PRARANCANGAN PABRIK GLISEROL DARI EPICHLOROHYDRIN, AIR DAN NATRIUM HIDROKSIDA DENGAN KAPASITAS TON/TAHUN

(1)

0

PRARANCANGAN PABRIK GLISEROL

DARI EPICHLOROHYDRIN, AIR DAN NATRIUM

HIDROKSIDA DENGAN KAPASITAS

60.000 TON/TAHUN

Disusun Oleh :

1. Dewi Khoirunnisak ( I 0512016 )

2. Fitri Febianti ( I 0512021 )

PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

(2)

1

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik

Indonesia merupakan negara yang sedang berkembang. Perkembangan Industri di Indonesia akan semakin meningkat sejalan dengan pembangunan di Indonesia. Pada industri kimia, gliserol merupakan salah satu bahan yang penting. Gliserol digunakan hampir di semua industri, yang paling besar digunakan untuk industri Alkyd resin.

Gliserol adalah senyawa kimia yang memiliki rumus molekul C3H5(OH)3. Senyawa ini larut dalam air dan alkohol, sedikit larut dalam

dietil eter, etil asetat, dan dioxane, dan tidak larut dalam hidrokarbon. Gliserol sangat banyak dan beragam kegunaanya, antara lain dimanfaatkan dalam obat-obatan, kosmetik, pemrosesan tembakau, material pelapis, dan pembungkus, makanan.

Gliserol dapat diproduksi dari gliserida dalam minyak atau lemak. Pada tahun 1779 gliserol dihasilkan dari gliserida dalam lemak atau minyak. Semenjak tahun 1949 gliserol sintetik telah diproduksi. Produksi gliserol sintetis semakin bertambah, hingga pada tahun 1965 terhitung sebesar 60% dari kebutuhan pasar dan pada tahun 1977 kurang dari 50% kebutuhan pasar (Kirk Othmer, 1999).

Salah satu alternatif pembuatan gliserol sintetik adalah dari bahan epichlorohydrin. Epichlorohydrin merupakan senyawa turunan dari alyl

chloride yang memiliki rumus molekul C3H5OCl. Senyawa ini berupa

cairan tidak berwarna dengan bau yang menyengat, agak larut dalam air, tetapi larut dengan pelarut organik yang paling polar. Epichlorohydrin adalah senyawa yang sangat reaktif dan digunakan dalam produksi gliserol, plastik, lem epoxy dan resin, dan elastomer (en.wikipedia.org).

Pada tahun 2010 kontribusi produksi gliserol dunia mencapai 1 juta ton. Peningkatan kontribusi tersebut disebabkan cepatnya laju peningkatan

(3)

2

produksi gliserol yang selama 2000-2010 diperkirakan mencapai 3,1% per tahun. Pasar gliserol dunia pada tahun 2000 sebagian besar terpusat di beberapa negara importir utama, yaitu Amerika Serikat dengan pangsa pasar 14,6% dari total volume impor dunia, Jerman 12,2%, Inggris 9,5%, Belanda 7,8%, Meksiko 6,7%, Jepang 6,6%, Perancis 4,7%, Swedia 4,8%, Belgia 4,5%, dan Italia 3,8%. Kesepuluh negara tersebut menyerap 75,2% dari total volume impor gliserol dunia. Dilihat pangsa pasar yang cukup prospektif, maka negara-negara tersebut tersebut patut dijadikan prioritas sebagai negara tujuan ekspor gliserol Indonesia (www.pustaka.litbang.go.id).

Kebutuhan gliserol yang cenderung terus meningkat dari tahun ke tahun membuka peluang pendirian pabrik gliserol dengan pertimbangan antara lain :

1. Sebagai pemasok bahan baku untuk industri-industri farmasi dalam negeri.

2. Mengurangi jumlah impor yang berarti menghemat devisa negara. 3. Dapat membuka lapangan kerja baru.

4. Memacu pertumbuhan industri lain yang memerlukan gliserol sebagai bahan baku.

I.2. Kapasitas Rancangan

Penentuan kapasitas rancangan yang menguntungkan menggunakan beberapa pertimbangan, yaitu:

I.2.1. Kebutuhan Gliserol di Indonesia

Kebutuhan gliserol di Indonesia dalam kurun waktu enam tahun terakhir dapat dilihat dari data kebutuhan gliserol pada Tabel I.1

(4)

3

Tabel I.1 Data Kebutuhan Gliserol di Indonesia

No. Tahun Jumlah kebutuhan

(Ton/tahun) 1. 2014 42.302 2. 2013 40.856 3. 2012 39.410 4. 2011 37.964 5. 2010 36.518 6. 2009 34.829

(Badan Pusat Statistik,2009) Dari data tersebut dapat dihitung pertumbuhan rata-rata kebutuhan gliserol di Indonesia setiap tahunnya. Dari hasil perhitungan pertumbuhan rata-rata, diperkirakan jumlah kebutuhan gliserol ditahun 2020 sebesar 50.978 ton.

1.2.2. Kapasitas Pabrik Gliserol di Indonesia

Data pabrik gliserol yang telah didirikan di Indonesia sebagai berikut : Tabel I.2 Produksi Gliserol di Indonesia Tahun 2010

No. Nama Perusahaan Lokasi

Kapasitas Produksi (ton/tahun)

1. PT. Sinar Oleochemical Int Medan 12.250

2. PT. Flora Sawita Medan 5.400

3. PT. Cisadane Raya Chemical Tangerang 5.500

4. PT. Sumi Asih Bekasi 3.500

5. PT. Sayap Mas Utama Bekasi 4.000

6. PT. Bukit Perak Semarang 1.440

7. PT. Wings Surya Semarang 3.500

8. PT. Unilever Surabaya 8.450

Total 44.040

(5)

4 I.2.3 Ketersediaan Bahan Baku

Bahan baku untuk produksi gliserol adalah epichlorohydrin dan natrium hidroksida. Epichlorohydrin diimpor dari Qingdao Lasheng Corporation Limited China, sedangkan natrium hidroksida diperoleh dari PT. Asahimas Chemical, Cilegon, Banten.

Tabel I.3 Sumber Bahan Baku Utama No. Bahan Baku Produsen Produksi

(Ton/Tahun) Sumber 1. Epichlorohydrin 99,9 % massa Qingdao Lasheng Corporation Ltd, China 150.000 www.hiseachem.com 2. NaOH 98,2 % massa PT. Asahimas Chemical 30.000 www.asc.co.id

I.2.4 Kapasitas Pabrik Gliserol di Luar Negeri

Penentuan kapasitas pabrik yang akan didirikan harus memerhatikan kapasitas pabrik sejenis dalam skala komersial yang sudah beroperasi. Daftar pabrik gliserol yang sudah beroperasi dapat dilihat pada Tabel I.4

Tabel I.4 Data Kapasitas Pabrik Gliserol di Dunia

No. Nama Pabrik Lokasi Kapasitas (ton/tahun)

1. Procter & Gamble Ivorydale, Ohio 72.727,27

2. Emery

Oleochemicals Cincinnati, Ohio 29.545,45

3. Vantage

Oleochemicals Chicago, Illinois 27.272,73

4. Cargill Iowa Falls, Iowa 17.045,45

(6)

5

Tabel I.4 Data Kapasitas Pabrik Gliserol di Dunia (lanjutan) 5. BMC Brogenix Memphis, Tennessee 13.636,36

6. WF Montgomery, Illinois 13.636,36

7. Twin Rivers Technologies

Quincy,

Massachusettes 12.727,27

8. Evonik Mapleton, Illinois 9.090,91

(Icis Chemical Business Americas, 2012) Dilihat dari Tabel I.3 & I.4 di atas, kapasitas minimum pabrik gliserol yang pernah dibangun adalah Evonik, Mapleton, Illinois dengan kapasitas sebesar 9.090,91 ton/tahun sedangkan kapasitas terbesar pabrik gliserol adalah Procter & Gamble sebesar 72.727,27 ton/tahun.

Berdasarkan pertimbangan di atas maka direncanakan pabrik gliserol yang akan mulai berproduksi pada tahun 2020 dengan kapasitas 60.000 ton/tahun. Kapasitas tersebut dengan pertimbangan:

1. Dari data kebutuhan gliserol di Indonesia dan data ekspor gliserol dari Indonesia diperkirakan pada tahun 2020 kebutuhan gliserol di Indonesia sebesar 50.978 ton. Dengan kapasitas pabrik yang sudah bediri yaitu sebesar 44.040 ton/tahun maka pendirian pabrik baru dengan kapasitas 60.000 ton/tahun dapat memenuhi sisa kebutuhan gliserol Indonesia pada tahun 2020 sebesar 6.938 ton . Sedangkan sisanya diekspor ke Negara Malaysia sebesar 10.000 ton dan Negara Australia sebesar 43.000 ton.

2. Pertimbangan ketersediaan bahan baku.

Bahan baku dari PT. Asahimas dan Qingdao Lasheng Coorporation Ltd dapat memenuhi kebutuhan bahan baku pabrik gliserol yang akan didirikan dengan kapasitas 60.000 ton/tahun.

I.3 Pemilihan Lokasi Pabrik

Letak geografis suatu pabrik mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap keberhasilan perusahaan. Beberapa faktor dapat menjadi acuan dalam menentukan lokasi pabrik antara lain, penyediaan bahan baku, pemasaran produk,transportasi dan tenaga kerja. Berdasarkan tinjauan tersebut maka lokasi

(7)

6

pabrik gliserol ini dipilih di kabupaten Ciwandan, Cilegon, Banten dengan pertimbangan sebagai berikut :

a. Penyediaaan bahan baku

Bahan baku memegang peranan paling penting dalam proses produksi. Dalam hal ini bahan baku yang digunakan adalah natrium hidroksida yang berada di Cilegon. Bahan baku epichlorohydrin diimpor dari luar negeri seperti Cina. Pengangkutan bahan baku dapat dilakukan baik lewat darat maupun laut.

b. Letak pabrik terhadap daerah pemasaran

Pemilihan lokasi pabrik mendekati pasar bertujuan supaya pengiriman cepat sampai ke konsumen dan dapat menghemat biaya distribusi. Jawa merupakan daerah pemasaran yang menguntungkan, sebab di Jawa banyak terdapat industri farmasi.

c. Transportasi

Kawasan industri Cilegon dekat dengan pelabuhan laut Merak, telah ada sarana transportasi jalan raya, sehingga mempermudah sistem pengiriman bahan baku dan produk.

d. Tenaga kerja

Kawasan industri Cilegon terletak didaerah Jawa Barat dan Jabotabek yang syarat dengan lembaga pendidikan formal maupun nonformal dimana banyak dihasilkan tenaga kerja ahli maupun nonahli, sehingga tenaga kerja mudah didapatkan.

e. Utilitas

Utilitas yang diperlukan seperti air, bahan baku dan tenaga listrik dapat dipenuhi karena lokasi terletak di kawasan industri.

 Penyediaan air, kebutuhan air proses, air minum dan sanitasi, air pendingin dan air pemadam kebakaran diperoleh dari PT. Krakatau Tirta Industri.

 Penyediaan tenaga listrik, diperoleh dari PLN setempat dan generator sebagai cadangan.

(8)

7

Gambar I.1 Lokasi Pabrik Gliserol

I.4 Tinjauan Pustaka

I.4.1. Macam-macam Proses

Gliserol dapat dibuat dengan beberapa proses sebagai berikut : 1. Gliserol sebagai hasil samping pembuatan sabun

 Hidrolisis atau saponifikasi lemak (komponen utama lemak dan minyak) diuraikan menjadi asam lemak bebas dan gliserol melalui proses hidrolisis. Proses yang dapat dilakukan diantaranya : hidrolisis dengan air pada tekanan biasa dengan bantuan katalis (Twitchell Process), suhudan tekanan tinggi dengan atau tanpa katalis (Autoclave Process), dan counter current hydrolysis secara kontinyu pada suhu dan tekanan tinggi dengan atau tanpa katalis (Ittner Process).

 Metode saponifikasi umumnya menggunakan sodium hidroksida sebagai basa dan dioperasikan secara batch atau kontinyu menghasilkan sabun dan gliserol. Proses ini menghasilkan 75% yield. Dahulu proses batch lebih umum digunakan, produk tersabunkan dipisahkan ke dalam sabun, dan sisa larutan yang

(9)

8

disebut spent soap lyes ditreatment dengan memisahkan sodium klorida (Faith and Keyes, 1965).

2. Gliserol dari propilen melalui allil klorida

Klorinasi kontinyu dari propilen pada suhu tinggi mencapai 400oC dan tekanan 40 Psi (yang didapat dari proses petroleum-cracking) menghasilkan allyl chloride yang kemudian direaksikan kembali dengan Hypochlorous acid menjadi Dichlorohydrin dan direaksikan kembali dengan susu kapur menghasilkan Epichlorohydrin yang bereaksi dengan gliserol melalui hidrolisa dengan larutan sodium hidroksida (Faith and Keyes, 1965).

3. Gliserol dari propilen melalui acrolein

Propylene direaksisan menjadi acrolein dengan oksidasi katalitik fase uap. Acrolein dioksidasi menjadi glyceraldehyde dengan

hydrogen peroxide (dari oksidasi isopropil alcohol) pada suhu 3500C

dan tekanan 2 atm, glyceraldehyde kemudian dihidrogenasi menjadi gliserol (Faith and Keyes, 1957).

4. Gliserol dari proses hidrolisis epichlorohydrin Reaksi epichlorohydrin dengan air menjadi Gliserol:

O CH2–OH

CH2–CH–CH2Cl + H2O + NaOH CH–OH + NaCl... (I-2)

CH2–OH

Reaksi di atas merupakan reaksi hidrolisa yang berjalan pada suhu 1500C dengan waktu tinggal 30 menit sehingga mencapai konversi 99% dengan produk gliserol (Faith and Keyes,1957).

1.4.2. Kegunaan Produk

1. Kosmetik; digunakan sebagai body agent, emollient, humectant, lubricant, solven. Biasanya dipakai untuk skin cream dan lotion, sampo, hair conditioner, sabun, dan detergen.

2. Dental cream, digunakan sebagai humectant.

(10)

9

4. Industri makanan dan minuman; digunakan sebagai solvent emulsifier, conditioner, freeze preventer dan coating. Digunakan dalam industri minuman anggur dan minuman lainnya.

5. Industri kertas; digunakan sebagai humectant, plasticizer, softgening agent, dan lain-lain.

7. Industri farmasi; digunakan sebagai antibiotik, capsule, dan lain-lain. 8. Resin; digunakan untuk polyurethanes, epoxies, phtalic acid dan malic

acid resin.

1.4.3. Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku Produk 1. Bahan baku

a. Epichlohydrin Sifat fisis :

 Rumus Molekul : C3H5OCl

 Berat molekul : 92,53 gr/gmol

 Titik Didih : 115 – 117 0C

 Titik Leleh : -57 0C

 SG (20oC) : 1,183

 Cairan tidak berwarna

(www.hiseachem.com) Sifat Kimia

 Mudah menguap

 Cairan yang tidak stabil

 Dapat dicampur dengan pelarut organik

 Sedikit larut dengan air

 Epichlorohydrin direaksikan dengan Bisphenol A akan menghasilkan Epoxy Resin.

(11)

10 b. Natrium Hidroksida

Sifat fisik :

 Berat molekul : 40 gr/mol

 Specific gravity : 2,13

 Titik leleh : 12 0C

 Titik didih : 145 0C

 Densitas : 1,5 gr/cm3 @ 20 0C

 Kelarutan dalam air : 111 g/ 100 ml @ 20 0C

 Viskositas : 120 mPa.s @ 20 0C

 Cairan tidak berwarna

(www.asc.co.id) Sifat kimia :

 pH adalah 14

 bersifat higroskopis

 Larut dalam air, alkohol dan gliserol

 Tidak larut dalam aseton dan eter

(www.asc.co.id)

c. Air

Sifat fisik :

 Berat molekul : 18,02 gr/mol

 Titik didih : 100 0C pada tekanan 1 atm

 Titik beku : 0 0C pada tekanan 1 atm

 Densitas : 1 gr/ml

(Perry, 8ed) Sifat kimia :

 Merupakan cairan polar dengan konstanta dielektrik tinggi

 Dapat terionisasi menjadi H+ dan OH

(12)

11 2. Bahan Tambahan a. Asam klorida Sifat fisik :  Rumus Molekul : HCl  Fase : Cair

 Titik Didih : -85 0C

 Titik Beku : -1110C

 Kelarutan dalam air dingin : 82,3 pada 0oC

 Kelarutan dalam air panas : 56,1 pada 56,1oC

 Tidak berwarna dan sedikit kekuningan

 Tidak ada flash point

 Asam klorida adalah asam yang sangat korosif

 Larut dalam air, alkohol dan benzene

(Sax,2007) b. Chloroform

Sifat fisik :

 Rumus Molekul : CHCl3

 Titik Didih : 61,2 0C

 Titik Leleh : -63,50C

 Tidak berwarna

 Tidak ada flash point

 Liquid volatile

 Larut dalam alkohol, eter, benzene dan petroleum eter.

(13)

12 3. Produk

a. Gliserol Sifat fisik :

 Berat molekul : 92,09 g/mol

 Titik beku : 18 0C

 Titik didih : 290 0C pada tekanan 101,3 kPa

 Densitas (20 0C) : 1,261 g/cm3

 Viskositas : 1499 cP pada 20 0C (100% gliserol) (Ullman, 2002) Sifat kimia :

 Larut dalam alkohol dan air (larutan encer yang netral)

 Tidak larut dalam eter, benzene, chloroform, dan minyak yang mudah menguap

 Mudah terbakar, tidak berbau dan tidak berwarna

(Sax, 2007) b. Natrium klorida

Sifat fisik :

 Rumus Molekul : NaCl

 Titik Didih : 14130C

 Titik Beku : 800,40C

 SG : 2,163

 Kelarutan dalam air dingin : 35,7 pada 0oC

 Kelarutan dalam air panas : 39,8 pada 100oC

 Tidak berwarna, kristal transparan atau putih

(14)

13

 Tidak dapat terbakar

(Sax, 2007)

1.4.4. Tinjauan Proses Secara Umum

Reaksi pembuatan Gliserol dari epichlorohydrin, NaOH dan air merupakan reaksi hidrolisa dalam fase cair dengan suasana basa.

O CH2–OH

CH2–CH–CH2Cl + H2O + NaOH CH–OH + NaCl...(I-3)

CH2–OH

Epichlorohydrin + air + natriun hidroksida → glycerol + natriium klorida

Pembuatan gliserol dari epichlorohydrin, NaOH dan air menghasilkan produk samping yaitu NaCl. Reaksi pembentukan gliserol ini merupakan reaksi hidrolisa yang bersifat eksotermis. Hidrolisa didefinisikan sebagai suatu proses dimana air bereaksi dengan bahan lain untuk membentuk dua atau lebih bahan baku. Reaksi hidrolisa melibatkan ionisasi dari molekul air sebagaimana pemisahan dari komponen yang terhidrolisa.

Epichlorohydrin, NaOH dan air dengan perbandingan tertentu direaksikan dalam reaktor alir tangki berpengaduk yang dilengkapi dengan koil pendingin pada kondisi operasi tekanan 4,5 bar dan temperatur 150oC. Konversi dalam reaksi tersebut sebesar 99%. Produk keluar reaktor kemudian dinetralkan dengan asam klorida sehingga membentuk garam NaCl. Kemudian kandungan air diuapkan sehingga didapatkan kristal NaCl menggunakan evaporator. Selanjutnya kristal NaCl dipisahkan dari filtrat menggunakan centrifuge. Proses evaporasi dan sentrifugasi dilakukan dua kali agar garam NaCl terpisah sempurna dari filtrat yang terdiri dari gliserol dan epichlorohydrin. Filtrat yang terbentuk kemudian ditambahkan solvent kloroform untuk memisahkan gliserol dengan epichlorohydrin sehingga diperoleh gliserol dengan kemurnian 100% menggunakan mixer dan dekanter. Sedangkan sisa epichlorohydrin dan

1500C 1atm

(15)

14

solvent ditambahkan air kemudian dipisahkan menggunakan dekanter untuk dapat dipakai kembali sebagai reaktan dan solvent.