BAB I PENDAHULUAN - Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride Dengan Proses Oksidasi Naphthalene Kapasitas 80.000 Ton/Tahun

(1)

commit to user

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

naphthalenedan 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

C8H4O3 yang dapat diperoleh dari proses oksidasi naphthalene. Phthalic

anhydridemerupakan bahanintermediateyang 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).

(2)

commit to user

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

anhydridesangat diperlukan untuk mengurangi impor. Selain itu, pendirian pabrik

phthalic anhydridejuga akan memacu tumbuhnya pabrik baru yang menggunakan

phthalic anhydridesebagai 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 anhydridedalam maupun luar negeri dapat dilihat dari

(3)

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)

Dari data tersebut dapat dibuat grafik hubungan antara jumlah impor phthalic

anhydride dengan tahun pada gambar I.1 :

Gambar I.1 Data impor phthalic anhydridedi Indonesia

Gambar I.1 menunjukkan bahwa impor phthalic anhydride pada tahun y = 2577.x - 5E+06

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

(4)

commit to user

tahun 2009 kemudian mengalami kenaikan lagi pada tahun 2010 hingga tahun

2012. Angka impor phthalic anhydriderelatif masih tinggi di Indonesia. Pendirian

pabrik phthalic anhydridepenting 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

anhydride2005 - 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 anhydridetersebut

digunakan sebagai pertimbangan untuk penentuan kapasitas produksi pabrik yang

akan didirikan.

Tabel I.2. Prediksi kebutuhanphthalic anhydride

Tahun Prospek pemasaran (ton)

2013 187.501

2014 190.078

2015 192.655

2016 195.232

(5)

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

anhydridedapat dilihat pada tabel I.3.

Tabel I.3. Industri di Indonesia yang menggunakan phthalic anhydride

Nama Produsen Produk Lokasi Kapasitas (ton/tahun)

Justus Sakti Raya Corporations

Unsaturated polyester

resins Jakarta 24.000

PT. Eternal Buana Chemical Industries

resins Jakarta 70.000

PT. Arindo Pacific Chemicals

resins Bogor 36.000

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

(6)

commit to user

Tabel I.4. Industri penghasil phthalic anhydridedi 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,

(7)

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

(8)

commit to user

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 oksidasinaphthalene dengan udara fase uap

Mula – mula naphthalene dicairkan dan diuapkan, kemudian

naphthalene dicampur dengan udara. Udara yang digunakan untuk bereaksi

dengan naphthaleneadalah sebanyak dua kali berlebih. Campuran kemudian

dimasukkan ke dalam reaktor fixed bed dengan katalis V2O5pada tekanan

1,7 atm dan suhu 350 - 400 oC dan terjadi reaksi oksidasi naphthalene

membentuk phthalic anhydride dalam bentuk gas. Gas keluar reaktor

(9)

butiran dengan kemurnian 99,8% (Smith, 1981).

Reaksi :

(I – 2)

naphthalene(C10H8) phthalic anhydride(C8H4O3)

b. Proses oksidasi o-xylene dengan udara fase uap

Pada proses ini o-xylene diuapkan dan dicampur dengan udara

kemudian dipanaskan hingga suhu 537,78 oC, 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).

Reaksi :

(I – 3)

o-xylene (C8H10) phthalic anhydride (C8H4O3)

Dari dua proses diatas dipilih proses oksidasi naphthalenefase uap dengan

(10)

commit to user

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 naphthalenelebih 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. Industriphthalate plasticizer

Bahan ini dipakai untuk mengubah sifat – sifat fisika resin polivinil

klorida. Sebagai contoh jika phthalic anhydridedireaksikan dengan etanol

maka akan menghasilkan dioctyl phthalate yang merupakan bahan dasar

(11)

b. Industriunsaturated 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.

I.4.3. Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk

a. Bahan Baku

 Berat molekul (kg/kmol) : 128,17

(12)

commit to user

 Titik leleh (°C) : 80

 Tekanan kritis (kPa) : 4051

 Temperatur kritis (°C) : 475,2

 Densitas pada 25 °C (g/cm3) : 1,145

 Panas peleburan (kal/g) : 36

 Panas penguapan (kJ/mol) : 43,129

(Kirk and Othmer, 1998) Sifat kimia :

 Reaksi naphthalene dengan formaldehyde dan asam hidroklorik

dengan katalis asam asetat menghasilkan 1 chloromethyl –

naphthalene.

 Hidrogenasi naphthalenemenghasilkan tetrahydronaphthalene

2. Udara

Sifat fisis :

Tabel I.6 Sifat - sifat fisis N2dan O2komponen udara (Perry, 1997)

Sifat Gas N2 O2

Berat molekul 28,01 32

Wujud Gas, tidak berwarna,

tidak berbau

Gas, tidak berwarna, tidak berbau

Specific gravity 12,5 1,1053

Melting point - 209,86 - 214,8

Boiling point, oC - 195,8 - 183

Temperatur kritis, K 126,1 154,58

Tekanan kritis (bar) 33,5 49,8

Volume kritis (cm3/mol) 90,1 73,4

(13)

Sifat kimia:

 O2bereaksi dengan semua elemen kecuali He, Ne, dan Ar.

 Jika direaksikan dengan bahan bakar minyak, gas alam atau batu –

bara akan dihasilkan panas, CO2, H2O, serta residu dari udara.

 Pada suhu yang lebih rendah dengan adanya katalis, O2bereaksi

dengan senyawa organik membentuk hidrokarbon beroksigen.

(Perry , 1997)

b. Produk

1. Phthalic anhydride

Sifat fisis :

 Rumus bangun :

C C

C C C H HC HC

H C

O

O O

 Rumus molekul : C8H4O3

 Berat molekul (kg/kmol) : 148,12

 Titik didih (oC) : 284,5

 Titik leleh (oC) : 130.8

 Temperatur kritis (oC) : 517,85

 Tekanan kritis (kPa) : 4.720

(14)

commit to user

 Panas penguapan (kJ/mol) : 53.819,96

 Panas peleburan (kJ/mol) : 23.430

 Panas sublimasi (kJ/mol) : 88,7

 Flash point(oC) : 152

 Flammable limit :

Lower(%volume) : 1,2

Upper(%volume) : 9,2

Sifat kimia

 Anthraquinon dapat diperoleh dari reaksi antara phthalic

anhydride dan benzene.

 Reaksi antara phthalic anhydride dengan urea dan metal diasetat

akan membentuk metal phthalocyanines.

I.4.4. Tinjauan Proses Secara Umum

Phthalic anhydride dibuat dengan cara oksidasi menggunakan bahan

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

-400oC, tekanan 1,7 atm dan konversi 99,9% (Hill, 1977). Katalis yang digunakan

adalah V2O5. Gas keluar reaktor didinginkan sampai suhu 253 oC, kemudian

(15)

Reaksi oksidasi naphthaleneadalah sebagai berikut :

(I – 4)

naphthalene(C10H8) phthalic anhydride (C8H4O3)

Persamaan kecepatan reaksi dapat dinyatakan sebagai berikut (Smith, 1981):

r = 305 x 105P0,38 ℮-28.000/RT (kmol / jam.kg katalis) (I - 5)

dengan :

P = tekanan parsial naphthalene(atm)

R = konstanta gas (0,082057 atm.m3/kmol.K)

T = temperatur operasi (K)

Diagram blok dari proses pembuatan phthalic anhydride dapat dilihat

(16)

.u

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride

dengan Proses Oksidasi Naphthalene

Kapasitas 80.000 Ton/Tahun

Gambar I.2 Diagram blok pembuatanphthalic anhydride