PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN PROPILEN GLIKOL DARI GLISEROL MENGGUNAKAN PROSES HIDROGENOLISIS DENGAN KAPASITAS PRODUKSI
61.000 TON/TAHUN
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Disusun Oleh
Hizkia Triadi Paningo (4518044002)
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BOSOWA
MAKASSAR
2022
v
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Propilen Glikol Dari Gliserol Menggunakan Proses Hidrogenolisis Dengan Kapasitas Produksi 61.000 Ton/Tahun”, Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan program studi S1 pada Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Bosowa Makassar. Pada kesempatan ini penyusun mengucapkan terima kasih atas segala bantuan baik berupa bimbingan, dorongan, serta semangat dari banyak pihak. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Prof, Dr. Ir. Batara Surya, S.T., M.Si. selaku rektor Universitas Bosowa.
2. Bapak Dr. Ir. H. Nasrullah, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Bosowa.
3. Bapak Dr. Ir. A. Zulfikar Syaiful, M.T selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia, Universitas Bosowa.
4. Ibu Dr. Hamsina, S.T., M.Si, selaku dosen pembimbing I 5. Bapak Al-Gazali, S.T.,M.T selaku dosen pembimbing II
6. Bapak Dr. Ir. A. Zulfikar Syaiful, M.T dan Bapak M.tang, S.T.,M.Pkim Selaku dosen penguji
7. Bapak/Ibu Dosen prodi Teknik Kimia
8. Teristimewa, Orang Tua dan keluarga besar yang tak pernah lelah memberikan semangat , motivasi dan Doa.
9. Teman-teman seperjuangan Argon 18, INFO, HIMATEK Unversitas Bosowa Makassar dan juga Tim Revival Generation.CG yang selalu memberikan doa.
Akhirnya dengan segala keterbatasan yang ada, penyusun berharap Tugas Pra Rancangan ini dapat bermanfaat dan digunakan sebagaimana mestinya.
Makassar, 4 Agustus 2022
Penyusun
vi DAFTAR ISI
COVER ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... viii
INTISARI ... x
BAB I. PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Penentuan Kapasitas ... 3
1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik ... 7
1.4. Tinjauan Pustaka ... 9
BAB II. URAIAN PROSES ... 16
2.1. Deskripsi Proses ... 16
2.2. Diagram Alir ... 19
BAB III. SPESIFIKASI BAHAN ... 22
3.1. Sifat Bahan Baku ... 22
3.2 Sifat Produk ... 23
BAB IV. NERACA MASSA ... 25
BAB V. NERACA PANAS ... 30
BAB VI. SPESIFIKASI ALAT ... 35
BAB VII. UTILITAS ... 47
BAB VIII. LAY OUT PABRIK DAN PERALATAN PROSES ... 72
BAB IX. INSTRUMEN DAN KESELAMATAN KERJA ... 77
BAB X. STRUKTUR ORGANISASI PERUSAHAAN ... 83
BAB XI. EVALUASI EKONOMI ... 93
BAB XII. KESIMPULAN ... 96
DAFTAR PUSTAKA ... 97
LAMPIRAN ... 101
vii
LAMPIRAN A. PERHITUNGAN NERACA MASSA ... 101
LAMPIRAN B. PERHITUNGAN NERACA PANAS ... 107
LAMPIRAN C. PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN ... 156
LAMPIRAN D. PERHITUNGAN UTILITAS ... 218
LAMPIRAN C. PERHITUNGAN ANALISA EKONOMI ... 297
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Grafik Data Impor Propilen Glikol ... 3
Gambar 1.2. Grafik Data Konsumsi Propilen Glikol ... 6
Gambar 1.3 Rencana Lokasi Pendirian Pabrik ... 8
Gambar 1.4 Struktur Gliserol ... 10
Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif Pembuatan Propilen Glikol dengan proses Hidrogenolisis ... 19
Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif Pembuatan Propilen Glikol dengan proses Hidrogenolisis ... 20
Gambar 8.1 Rencana Tata Letak Pabrik Propilen Glikol ... 75
Gambar 8.2 Tata Letak Peralatan Pabrik ... 76
Gambar 10.1 Struktur Organisasi Perusahaan ... 92
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Data Impor Propilen Glikol di Indonesia ... 2
Tabel 1.2 Impor Pertahun ... 3
Tabel 1.3 Pertumbuhan rata-rata impor pertahunnya. ... 4
Tabel 1.4 Pertumbuhan ekspor pertahunnya. ... 4
Tabel 1.5 Produksi pertahunnya. ... 5
Tabel 1.6 Konsumsi propilen glikol pertahunnya. ... 6
Tabel 1.7 Daftar Perusahaan Penghasil Biodiesel di Provinsi Jawa Timur ... 8
Tabel 1.8 Kadar Pure Glycerol ... 12
Tabel 1.9. Perbandingan Proses Pembuatan Propilen Glikol ... 15
Tabel 3.1 Kadar Gliserol ... 22
Tabel 3.2 Spesifikasi Gliserol ... 22
Tabel 3.3 Spesifikasi Hidrogen ... 22
Tabel 3.4 Spesifikasi Copper Alumina Oxide ... 23
Tabel 4.1 Neraca massa pasa Mixer Gliserol ... 25
Tabel 4.2 Neraca massa pasa Heater E-101 ... 25
Tabel 4.3 Neraca massa pasa Reaktor Dehidrasi R-101 ... 26
Tabel 4.4 Neraca massa pasa Mixer Hidrogen... 26
Tabel 4.5 Neraca massa pasa Heater E-201 ... 26
Tabel 4.6 Neraca massa pasa Reaktor Hidrogenasi R-201 ... 27
Tabel 4.7 Neraca massa pasa Kondensor E-202 ... 27
Tabel 4.8 Neraca massa pasa H2 Separator FG-201 ... 27
Tabel 4.9 Neraca massa pasa Kolom Distilasi D-301 ... 28
Tabel 4.10 Kondensor E-301 ... 28
Tabel 4.11 Neraca massa pasa Reboiler E-302 ... 28
Tabel 4.12 Neraca massa pasa Kondensor E-303 ... 29
Tabel 5.1 Neraca Panas pada Mixer Gliserol ... 30
Tabel 5.2 Neraca panas pada Heater E-101 ... 30
Tabel 5.3 Neraca panas pada Reaktor Dehidrasi R-101 ... 31
Tabel 5.4 Neraca Panas pada Mixer Hidrogen... 31
Tabel 5.5 Neraca panas pada Heater E-201 ... 31
x
Tabel 5.6 Neraca massa pasa Reaktor Hidrogenasi R-201 ... 32
Tabel 5.7 Neraca panas pada Kondensor E-202 ... 32
Tabel 5.8 Neraca Panas pada H2 Separator FG-201 ... 32
Tabel 5.9 Neraca panas pada Kolom Distilasi D-301 ... 33
Tabel 5.10 Neraca panas pada Kondensor E-301 ... 33
Tabel 5.11 Neraca panas pada Reboiler E-302 ... 33
Tabel 5.12 Neraca panas pasa Kondensor E-303 ... 34
Tabel 7.1 Kebutuhan uap pemanas ... 47
Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin Pada Alat ... 48
Tabel 7.3 Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan ... 49
Tabel 7.4 Karakteristik air sungai Sungai Bengawan Solo ... 50
Tabel 7.5 Kebutuhan Listrik Unit Proses ... 54
Tabel 7.6 Kebutuhan Listrik Unit Utilitas... 54
Tabel 7.7 Total Limbah Yang Dihasilkan ... 56
Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah ... 73
Tabel 10.1 Jadwal Kerja Karyawan Proses ... 89
Tabel 10.2 Perincian Jumlah Tenaga Kerja ... 90
xi INTISARI
Propilen glikol atau (1,2-propilen glikol, 1,2-dihydroxypropane atau 1,2- propadienol) adalah sebuah senyawa organik yang penggunaanya sangat banyak dalam industri farmasi, makanan, dan kosmetik. Bahan kimia ini sangat banyak digunakan dalam berbagai sektor industri, seperti : zat aditif yang berfungsi sebagai penstabil viskositas dan warna dalam industri cat, formula obat dalam industri farmasi, bahan pelembut atau pelembab dalam industri kosmetik, bahan pengawet maupun pelarut dalam industri makanan. Berdasarkan data dari BPS (Badan Pusat Statistik Indonesia), kebutuhan akan propilen glikol terus meningkat, hal ini bisa kita lihat dari jumlah impor propilen glikol di Indonesia dalam waktu 5 tahun terakhir ini yang terus mengalami peningkatan. Pra Rancangan Pabrik Propilen Glikol ini dengan kapasitas 61.000 ton/tahun yang direncanakan akan didirikan di Kec.Manyar, Kabupatenten Gresik, Jawa Timur, dan akan beroperasi selama 330 hari dalam satu tahun. Proses pembuatan propilen glikol dengan kapasitas 61.000 ton/tahun menggunakan proses hidrogenolisis gliserol, dimana proses ini terdiri dari tiga tahapan utama yaitu: (1) Proses dehidrasi gliserol menjadi asetol, (2) Proses hidrogenasi asetol menjadi propilen glikol, (3) Proses pemurnian propilen glikol. Bentuk dari perusahaan sendiri adalah Perseroan Terbatas (PT) dengan jumlah tenaga kerja yang diserap sebanyak 305 orang. Propilen Glikol yang dihasilkan sebanyak 7.702,02 kg/jam.
Ditinjau dari segi ekonomi, pabrik ini membutuhkan biaya produksi sebesar Rp.
2.508.239.559.390,77 dengan total penjualan sebesar Rp. 3.273.763.403.311,65.
Analisis ekonomi pabrik ini menunjukkan: (1) Keuntungan sebelum pajak sebesar Rp. 765.523.843.920,88 dan keuntungan setelah pajak sebesar Rp.
535.866.690.744,62. (2) Presentase ROI sebelum pajak sebesar 37,08%%, dan ROI setelah pajak sebesar 25,95 %. (3) Nilai POT setelah pajak adalah 3,73 tahun.
(4) BEP sebesar 42 %, SDP sebesar 23,53% dan DCF sebesar 11,37%. BEP untuk pabrik secara umum yaitu 40%-60%. Berdasarkan data analisis ekonomi tersebut, maka pabrik propilen glikol ini layak untuk dikaji lebih lanjut.
Kata Kunci: Propilen Glikol, Gliserol, Pra Rancangan Pabrik
BAB I. PENDAHULUAN │ 1 BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Di era industri saat ini, perkembangan industri kimia terkhusus di indonesia dari tahun ketahun terus mengalami kenaikan baik dari segi konsumsi maupun kualitas. Melihat dari segi peningkatan tersebut, maka peningkatan akan kebutuhan bahan-bahan kimia, bahan baku industri maupun tenaga kerja juga akan mengalami kenaikan. Salah satu bahan baku yang dibutuhkan diindonesia saat ini ialah prolpilen glikol.
Propilen glikol atau (1,2-propilen glikol, 1,2-dihydroxypropane atau 1,2- propadienol) adalah sebuah senyawa organik yang penggunaanya sangat banyak dalam industri farmasi, makanan, dan kosmetik. Bahan kimia ini sangat banyak digunakan dalam berbagai sektor industri, seperti :
- Aditif yang berfungsi sebagai penstabil viskositas dan warna dalam industri cat
- Formula obat dalam industri farmasi
- Bahan pelembut atau pelembab dalam industri kosmetik - Bahan pengawet maupun pelarut dalam industri makanan.
Propilen glikol merupakan pelarut yang sangat penting sebagai senyawa aromatik dalam industri konsentrat perasa, dan juga dapat menghasilkan konsentrat perasa dengan kualitas yang sangat baik dan dengan biaya yang rendah pulah (Huntsman, 2006). Propilen glikol merupakan bahan kimia yang memiliki sifat toksisitas yang rendah dan juga formulasinya yang baik, sehingga hal ini yang membuat propilen glikol banyak digunakan dalam industri makanan, obat- obatan dan kosmetik. Propilen glikol juga dapat dimanfaatkan sebagai wetting agent yang sempurna dan dapat menjadi katalis dalam persenyawaan sitrus dan emulsi perasa yang lainnya. Selain itu, Propilen glikol juga dapat dimanfaatkan sebagai absorbsi excess air pada obat, kosmetik, maupun produk makanan.
Propilen glikol pada industri merupakan bahan yang sangat penting pada produksi resin alkil untuk cat dan furnace. Kegunaan lain dari propilen glikol ialah sebagai pendingin pada automobile dan truk yang bermesin diesel. Selain fungsinya sebagai pengawet makanan dan antimikroba, propilen glikol dapat difungsikan sebagai pelarut bahan organik karena sifatnya yang mudah larut didalam air.
BAB I. PENDAHULUAN │ 2 Fungsi atau kegunaan dari propile glikol itu sangat banyak, hal inilah yang membuat kebutuhan akan bahan baku propilen ini mengalami peningkatan dari tahun ketahun. Penigkatan akan kebutuhan propilen glikol di Indonesia diperkirakan akan meningkat sekitar 4% setiap tahunnya, dimana kebutuhan untuk industri dalam negeri masih mengandalkan impor. Hal ini yang membuat harga propilen diindonesia menjadi mahal, sehingga pembuatan pabrik propilen glikol sangat di butuhkan untuk memenuhi kebutuhan didalam negeri sebagai bahan baku pada industri farmasi, kosmetik dan makanan , sehingga indonesia tidak lagi mengimpor dari luar negeri dan membuat harga propilen glikol diindonesia menurun. Oleh sebab itu pembangunan pabrik propilen glikol diindonesia sangat di butuhkan.
Berdasarkan data dari BPS (Badan Pusat Statistik Indonesia), Kebutuhan akan propilen glikol terus meningkat, hal ini bisa kita lihat dari jumlah impor propilen glikol diindonesia dalam waktu 5 tahun terakhir ini. Data impor propilen glikol di Indonesia pada tahun 2017-2021dapat dilihat pada Tabel 1.1 dibawah ini.
Tabel 1.1 Data Impor Propilen Glikol di Indonesia Tahun Impor (Ton)
2017 39.816,224
2018 39.023,767
2019 36.547,542
2020 38.536,024
2021 39.273,933
Sumber: Badan Pusat Statistik, 2017-2021
Bahan baku berupa gliserol di Indonesia dapat kita lihat pada data statistik ekspor crude gliserol di Badan Pusat Statistik (BPS) 2017 sampiai 2021 terus mengalami peningkatan. Pada tahun 2017 indonesia mengekspor Crude Gliserol sebesar 268.004,713 ton, dan pada tahun 2021 indonesia mengekspor Crude Gliserol sebesar 790.418,586 ton. Dengan adanya jumlah ekspor gliserol dari Indonesia ke luar negeri maka dapat dikaji bahwasanya bahan baku yang ada di Indonesia sekitar 700.000 ton/tahun. Oleh karena itu, pembangunan pabrik propilen glikol sangat diperlukan, megingat kebutuhan akan propilen glikol di indonesia terus meningkat dan juga ketersediaan akan bahan baku gliserol sangat
BAB I. PENDAHULUAN │ 3 besar dapat dilihat pada data ekspor gliserol dari Indonesia sekitar 700.000 ton/tahun.
1.2 Penentuan Kapasitas Pabrik
Kapasitas adalah salah satu hal yang harus diperhatikan dalam merancang suatu pabrik karena dapat mempengaruhi perhitungan teknis maupun ekonomis.
Pabrik Propilen Glikol akan dibangun dengan kapasitas 61.000 ton/tahun pada tahun 2027. Dalam menentukan kapasitas produksi pabrik hal-hal yang menjadi pertimbangan adalah sebagai berikut:
1. Perhitungan perkiraan Impor 2027.
Untuk perhitungan perkiraan Impor pada tahun 2027 kita gunakan data impor dalam negeri.
Tabel 1.2 Impor pertahunnya.
Tahun Impor (Ton)
2017 39.816,224
2018 39.024,767
2019 36.548,542
2020 38.536,024
2021 39.274,933
Sumber: Badan Pusat Statistik, 2017-2021
Gambar 1.1. Grafik Data Impor Propilen Glikol
Dari grafik diatas diperoleh r < 0,9 maka metode integrasi linear tidak dapat digunakan. Sehingga dapat ditentukan kapasitas produksi pabrik menggunakan metode pertumbuhan rata-rata per tahun yaitu sebagai berikut:
y = -157.2x + 356026 R² = 0.0391
36,000 36,500 37,000 37,500 38,000 38,500 39,000 39,500 40,000
2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022
Impor
BAB I. PENDAHULUAN │ 4 Tabel 1.3 Pertumbuhan rata-rata impor pertahunnya.
Tahun Impor
Jumlah ( Ton) %P
2017 39.816,224 -
2018 39.024,767 -1,99%
2019 36.548,542 -6,34%
2020 38.536,024 5,44%
2021 39.274,933 1,92%
∑%P -0,98%
I -0,24%
Sumber: Badan Pusat Statistik, 2017-2021
Untuk perkiraan konsumsi pada tahun 2027 dapat dilakukan perhitungan secara Discounted.
m = P(1+i)n
Dimana: m = Jumlah produk pada tahun yang diperhitungkan P = jumlah produk pada tahun terakhir yang diketahui i = rata-rata pertumbuhan pertahun
n = selisih tahun Sehingga
m = 39.274,933(1+ (-0,24%))5 m = 38.796,513
2. Perhitungan perkiraan ekspor pada tahun 2027.
Tabel 1.4 Pertumbuhan ekspor pertahunnya.
Tahun Ekspor
Jumlah (Ton) %P
2017 361 -
2018 293 -18,84%
2019 229 -21,84%
2020 109 -52,40%
2021 115 5,50%
∑%P -87,58%
I -21,89%
Sumber: Badan Pusat Statistik, 2017-2021 Jadi pertumbuhan rata-rata pertahun (i):
i= ∑
BAB I. PENDAHULUAN │ 5 Dimana: i = pertumbuhan rata-rata pertahun
P = Persen pertumbuhan pertahun n = Jumlah data persen pertahun Sehingga :
i = = -21,89%
Untuk perkiraan ekspor pada tahun 2027 dapat dilakukan perhitungan secara Discounted.
m = P(1+i)n
Dimana: m= Jumlah produk pada tahun yang diperhitungkan P = jumlah produk pada tahun terakhir yang diketahui i = rata-rata pertumbuhan pertahun
n = selisih tahun Sehingga:
m = 115(1+ (-21,89%))5 m = 33,424
3. Data Produksi
Tabel 1.5 Produksi pertahunnya.
Tahun Jumlah
(Ton/Tahun) 2017 80.000 2018 80.000 2019 80.000 2020 80.000 2021 80.000
Pabrik Glikol diindonesia hanya satu yaitu di PT. Polychem Indonesia dengan kapasitas produksi 80.000 Ton/Tahun. Produksi pada tahun 2027 dianggap tetap pada nilai 80.000 ton/tahun.
4. Perhitungan perkiraan Konsumsi pada tahun 2027.
Konsumsin propilen glikol diindonesia pertahunnya dapat dilihat pada tabel dibawa ini.
BAB I. PENDAHULUAN │ 6 Tabel 1.6 Konsumsi propilen glikol pertahunnya.
Tahun Konsumsi (Ton)
2017 117.119
2018 118.427
2019 119.319
2020 120.731
2021 121.445
Gambar 1.2. Grafik Data Konsumsi Propilen Glikol
Dari grafik diata diperoleh r > 0,9 maka, Diperoleh persamaan sebagai berikut :
y = 1095,x - 20000000
Dimana y= Konsumsi (ton/tahun)
x= Tahun perencanaan berdirinya pabrik (2027) Jadi:
y = (1095(2027)) – 20000000 y = 219.565
Berdasarkan data perkiraan ekspor, impor, produksi dan konsumsi propilen glikol di Indonesia pada tahun 2027 yang telah diketahui, maka dapat ditentukan perkiraan kapasitas produksi pabrik baru pada tahun 2027, yaitu:
Kapasitas Pabrik = (m Ekspor + m Konsumsi)-(m Impor + m Produksi)
= (33,424 + 219.565)-( 38.796,513 + 80.000)
= 101.801,911 ton/tahun
= 101.801,911 x 0,6
y = 1095,x - 2E+07 R² = 0,991
116,000 117,000 118,000 119,000 120,000 121,000 122,000
2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022
Konsumsi
Konsumsi Linear (Konsumsi)
BAB I. PENDAHULUAN │ 7
= 61.081,1466 ton/tahun
Dari perkiraan tersebut didapat kapasitas pabrik yang diinginkan untuk kebutuhan sebesar 61.000 ton/tahun .
1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik
Aspek terpenting dalam merancang pabrik adalah menetapkan lokasi pabrik.Lokasi pabrik berdampak langsung terhadap kelangsungan pabrik, yang meliputi keberhasilan dan kelancaran output industri. Secara umum, pabrik harus ditempatkan di dekat pemasok bahan baku, pasokan air, dan akses yang memadai.
Penentuak lokasi pabrik ini sangat diperlukan karena apabila tata letak yang direncanakan kurang baik maka dapat menimbulkan beberapa masalah, seperti jalannya alur bahan baku yang kurang baik menyebabkan adanya penambahan biaya untuk perpindahan bahan baku, produk, yang menyangkut informasi dan peralatan.
Pemilihan lokasi pabrik memang tidak mudah karena banyak aspek yang harus dipertimbangkan. Pemilihan lokasi pabrik dalam praktiknya memiliki beberapa kesamaan dari satu pabrik dan pabrik lain, tergantung pada jenis pabrik dan barang yang diproduksi. Lokasi pasar, pemasok bahan baku, tenaga kerja, listrik, air, ketersediaan transportasi, sikap masyarakat, dan undang-undang pemerintah daerah adalah semua faktor yang mempengaruhi lokasi suatu pabrik (Maulana, 2018).
Setelah melihat dan mempelajari faktoryang mempengaruhi lokasi pabrik, maka pabrik Propilen Glikol direncanakan berlokasi di Kec. Manyar, Kabupaten Gresik, Jawa Timur. Adapun lokasi pabrik dapat dilihat pada gambar 1.3.
Gambar 1.3Rencana Lokasi Pendirian Pabrik
BAB I. PENDAHULUAN │ 8 Pemilihan pabrik ini berlandaskan dasar pertimbangan dalam pemilihan lokasi pabrik, berdasarkan kriteri atau faktor-faktor. Berikut ini merupakan faktor- faktor yang acuan yang digunakan dalam landasan mendirikan dan menentukan suatu pabrik/industri/usaha, meliputi:
1. Bahan baku
Bahan baku yang digunakan dalam pabrik propilen glikol yang ingin dibangun adalah dari gliserol. Gliserol yang digunakan merupakan by-product (hasil samping) dari pembuatan biodiesel. Terlebih lagi, Provinsi Jawa Timur merupakan salah satu Provinsi penghasin Biodisel terbesar di Indonesia. Adapun bahan baku yang dapat diperoleh berasal PT. Wilmar Nabati Indonesia di Gresik, PT.Batara Elok Semesta Terpadu di Gresik, PT.Anugerahinti Gemanusadi Gresik,PT.Energi Baharu Lestari di Gresik, PT. Damai Sentosa CO di Surabaya, dan PT. Enterindo Wahanatama di Gresik.
Tabel 1.7 Daftar Perusahaan Penghasil Biodiesel di Provinsi Jawa Timur
No Nama Produksi
(Kl/Tahun) Lokasi 1 PT. Wilmar Nabati Indonesia 1.666.517 Gresik, Jatim 2
PT.Batara Elok Semesta
Terpadu 287.356 Gresik, Jatim
3 PT.Anugerahinti Gemanusa
160.920 Gresik, Jatim 4 PT.Energi Baharu Lestari
114.943 Gresik, Jatim 5 PT. Damai Sentosa CO 73.000 Surabaya, Jatim 6 PT. Enterindo Wahanatama 80.000 Gresik, Jatim 2. Aksesibilitas
Lokasi pabrik tentunya harus mudah terjangkau dan dapat dilalui sarana transportasi. Pendistribusian produk tentunya menggunakan alat transportasi seperti truk. Hal ini tentunya menjadi salah satu faktor sebagai pertimbangan pemilihan lokasi pabrik. Lokasi pabrik tentunya harus memiliki akses keluar masuk yang mudah agar menunjang kelancaran produksi dan distribusi.
3. Ekspansi
BAB I. PENDAHULUAN │ 9 Lokasi pabrik harus memiliki luas tanah yang cukup luas. Luas tanah yang cukup luas dapat menunjang di masa mendatang mungkin akan dilakukan ekspansi ataupun pengembangan industri.
4. Lingkungan
Lokasi pabrik juga dipengaruhi oleh lingkungan. Apabila lingkungan sekitar tidak menunjang (seperti kekurangan air, tanah longsor dan sebagainya) akan menyebabkan terhambatnya jalannya proses produksi. Lokasi pabrik tentunya harus terdapat beberapa komponen penting seperti udara bersih, jauh dari pemukiman warga, air bersih, sumber listrik dan masih banyak lagi.
5. Utilitas
Lokasi pabrik yang dipilih harus mempunyai sumber air untuk utilitas yang memadahi, baik segi kualitas maupun kuantitasnya. Utilitas yang diperlukan meliputi air, bahan bakar dan listrik. Kebutuhan air sebagai air proses, air sanitasi dan air umpan heat exchanger dapat dipenuhi menggunakan sumber air sungai, bahan bakar yang digunakan adalah solar, dan listrik menggunakan jasa PLN.
Untuk memenuhi kebutuhan air, sumber air yang digunakan berasal dari air Sungai Bengawan Solo yang dekat dengan lokasi pendirian pabrik.
6. Peraturan Pemerintah
Dalam mendirikan suatu bangunan (pabrik) haruslah dilengkapi dengan surat- surat dari instansi yang terkait, baik itu pemda ataupun dari badan pertanahan setempat. Lahan yang akan didirikan pabrik harus bebas dari sengketa kasus- kasus yang lain, agar pendirian pabrik tidak mengalami kesulitan pada saat membangun maupun pada saat mendatang.
1.4 Tinjauan Pustaka 1.4.1 Gliserol
Gliserol (1,2,3-propanetriol) merupakan senyawa organic yang sudah dikenal dua abad silam. Nama gliserol diberikan oleh seorang ahli kimia bernama Michel Eugene Chevreul, dari kata “glykos’ yang berarti manis. Beberapa proses dapat menghasilkan gliserol diantaranya adalah proses saponifikasi minyak dan lemak yang menghasilkan sabun dan gliserol, proses hidrolisis yang menghasilkan asam lemak dan gliserol dan proses transesterifikasi minyak trigleserida dengan
BAB I. PENDAHULUAN │ 10 alcohol yang akan menghasilkan biodiesel (fatty acid methyl ester) sebagai produk utama dan gliserol sebagai produk samping (Behr A, 2007).
Gliserol merupakan produk samping dari suatu reaksi transesterifikasi antara minyak dengan alkohol. Nama lain dari gliserol (C3H8O3) adalah gliserin.
Secara umum, sifat fisik dari gliserol ini adalah tidak berwarna, tidak berbau, berasa manis, dan tidak beracun. Gliserol memiliki tiga gugus alcohol yang sangat mudah larut dalam air (Qadariyah, 2009).
Gliserol adalah senyawa organik dan memiliki rumus kimia C3H8O3. Gliserol identik dengan gliserin, propana-1,2,3-triol, 1,2,3-propanetriol, 1,2,3- trihydroxypropane, glyceritol, dan glisil alkohol. Gliserol adalah alkohol toksisitas rendah yang terdiri dari rantai tiga karbon dengan gugus hidroksil yang terikat pada setiap karbon. Gliserol dapat berasal dari bahan baku alami atau petrokimia (Tan, dkk., 2013). Sebagai produk samping, 1 mol gliserol diproduksi untuk setiap 3 mol metil ester, yang setara dengan kira-kira 10 % berat dari total produk (Karinen dan Krause, 2006). Gliserol salah satu produk samping (by-product) dari pembuatan biodiesel. Dengan meningkatnya jumlah pabrik biodiesel, maka gliserol yang dihasilkan pun semakin banyak. Gliserol bukanlah zat berbahaya namun apabila dibuang ke lingkungan akan memberikan kerusakan pada biota lingkungan baik di air dan tanah (Rastini, dkk., 2016). Gliserol memiliki struktur molekul C3H8O3 dimana senyawa ini termasuk ke dalam golongan alkohol polihidrat yang bersifat viscous dan polar (Wahyuni, dkk., 2016). Struktur dari gliserol ditunjukkan pada gambar 1.4 dibawah ini
Gambar 1.4 Struktur Gliserol (Wang, dkk., 2019)
Ketika trigliserida dirangsang oleh katalis, trigliserida bereaksi secara kimiawi dengan alkohol, umumnya adalah metanol atau etanol, untuk menghasilkan metil ester, biodiese atau etil ester, dan gliserol. Trigliserida pada reaksi dalam pembuatan Fatty Acid Methil Ester (FAME) merupakan reaksi berkatalis dan terjadi keseimbangan, satu mol dari molekul trigliserida bereaksi dengan tiga mol dari molekul metanol. Meskipun stoikiometri umum reaksi memerlukan tiga mol alkohol untuk setiap mol trigliserida, alkohol berlebih
BAB I. PENDAHULUAN │ 11 dibutuhkan dalam media reaksi untuk memaksa reaksi dan mendapatkan hasil yang lebih tinggi. Sebagian besar proses industri dalam produksi biodiesel menggunakan rasio 6:1 M alkohol terhadap minyak, dengan alkohol berlebih 100% untuk menyelesaikan reaksi (Quispe, dkk., 2013). Produksi biodiesel pada umumnya menggunakan katalis homogen, seperti asam (H2SO4) dan basa (larutan NaOH atau KOH). Sebelum digunakan dalam proses transesterifikasi, minyak sawit terlebih dahulu dianalisa asam lemak bebasnya. Kadar asam lemak bebas pada bahan baku adalah faktor terpenting karena mempengaruhi reaksi transesterifikasi. Asam lemak bebas yang tinggi pada bahan baku dapat menyebabkan terbentuknya sabun bila bahan kimia basa digunakan sebagai katalis, karena bahan kimia basa bereaksi untuk menetralkan asam lemak bebas dari minyak. (Oko dan Syahrir, 2018)
1.4.2 Crude Glycerol
Crude gliserol adalah gliserol yang diproduksi segera setelah reaksi dan kotoran seperti katalis bekas dan kelebihan alkohol dapat ditemukan dalam fase gliserol. Crude gliserol mengandung kotoran seperti alkohol, katalis bekas, abu, air, dan asam lemak yang hampir tidak berbeda dari crude gliserol dalam sifat fisiknya. Komposisi yang tepat dari crude gliserol khas yang berasal dari transesterifikasi, saponifikasi dan reaksi hidrolisis lemak dan minyak. Crude gliserol memiliki kandungan garam dan asam lemak bebas yang tinggi serta warna yang substansial (kuning sampai coklat tua). Crude gliserol yang dihasilkan dari transesterifikasi, saponifikasi, dan hidrolisis memiliki kualitas yang rendah karena komposisinya. Crude gliserol hasil produksi biodiesel dari berbagai bahan baku umumnya antara 60 % dan 70 % (wt) gliserol. Larutan kaya gliserol yang dihasilkan dari reaksi saponifikasi mengandung gliserol mentah 35%
(wt). Sweetwater (larutan kaya gliserol) yang dihasilkan dari reaksi hidrolisis mengandung 15 % (wt) gliserol dan akan dipekatkan menjadi Pure gliserol dengan kemurnian 80 % (wt) (Tan, dkk., 2013).
Kadar pure glycerol yang diperoleh dari pabrik fatty alkohol dapat dilihat pada tabel 1.8
BAB I. PENDAHULUAN │ 12 Tabel 1.8 Kadar Pure Glycerol
Parameter Kadar
Glicerol 95,5% - 99%
Air 1% - 4,5%
Sumber : Pal dan Chaurasia (2016) 1.4.3 Proses Hidrogenolisis
Metode Hidrogenolisis merupakan reaksi kimia dimana ikatan tunggal karbon-karbon atau ikatan tunggal carbon-heteroatom yang membesar dan kemudian dipecah oleh hydrogen. Contoh dari heteroatom biasanya adalah oksigen, nitrogen, atau sulfur. Reaksi yang berkaitan dengan rekasi hidrogenolisis adalah reaksi hidrogenasi, dimana hydrogen ditambahkan kedalam molekul tanpa memperbesar molekul.
Hidrogenolisis gliserol menjadi propilen glikol (1,2 propandiol) terdiri dari penambahan hydrogen dan pemutusan 1 atom oksigen untuk membentuk H2O.
Untuk mendesain katalis yang efisien untuk proses hidrogenolisis, diperlukan dasar untuk memahami mekanisme reaksi hidrogenolisis. 3 mekanisme utama reaksi hidrogenolisis telah banyak dikaji dari penelitian sebelumnya, mekanisme tersebut tergantung pada kondisi asam atau basa yang diberikan oleh bagian aktif katalis, dan atau tanpa pembentukan senyawa intermediet, diantaranya sebagai berikut:
Alur Dehydrogenasi – Dehidrasi – Hidrogenasi (Reaksi Kondisi Basa)
Proses hidrogenolisis dapat digunakan untuk mengolah gliserol menjadi bahan baku yang memiliki nilai jual tinggi yaitu propilen glikol (1,2 propandiol). Dalam kondisi basa, propilen glikol dapat dibentuk melalui pembentukan glyceraldehyde terlebih dahulu melalui tahap dehidrogenase kemudian diikuti dengan tahap eliminasi air. Tahap akhir pada proses hidrogenolisis pada kondisi basa adalah mereduksi ikatan ganda dengan penambahan hydrogen (Jeroen ten Dam, 2011).
Alur Dehidrasi – Hidrogenasi (Reaksi Kondisi Asam)
Sedangkan dalam kondisi asam, proses hidrogenolisis gliserol ditandai dengan terbentuknya acetol sebagai perantara untuk pembentukan 1,2 propandiol.
Acetol dibentuk melalui tahap dehidrasi dan automerisasi keto-enol. Kemudian, acetol akan tereduksi menjadi 1,2 propandiol. Pada prinsipnya, katalis asam dapat
BAB I. PENDAHULUAN │ 13 mengeliminasi antara alcohol sekunder atau alcohol primer yang mengarah ke pembentukan 3-hydroxypropanal atau acetol. Eliminasi alcohol primer dapat membentuk acetol, dimana secara termodinamik, acetol lebih stabil dibandingkan 3-hydroxypropanal (Jeroen ten Dam, 2011).
1.4.4 Katalis Copper Alumina Oxide
Gliserol yang terdegradasi menjadi propilen glikol biasanya menggunakan katalis yang berupa katalis heterogen (padat). Pemilihan jenis katalis ini dikarenakan kelebihannya dalam hal kemudahan pemisahan dari campuran reaksi (produk), tidak diperlukan kondisi operasi pada temperatur tinggi, sehingga tidak diperlukan proses pemanasan dalam pengoperasiannya, yang secara tidak langsung mengurangi pemakaian akan energi yang dibutuhkan daripada dengan katalis yang homogen (Sari dkk., 2014). Katalis Copper Alumina Oxide berfungsi sebagai katalis yang paling efektif dalam reaksi hidrogenasi gliserol menjadi propilen glikol.
1.4.5 Propilen Glikol
1,2 propandiol merupakan senyawa dengan rumus kimia C3H8O2, senyawa ini memiliki nama komersial propylene glycol industrial. Secara umum, propilen glikol memiliki sifat yaitu tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa dan larut sempurna dalam air. Kegunaan propilen glikol dalam dunia industry cukup luas antara lain sebagai bahan pengawet maupun pelarut dalam industry makanan, sebagai obat-obatan, sebagai pelembap, dan juga berguna dalam industry farmasi untuk formula obat.
1,2-propanediol atau lebih dikenal dengan Propilen Glikol yang merupakan hasil hiderogenasi biasanya dimanfaatkan sebagai monomer pada pembuatan polyester atau poliuretan, selain digunakan juga sebagai anti-freeze agent, de-icing, zat aditif parfum, kosmetik, makanan dan obat-obatan. (Bolado,S dkk, 2010). Propilen glikol memiliki kesamaan rumus empiris yang sama dengan 1,3 propandiol yaitu C3H8O2, akan tetapi, keduanya memiliki perbedaan struktur molekul.
BAB I. PENDAHULUAN │ 14 1.4.6 Pemilihan Proses
Terdapat beberapa proses pembuatan propilen glikol diantaranya proses hidrasi propilen oksida, dan hidrogenolisis gliserol.
1. Hidrasi Propilen Oksida
Propilen oksida bereaksi dengan air terjadi proses hidrasi. Proses hidrasi ini terjadi dan bersifat reaksi eksotermis. Karena reaksi bersifat eksotermis, maka ada beberapa hal yang menjadi berbahaya. Kondisi operasi yang reaktif akan mengakibatkan banyak hal yang mungkin menjadi potensi bahaya bagi pekerja (Zamora, dkk., 2015). Hidrasi propilen oksida membutuhkan temperatur yang tinggi dan membutuhkan air yang cukup banyak. Proses hidrasi menyebabkan konsumsi energi yang sangat tinggi dan membutuhkan biaya yang sangat besar dikarenakan dibutuhkannya unit purifikasi produk (Akyalcin, 2017).
2. Hidrogenolisis Gliserol
Proses hidrogenolisis merupakan salah satu reaksi kimia katalitik dimana akan memecahkan ikatan antar karbon ataupun ikatan antara karbon dan oksigen dengan secara simultan ditambahkan hidrogen dengan meningkatkan tekanan dan temperatur. Proses hidrogenolisis menggunakan katalis heterogen berupa logam aktif seperti platine (Pt), perak (Ag), tembaga (Cu). Dibandingkan kedua logam, katalis yang paling sering digunakan yaitu katalis berbasis tembaga karena kekuatan membelah ikatan karbon dan oksigen. Katalis berbasis tembaga biasanya menggunakan penyangga seperti Al2O3 (Alumina oksida), Cr2O3 (kromium oksida), SiO2 (Silika Oksida) (Pudi, dkk., 2015).
Proses hidrogenolisis gliserol menjadi propilen glikol sangat dianjurkan untuk memproses gliserol dengan cara mendehidrasi gliserol menjadi asetol dengan katalis (Gao, dkk., 2016). Katalis yang digunakan biasanya merupakan katalis logam yang berfungsi sebagai penyangga seperti Pt, Ru dan Cu. Tembaga (Cu) adalah salah satu katalis yang baik untuk proses hidrogenasi. Menurut beberapa penelitian, katalis menggunakan tembaga merupakan katalis yang cukup selektif untuk pemutusan rantai karbon dan oksigen tanpa memutuskan ikatan rantai antar karbon. Karena katalis Cu lebih selektif dibanding katalis logam yang lain, maka katalis berbasis Cu tidak memerlukan katalis tambahan dan dapat dioperasikan pada tekanan rendah (Kusuma, dkk., 2010).
BAB I. PENDAHULUAN │ 15 PEMILIHAN PROSES
Berdasarkan kedua proses tersebut, diuraikan perbandingan proses pembuatan propilen glikol dapat dilihat pada tabel 1.9.
Tabel 1.9. Perbandingan Proses Pembuatan Propilen Glikol No Hidrasi Propilen
Oksida
Hidrogenolisis Gliserol 1 Bahan baku mahal dan sulit
didapatkan diindonesia.
Bahan baku cukup murah dan mudah didapatkan.
2
Waktu reaksi berjalan
sangat lambat, sehingga konversi produksi lambat.
Waktu reaksi berjalan dengan cepat.
3
Kondisi operasi yang tinggi (tekanan dan
temperatur) dan konsumsi bahan bakat yang banyak.
Konversi produksi yang lebih tinggi.
4 Limbah yang dihasilkan Lumayan sedikit.
Tekanan dan temperatur yang sedang.
Berdasarkan tabel 1.9 perbandingan proses pembuatan propilen glikol dapat dikatakan bahwasanya proses yang paling efektif adalah proses pembuatan propilen glikol dengan proses hidrogenolisis, dan juga dilihat dari segi ketersediaan bahan baku di indonesia, proses hidrogenolisis gliserol lebih baik dikarenakan bahan baku gliserol diindonesia tersedia.
BAB II. URAIAN PROSES │ 16 BAB II. URAIAN PROSES
2.1 Deskripsi Proses
Proses hidrogenolisis menunjukkan adanya reaksi kimia dimana antar ikatan karbon atau ikatan karbon dengan heteroatom dipisahkan oleh hydrogen yang akan membentuk ikatan antara karbon dan hydrogen (C-H). Pada proses hidrogenolisis ini dapat mengkonversi gliserol menjadi beberapa produk contohnya propilen glikol dan etilen glikol (Morales, 2014).
Hidrogenolisis prinsipnya merupakan pengkonversian gliserol menjadi propilen glikol dengan menghilangkan 1 ikatan hidroksil. Adapun cara selektif yang digunakan untuk menghilangkan ikatan hidroksil yaitu asetol pathway.
Asetol pathway merupakan pemecahan kelompok hidroksi dalam gliserol yang mengkonversi menjadi asetol dan diikuti dengan hidrogenasi katalitik menjadi propilen glikol (Maglinao dan He, 2012).
Proses pembuatan propilen glikol dengan hidrogenolisis gliserol terdiri dari tiga proses utama yaitu:
1. Proses dehidrasi gliserol menjadi asetol
2. Proses hidrogenasi asetol menjadi propilen glikol 3. Proses pemurnian propilen glikol
2.1.1 Proses Dehidrasi Gliserol Menjadi Asetol
Reaksi dehidrasi berkaitan dengan lepasnya molekul H2O dari gliserol.
Proses ini menghasilkan intermediet enol, dimana berada pada keseimbangan tautomerik dengan hidroksil aseton (asetol). Pembentukan asetol membutuhkan suhu tinggi karena sifatnya endotermik (Nanda, dkk., 2016).
Gliserol akan diumpankan dari tangki penyimpanan gliserol dan dipompakan ke dalam heater dengan pompa. Pada heater dilakukan pemanasan gliserol untuk mencapai suhu 220oC. Setelah dari heater maka gliserol akan masuk ke reaktor dehidrasi (R-101). Pada reaktor dehidrasi akan terjadi proses pelepasan molekul H2O dari gliserol yang akan membentuk asetol (produk intermediet). Dari tangki penyimpanan gliserol, gliserol dialirkan ke heater dengan bantuan pompa untuk meningkatkan suhu dari gliserol sebelum masuk ke dalam reaktor. Reaksi dehidrasi berlangsung secara endotermik dengan suhu 220oC dengan tekanan 3,95 atm. Reaksi dehidrasi dibantu dengan penambahan
BAB II. URAIAN PROSES │ 17 katalis Cu/Al2O3. Steam tetap dialirkan pada reaktor agar reaksi berlangsung pada suhu 220°C. Katalis digunakan sebanyak 5% dari reaktan yang digunakan (Lanxi, dkk., 2019).
Adapun reaksi yang terjadi dalam reaktor adalah sebagai berikut:
CH2OHCHOHCH2OH CH2OHCOCH3 + H2O
Gliserol Aseton Air
Gliserol yang terkonversi menjadi asetol adalah sekitar 75 % (Bozga, dkk., 2011). Gliserol yang tidak bereaksi sekitar 25 % dari jumlah gliserol yang diumpankan akan dialirkan kembali ke mixer agar tercampur antara umpan segar dari tangki penyimpanan gliserol.
2.1.2 Proses Hidrogenasi Asetol Menjadi Propilen Glikol
Metode hidrogenolisis adalah proses kimia yang dimana ikatan atom karbon akan dipecah dengan adanya gas hidrogen. Ikatan atom karbon bisa berupa ikatan tunggal karbon-karbon ataupun ikatan tunggal karbon-heteroatom. Contoh ikatan heteroatom yaitu nitrogen, oksigen dan sulfur. Reaksi yang berkaitan dengan metode hidrogenolisis yaitu reaksi hidrogenasi. Reaksi hidrogenasi merupakan penambahan gas hidrogen ke dalam molekul tanpa harus memperbesar ukuran dari molekul (Cahyaningrum, dkk., 2017).
Asetol yang merupakan hasil dari proses dehidrasi dan air yang berfasa gas akan terpisah dengan asetol yang belum bereaksi. Blower akan menghembuskan asetol keluaran dari reaktor dehidrasi ke reaktor hidrogenasi (R- 201). Gliserol yang belum terkonversi akan dialirkan kembali ke reaktor dehidrasi yang melalui heater dengan bantuan pompa. Pada reaktor hidrogenasi (R-201) ditambahkan juga katalis heterogen berupa Cu/Al2O3 yang berfungsi untuk mengaktivasi hidrogen dengan mudah. Gas hidrogen akan diumpankan pada tangki hidrogenasi (R-201) dengan dipanaskan terlebih dahulu pada heater. Asetol akan teradsorpsi pada permukaan katalis logam akan membentuk alkoksi. Ikatan alkoksi akan diputuskan sehingga membentuk propanadiol atau propilen glikol (Cahyaningrum, dkk., 2017). Persentase katalis yang digunakan yaitu sebanyak 5% dari jumlah reaktan yang digunakan.
BAB II. URAIAN PROSES │ 18 Adapun reaksi yang terjadi didalam reaktor hidrogenasi (R-201) adalah sebagai berikut:
CH2OHCOCH3 + H2 CH2OHCHOHCH3
Aseton Hidrogen Propilen Glikol
Asetol akan terkonversi menjadi propilen glikol adalah sekitar 89%
(Sharanda, dkk., 2015). Selanjutnya uap dari hasil keluaran reaktor hidrogenasi (R-201) dialirkan menuju kondensor untuk mencairkan propilen glikol dan asetol agar dengan mudah dipisahkan dari sisa gas hidrogen yang tidak bereaksi di dalam reaktor hidrogenasi (R-201). Gas hidrogen dipisahkan melalui separator.
Kemudian excess hydrogen dialirkan kembali ke heater untuk dicampurkan dengan umpan hidrogen segar dari tangki penyimpanan gas hidrogen. Propilen glikol dan asetol akan dipisahkan pada proses pemurnian dengan menggunakan kolom distilasi.
2.1.3 Proses Pemurnian Propilen Glikol
Campuran propilen glikol dan asetol dari unit separator akan masuk ke dalam kolom distilasi untuk dilakukan proses pemisahan propilen glikol dan asetol. Kondisi operasi pada kolom distilasi yaitu tekanan 1 bar dan suhu 160°C.
Dengan kondisi suhu 160°C, maka asetol dengan titik didih 145,5°C akan menguap dan menjadi produk atas (top product) dari kolom distilasi, sedangkan propilen glikol dengan titik didih 187°C akan menjadi produk bawah (bottom product). Asetol yang telah menguap menjadi top product akan dikondensasi menjadi cairan dengan kondensor yang kemudian dipompakan ke dalam tangki penyimpanan asetol dengan pompa.
Propilen glikol yang berupa keluaran bottom product akan dialirkan ke reboiler dengan bantuan pompa dengan umpan balik reboiler yaitu sebesar 50%
dialirkan kembali ke kolom distilasi untuk mendapatkan kemurnian yang lebih tinggi. Propilen glikol keluaran reboiler akan diakumulasi pada akumulator.
Propilen glikol keluaran memiliki suhu yang tinggi akan dilalui ke kondensor untuk menurunkan suhu dengan bantuan pompa. Kemurnian yang dialirkan ke tangki penyimpanan propilen glikol yaitu sebesar 99% (Fowles, dkk., 2013).
BAB II. URAIAN PROSES │ 19 2.2 Diagram Alir
2.2.1 Diangram Alir Kuantitatif
Gambar 2.3 Diagram Alir Kualitatif Pembuatan Propilen Glikol dengan proses Hidrogenolisis H2
H2
Mixer Gliserol P = 3,95 T= 206°C TANGKI
HIDROGEN P = 1 atm T = 30°C
TANGKI GLISEROL P = 1 atm
T = 30°C
REAKTOR DEHIDRASI P = 3,95 atm
T = 220 °C
REAKTOR HIDROGENOLISIS
P = 3,95 atm T = 220 °C
H2 SEPARATOR P = 1 atm
T = 80 °C
TANGKI PROPILEN GLIKOL P = 1 atm
T = 30 °C TANGKI ASETOL
P = 1 atm T = 30 °C
KOLOM DISTILASI P = 1 atm T = 160 °C Mixer
Hidrongen P=3,95 atm
T= 80°C
kondensor P= 1 atm T = 80 °C Heater
P =3,95 atm
T = 220 °C Reboiler
P = 1 atm T = 160 °C Kondensor
P = 1 atm T = 30 °C
Kondensor P = 1 atm T = 30 °C Heater
P = 3,95 atm T = 220 °C
C3H8O3
H2O
H2
C3H6O2
H2O
C3H8O2
C3H6O2 H2O H2
H2
C3H8O3
H2O
C3H8O3
H2O
C3H8O2
C3H6O2
H2O H2
C3H8O2
C3H6O2
H2
C3H6O2
H2O
C3H8O2
C3H6O2
C3H8O2
C3H6O2 C3H8O2
C3H6O2
C3H8O2
C3H6O2
C3H6O2
H2O
C3H8O3
H2O 1
2 3
4
5
6
7
8
9
10
13 11
14
15
16 17
18 12
BAB II. URAIAN PROSES │ 20 2.2.2 Diagram Alir Kualitatif
Gambar 2.4 Diagram Alir Kuantitatif Pembuatan Propilen Glikol dengan proses Hidrogenolisis
H2 = 201,671
MIXER GLISEROL TANGKI
HIDROGEN
TANGKI GLISEROL
REAKTOR DEHIDRASI
REAKTOR HIDROGENOLISIS
H2 SEPARATOR TANGKI PROPILEN
GLIKOL
TANGKI ASETOL
KOLOM DISTILASI MIXER
HIDRONGEN
KONDENSOR HEATER
Reboiler KONDENSOR
KONDENSOR HEATER
C3H8O3 = 13.897,949 H2O =27,192
H2= 226,597
C3H6O2 = 8.384,089 H2O = 2.059,767
C3H8O2 = 7.663,510 C3H6O2 = 922,250 H2O = 2.059,767 H2 = 24,926 H2 = 24,926
C3H8O3 = 3.474,487 H2O = 6,798
C3H6O2=883,740 H2O=2.059,767
C3H8O2 = 15.327,02
C3H6O2 = 77,02 C3H8O2 = 7.663,51
C3H6O2 = 38,51
C3H8O2 = 7.663,51 C3H6O2 = 38,51
C3H8O3 = 10.423,461
H2O = 20,394
C3H8O3 = 13.897,949 H2O =27,192
H2= 226,597
C3H8O2 = 7.663,510,6 C3H6O2 = 922,250
H2O = 2.059,767
H2 = 24,926 C3H8O2 = 7.663,510 C3H6O2 = 922,250 H2O = 2.059,767
C3H6O2=883,740 H2O=2.059,767
C3H8O2 = 7.663,51
C3H6O2 = 38,51
1
2 3
4
5
6
7
8
9
10 13
11 14
15
16 17
18 12
BAB II. URAIAN PROSES │ 21
Komponen Alur (Kg/Jam)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
C3H8O3 10.423,461 13.897,949 13.897,949 3.474,487 - - - - -
C3H8O2 - - - - - - 7.663,510 7.663,510 -
C3H6O2 - - - - 8.384,089 - 922,250 922,250 -
H2O 20,394 27,192 27,192 6,798 2.059,767 - 2.059,767 2.059,767 -
H2 - - - - - 226,597 24,926 24,926 24,926 Total 10.443,855 13.925,140 13.925,140 3.481,285 10.443,855 226,597 10.670,452 10.670,452 24,926
Tekanan, P(atm) 1 3,95 3,95 3,95 3,95 3,95 3,95 1 3,95
Temperatur, T(°C) 30 110 220 25 220 220 220 80 220
Komponen Alur (Kg/Jam)
10 11 12 13 14 15 16 17 18
C3H8O3 - - - - - - - - -
C3H8O2 7.663,510 - - - - 15.327,020 7.663,510 7.663,510 7.663,510 C3H6O2 922,250 - - 883,740 883,740 77,020 38,510 38,510 38,510
H2O 2.059,767 - - 2.059,767 2.059,767 - - - -
H2 - 201,671 226,597 - - - - - -
Total 10.645,526 201,671 226,597 2.943,506 2.943,506 15.404,040 7.702,020 7.702,020 7.702,020
Tekanan, P(atm) 1 1 3,95 1 1 1 1 1 1
Temperatur, T(°C) 80 80 25 160 30 160 160 60 30
BAB III. SPESIFIKASI BAHAN │ 22 BAB III. SPESIFIKASI BAHAN
3.1 Spesifikasi Bahan Baku 3.1.1 Gliserol
Karakteristik gliserol yang digunakan dapat dilihat pada tabel 3.1 dan 3.2.
Tabel 3.1 Kadar Gliserol
Parameter Kadar
Glicerol 95,5% - 99%
Air 1% - 4,5%
Sumber: Pal dan Chaurasia (2016)
Gliserol yang digunakan untuk menjadi umpan dalam pembuatan propilen glikol adalah gliserol 98-99%.
Tabel 3.2 Spesifikasi Gliserol
Karakter Nilai
Rumus Kimia C3H8O3
Kenampakan Cairan
Berat molekul 92,1 g/mol
Titik leleh 18 oC
Titik didih 290 oC
Spesifikasi gravity 1250 kg/m3
Flash point 160 oC
Titik auto-ignition 370 oC
Viskositas 954 (25 oC)
3.1.2 Hidrogen
Hidrogen adalah komponen paling sederhana di alam semesta. Satu atom hidrogen memiliki satu proton dan satu elektron. Hidrogen memiliki berat molekul yang paling ringan dan berfasa gas pada temperatur dan tekanan normal (Zohuri, 2019). Spesifikasi dari hidrogen dapat dilihat pada tabel 3.3 dibawah ini.
Tabel 3.3 Spesifikasi Hidrogen
Karakter Nilai
Berat Molekul 2,016 g/mol
Densitas cair 0,08989 g/ml
BAB III. SPESIFIKASI BAHAN │ 23
Berat molekul 92,1 g/mol
Titik leleh -259 oC
Titik didih pada 1 atm -253oC
Temperatur Autoignition 560oC
Panas Pembakaran -285,8 kJ/mol
pH 5-7,5
Sumber: Afrox (2017)
3.1.3 Katalis Copper Alumina Oxide
Katalis Copper Alumina Oxide berfungsi sebagai katalis yang paling efektif dalam reaksi hidrogenasi gliserol menjadi propilen glikol. Sifat fisiknya dapat dilihat pada Tabel 3.4 berikut.
Tabel 3.4 Spesifikasi Copper Alumina Oxide
Karakter Nilai
Bentuk Pellet Silindrical
Ukuran 54 nm
Luas permukaan 30 m2/g
Volume poros 0,11 cm3/g
3.2 Spesifikasi Produk
3.2.1 Propilen Glikol (CH3CH(OH)CH2OH)
Salah satu bahan kimia yang menjadi komoditas utama di dunia dengan produksi sekitar 705 kiloton/tahun dengan pertumbuhan pasar di dunia sekitar 6%
dan harga jual dari propilen glikol yaitu sebesar USS 98/liter (Maulana, dkk., 2012). Berdasarkan dari katalis yang digunakan dan kondisi operasi, proses pembentukan propilen glikol yaitu hidrogenasi dengan katalis logam. Propilen glikol ini dimanfaatkan menjadi antifreeze, bahan pembantu dalam pertanian dan pengaplikasiaannya pada bidang farmasi, resin poliester, kosmetik, deterjen dan lain sebagainya (Zhou, dkk., 2010). Berikut merupakan paparan mengenai sifat fisika dan sifat kimia dari propilen glikol :
1. Sifat Fisika :
- Berat Molekul : 76,1 g/mol - Warna : bening
BAB III. SPESIFIKASI BAHAN │ 24 - Fasa : Cairan
- Titik beku : -60oC (76oF) - Titik didih : 187°C (369oF) - Densitas : 1,032 kg/liter - Viskositas (20°C) : 56,0 cP - Densitas uap : 2,52
- Kapasitas panas (25°C) : 2,481 J/(g°C) 2. Sifat Kimia :
- Bersifat stabil - Larutan higroskopis
- Larut dalam air dan pelarut organik - Bereaksi dengan asam
- Mudah terbakar oleh reagen panas 3.2.2 Asetol
Hidroksi aseton (CH3COCH2OH) merupakan salah satu komponen yang memiliki molekul yang menarik. Molekul dari hidroksi aseton menunjukkan adanya kekompleksan dari molekul. Hidroksi aseton merupakan bahan yang sangat penting di laboratorium karena dapat digunakan menjadi bahan dalam sintesis organik permata-diol, asetal dan ketal (Apponi, dkk., 2006). Berikut paparan mengenai sifat fisik dan sifat kimia dari asetol :
1. Sifat Fisik :
- Berat Molekul : 74,08 g/mol - Densitas : 1,079-1,085 g/cm3 - Warna : bening kekuningan - Titik didih : 145,5°C
- Titik leleh : -17°C 2. Sifat Kimia :
- Mudah terbakar - Larut di air dan etanol
BAB IV. NERACA MASSA │ 25 BAB IV. NERACA MASSA
Perhitungan neraca massa pada proses pembuatan proplilen glikol dari gliserol berdasarkan ketentuan sebagai berikut:
Basis perhitungan : 1 jam operasi Satuan Berat : Kilogram (kg) Bahan Baku : Gliserol Produk Akhir : Propilen glikol Jumlah Hari Operasi : 330 hari
Kapasitas produksi : 61.000 ton/tahun : 61.000.000 kg/tahun 6.1 Mixer Gliserol
Tabel 4.1 Neraca massa pada Mixer Gliserol
Komponen BM Masuk Keluar
Alur 1 Alur 4 alur 2
C3H8O3 92 10.423,461 3.474,487 13.897,948
C3H8O2 76 - - -
C3H6O2 74 - - -
H2O 18 20,393 6,797 27,191
H2 2 - - -
Total 10.443,86 3.481,285 13.925,14
F Total 13.925,14 13.925,14
6.2 Heater E-101
Tabel 4.2 Neraca massa pada Heater E-101
Komponen BM Masuk Keluar
Alur 2 Alur 3
C3H8O3 92 13.897,948 13.897,948
C3H8O2 76 - -
C3H6O2 74 - -
H2O 18 27,191 27,191
H2 2 - -
Total 13.925,14 13.925,14
F Total 13.925,14 13.925,14
BAB IV. NERACA MASSA │ 26 6.3 Reaktor Dehidrasi R-101
Tabel 4.3 Neraca massa pada Reaktor Dehidrasi R-101
Komponen BM Masuk Keluar
Alur 3 Alur 4 alur 5
C3H8O3 92 13.897,948 3.474,487
C3H8O2 76 - - -
C3H6O2 74 - - 8.384,088
H2O 18 27,191 6,797 2.059,766
H2 2 - - -
Total 13.925,14 3.481,285 10.443,86
F Total 13.925,14 13.925,14
6.4 Mixer Hidrogen
Tabel 4.4 Neraca massa pada Mixer Hidrogen
Komponen BM Masuk Keluar
Alur 11 Alur 9 alur 12
C3H8O3 92 - - -
C3H8O2 76 - - -
C3H6O2 74 - - -
H2O 18 - - -
H2 2 201,671 24,926 226,597
Total 201,671 24,926 226,597
F Total 226,597 226,597
6.5 Heater E-201
Tabel 4.5 Neraca massa pada Heater E-201
Komponen BM Masuk Keluar
Alur 12 Alur 6
C3H8O3 92 - -
C3H8O2 76 - -
C3H6O2 74 - -
H2O 18 - -
H2 2 226,596 226,596
Total 226,596 226,596
F Total 226,596 226,596
