pembentukan (25oC) cair : -6484,782 kJ/kg
Panas pembentukan (25oC) : -8062,99 kJ/kg
Specific gravity (20/20oC) : 1,051
Panas spesifik (25oC) : 2,03761 kJ/kg.K
(McKetta and Chuningham, 1994)
B. Sifat Kimia
Asam asetat direaksikan dengan etanol dengan menggunakan
katalisator asam kuat (asam kuat yang digunakan sebagai
katalisatornya dapat berupa larutan asam sulfat ) membentuk etil asetat
commit to user
33 Reaksi :
CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O (I-10)
Dapat membentuk garam asetat jika direaksikan dengan Zn.
Reaksi : 2 CH3COOH + Zn (CH3COO-)2Zn++ + H2 (I-11)
Apabila bereaksi dengan benzotrichloride dalam fase cair akan
membentuk acetyl chloride.
Reaksi : C6H5CCl3 + CH3COOH CH3COCl + C6H5COCl
+ HCl (I-12)
Substitusi dari alkyl /aryl group
CH3COOH ClCH2COOH Cl2CHCOOH Cl3CCOOH (I-13)
chloroacetic dichloroacetic trichloroacetic acid acid acid
Reaksi dari halida dengan ammonia
CH3COOH ClCH2COOH NH2CH2COONH4 NH2CH2COOH
chloroacetic acid aminoacetic acid
(I-14)
3. Katalis Amberlyst 35 wet
Bentuk : padatan
Bentuk ion : H+
Matrix : Polystyrene Divinyl Benzene
commit to user
34
Ukuran, mm : 0,7-0,95
Diameter pori, amstrong : 300
Total pori, ml/g : 0,35
(Rohm and Haas Company, 2013)
I.4.3.2 Produk
1. Etil asetat
A. Sifat Fisis
Rumus molekul : CH3COOCH2CH3
Berat molekul : 88,1 kg/kmol
Boiling point pada 1 atm : 77,15oC
Flash point : -4oC
Melting point : - 83,6oC
Suhu kritis : 250,1oC
Tekanan kritis : 3.830.085 N/m2
Kekentalan (20oC) : 0,455 cP
Specific grafity ( 20oC) : 0,883
Kelarutan dalam air : 1,6% berat pada
20oC
Entalpi pembentukan (25oC) gas : -442.920 kJ/kmol
Energi Gibbs pembentukan (25oC) cair : -327.400 kJ/kmol
commit to user
35
Panas spesifik (20oC) : 1,92046 kJ/kgK
Panas laten : 368,192 kJ/kg
(McKetta and Chuningham, 1994)
B. Sifat Kimia
Etil asetat adalah senyawa yang mudah terbakar dan mempunyai
resiko peledakan (eksplosif).
Membentuk acetamide jika diammonolisis
Reaksi : CH3COOC2H5 + NH3 CH3CONH2 + C2H5OH (I-15)
Apabila direaksikan dengan sodium etoksida membentuk etil
asetoasetat yang dikenal dengan Claisen Condensation.
Akan membentuk etil benzoyl asetat bila bereaksi dengan etil benzoat
C6H6COOC2H5 + CH3COOC2H5 C6H6CO-CH2COOC2H5 + C2H5OH
etil benzoat etil asetat etil benzoyl asetat (I-16)
2. Air
A.Sifat fisis :
Rumus molekul : H2O
Fasa : cair
Warna : tidak berwarna
Berat molekul : 18 g / gmol
Densitas : 1,027 g / ml ( 25 °C )
commit to user
36
Titik didih : 100°C
Tekanan kritis : 218,4 atm
Temperatur kritis : 374,15 °C
Kapasitas panas : 75,55 mol.K
joule
( 25 °C )
( Perry’s, 1997 )
B. Sifat kimia :
Pelarut kimia yang baik (paling sering digunakan)
Merupakan reagen penghidrolisa pada reaksi hidrolisa
Memiliki sifat netral (pH 7)
(Faith Keyes, 1957)
I.4.4 Tinjauan Pustaka
Etil asetat dihasilkan dari reaksi esterifikasi antara etanol dan asam asetat.
Reaksi yang terjadi bersifat reversible. Katalis yang digunakan adalah resin aktif
amberlyst 35 wet. Reaksi berlangsung dalam reaktor yang berupa menara reactive
distillation secara non-isothermal adiabatic pada suhu 100-140oC dan tekanan 2
atm.
Reactive distillation adalah suatu menara distilasi yang disertai dengan
reaksi, terdiri dari dua bagian yaitu seksi enriching dan seksi reaksi. Dalam seksi
reaksi berisi padatan katalis. Etanol dan asam asetat masuk reaktor yang berupa
commit to user
37
Hasil atas menara yang berupa etil asetat, etanol dan air kemudian
dikondensasikan. Selanjutnya hasil atas menara tersebut bersama dengan hasil
atas stripping column dimasukkan ke dalam dekanter. Di dalam dekanter terjadi
proses pemisahan cair-cair berdasarkan berat jenis. Dekanter digunakan untuk
memisahkan antara etil asetat dan air. Campuran yang mengandung sebagian
besar etil asetat akan keluar sebagai hasil atas dekanter (light component). Light
component ini sebagian dikembalikan ke reaktor menara reactive distillation dan
sebagian lagi diumpankan ke stripping column untuk mengalami pemurnian. Hasil
bawah stripping column akan diambil sebagai produk dengan kemurnian etil