selulosa asetat kapas brahmasusta 2022

(1)

Judul Tugas PPK

Prarancangan Pabrik Selulosa Asetat dari Cotton dan Asetat Anhidrid Kapasitas 35000 ton/tahun

Nomor: 34

Dikerjakan oleh:

Alizulfikar Brahmasuta (18/431226/TK/47819) Imanuel Glenn Bernoulli L (18/425151/TK/46846)

Pembimbing:

Yuni Kusumastuti, S.T., M.Eng., D.Eng.

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA

2022

(2)

2 dad 2 Halaman

PENGESAHAN

Judul Tugas: Prarancangan Pabrik Selulosa Asetat dad Cotton dan Asam Asetat Anhidrid dengan Kapasitas 35000 Ton/Tahun

Yang disusun oleh Nama Mahasiswa

Alizulfikar Brahmasuta

No. Mahasiswa 1 8/43 1226aK/47819

Telah dipertahankan didepan Dewan Pengujipada tanggal 13 Jun 2022 dan dinyatakan telah memenuhi syarat

SUSUNAN DEWAN PENGUJI

Pengujil Pengujill

Ir. Yuni Kusumal;tu&, S.T., M.Eng.,D.Eng., IPM.

NIP. 19830624 200812 2 001

Ir. Moh. Fahrurrozi, M.Sc., Ph.D., IPU NIP. 19650918 199103 1 002

Pengujilll

Sang Kompiang Wiiiv NIP. 19731227

In, S.T., M.T., Ph.D 99903 1 002 Departemen Teknik Kimia

Fakultas Teknik UGM Ketua

Ir. Ahmad Tawfiequrrahman Y., S.T., M.T., D.Eng.

NIP. 19770721 200212 ¹⁰⁰³

IPM

(3)

(4)

(5)

LEMBAR PENGESAHAN

Yang bertanda tangan dibawah ini menyatakan bahwa naskah detail tugas PPK ini telah disusun setelah melalui proses konsultasi sesuai aturan Departemen Teknik Kimia FT UGM, dan karenanya menyetujui untuk dikumpulkan.

Yogyakarta, 18 Juli 2022 Dosen Pembimbing,

Yuni Kusumastuti, S.T., M.Eng., D.Eng.

NIP 19830624 200812 2 001

(6)

LEMBAR PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam mengerjakan tugas PPK ini kami tidak melakukan pemalsuan (fabricating) data dan tidak menjiplak karya orang lain. Semua materi dalam laporan tugas PPK ini merupakan hasil karya sendiri, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar Pustaka. Jika di kemudian hari terbukti terdapat plagiasi dalam tugas PPK ini, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan yang berlaku.

Yogyakarta, 18 Juli 2022

Mahasiswa 1 Mahasiswa 2

Alizulfikar Brahmasuta Imanuel Glenn Bernoulli L

(7)

i KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala rahmat dan karunia- Nya, penulis mampu menyelesaikan tugas PPK dengan judul Prarancangan Pabrik Selulosa Asetat dari Cotton dan Asam Asetat Anhidrid Kapasitas 35.000 Ton/Tahun.

Tugas PPK ini dikerjakan sebagai rangkaian dari tugas akhir bagi mahasiswa di Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada.

Kami mengucapkan beribu terima kasih kepada seluruh pihak yang telah membantu kami menyelesaikan tugas akhir ini, antara lain:

1. Bapak Ahmad Tawfiequrrahman Yuliansyah, S.T., M.T., D.Eng. selaku Ketua Departemen Teknik Kimia Universitas Gadjah Mada.

2. Bapak Dr.-Ing. Teguh Ariyanto, S.T., M.Eng. selaku Ketua Prodi S1 Departemen Teknik Kimia Universitas Gadjah Mada.

3. Ibu Yuni Kusumastuti, S.T., M.Eng., D.Eng. selaku dosen pembimbing yang memberikan kami seluruh arahan, kritik dan saran selama masa pengerjaan tugas ini.

4. Seluruh dosen mentor T2 hingga T7 yang telah memberikan kami arahan untuk mengerjakan seluruh tahap tugas akhir ini.

5. Orang tua penulis yang selalu memberi doa dan mendukung pengerjaan tugas akhir ini.

6. Seluruh teman angkatan 2018 yang membantu melewati masa mahasiswa sampai tahap akhir ini.

7. Serta seluruh pihak lain yang tidak mampu disebutkan satu-persatu.

Penulis sadar bahwa terdapat kekurangan dalam penyusunan tugas akhir ini, sehingga kritik dan saran sangat diharapkan untuk penyempurnaan tugas akhir ini. Semoga isi dalam tugas akhir ini memberi manfaat bagi seluruh pihak. Terima kasih.

Yogyakarta, 18 Juli 2021

Penulis

(8)

ii DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

DAFTAR ISI ... ii

INTISARI ... xi

ABSTRACT ... xii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Market Analysis ... 3

1.3. Pemilihan Proses ... 6

1.4. Pemilihan Lokasi ... 12

BAB II URAIAN PROSES ... 1

BAB III SPESIFIKASI BAHAN ... 1

3.1. Bahan Baku ... 1

3.2. Bahan Pendukung ... 2

3.3. Produk ... 4

BAB IV PROCESS FLOW DIAGRAM ... 6

BAB V NERACA MASSA ... 8

5.1. Neraca Massa Total ... 8

5.2. Neraca Massa Setiap Alat ... 9

BAB VI NERACA PANAS ... 19

6.1. Neraca Panas Total ... 19

6.2. Neraca Panas Setiap Alat ... 19

BAB VII SPESIFIKASI ALAT ... 32

7.1 Tangki ... 32

7.2. Pompa ... 37

7.3 Hopper... 47

7.4 Rotary Screen Washer ... 48

7.5 Screw Conveyor ... 48

7.6 Gudang ... 49

7.7 Condenser ... 49

7.8 Kettle Reboiler ... 50

7.9 Heat Exchanger ... 50

7.10 Silo ... 53

7.11 Belt Conveyor ... 53

7.12 Bucket Elevator ... 55

(9)

iii

7.13 Reaktor ... 55

7.14 Hydrolyzer ... 56

7.15 Neutralizer ... 57

7.16 Rotary Dryer ... 57

7.17 Mixer ... 57

7.18 Decanter ... 60

7.19 Centrifuge ... 62

7.20 Accumulator ... 62

7.21 Precipitator ... 63

7.22 Menara Distilasi ... 63

BAB VIII UTILITAS ... 65

8.1. Utilitas Air ... 65

8.2. Sumber air ... 67

8.3. Unit Pengolahan Air ... 68

8.4. Unit Pembangkit Steam ... 74

8.5. Unit Penyedia Udara instrument ... 76

8.6. Unit Penyedia Listrik ... 82

8.7. Unit Refrigerasi ... 88

BAB IX TATA LETAK PABRIK ... 99

BAB X PERTIMBANGAN ASPEK KESELAMATAN, KESEHATAN, DAN LINGKUNGAN ... 101

IDENTIFIKASI HAZARD BAHAN ... 119

IDENTIFIKASI HAZARD LIMBAH ... 132

IDENTIFIKASI HAZARD PROSES DAN PERALATAN ... 137

PROCESS HAZARD ANALYSIS: HAZOP ... 166

BAB XI ORGANISASI PERUSAHAAN ... 199

10.1. Bentuk Perusahaan ... 199

10.2. Struktur Organisasi ... 200

10.3. Tugas dan Wewenang ... 203

10.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 211

10.5. Sistem Penggajian Karyawan ... 212

10.6. Penggolongan Jabatan ... 214

10.7. Kesejahteraan Sosial Karyawan ... 215

10.8. Manajemen Produksi... 217

BAB XII ANALISIS EKONOMI ... 220

12.1. Perhitungan Indeks Harga ... 220

12.2. Perhitungan Harga Alat Proses dan Utilitas ... 222

(10)

iv

12.3. Tingkat Resiko Pabrik ... 222

12.4. Perhitungan Biaya Raw Material, Sales, dan Bahan Penunjang Utilitas ... 232

12.5. Perhitungan Biaya Pekerja Pembanguna Pabrik ... 234

12.6. Perhitungan Penggajian Karyawan Operator ... 234

12.7. Perhitungan Harga Tanah ... 236

12.8. Perhitungan Fixed Capital ... 237

12.9. Perhitungan Manufacturing Cost ... 239

12.10. Perhitungan Working Capital ... 240

12.11. Perhitungan General Expenses ... 241

12.12. Perhitungan Profit ... 242

12.13. Analisis Kelayakan Profitability ... 242

12.14. Sensitivity Analysis ... 249

KESIMPULAN ... 251

DAFTAR PUSTAKA ... 252

LAMPIRAN ... 258

TANGKI ... 258

POMPA ... 271

HOPPER SILO ... 302

ROTARY SCREEN WASHER (RS-01) ... 306

SCREW CONVEYOR (SC-01) ... 314

GUDANG KAPAS (S-01) ... 316

CONDENSER (MD-01) ... 317

KETTLE REBOILER MD-01 (KR-01) ... 323

HEAT EXCHANGER ... 329

SILO 1 (Si-01) ... 356

Belt Conveyor 1 (BC-01) ... 359

BUCKET ELEVATOR (BE-01) ... 363

REAKTOR (R-01) ... 368

HYDROLYZER (H-01) ... 414

Neutralizer (N-101) ... 440

Rotary Dryer (RD-101) ... 455

SISTEM EKSTRAKSI (MIXER (M-102) dan SETTLER (Dc-102) ... 478

CENTRIFUGE (CF-01) ... 530

Accumulator Rotary Screen Washer (Ac-01) ... 538

Accumulator MD (Ac-02) ... 542

Precipitator (P-01) ... 547

(11)

v

Mixer (M-01) ... 561

MENARA DISTILASI (MD-01) ... 575

ALAT UTILITAS ... 608

SCREENER ... 608

KOLAM EKUALISASI ... 609

KOLAM SEDIMENTASI ... 610

TANGKI PENYIMPAN ALUM (Al2(SO4)3) ... 612

TANGKI PENYIMPAN SODA ABU (Na2CO3) ... 615

TANGKI PREMIXING ... 618

CLARIFIER ... 621

BASIN REKARBONASI ... 625

SAND FILTER ... 626

CARBON FILTER ... 628

TANGKI PENYIMPANAN FILTERED WATER ... 630

COLD BASIN ... 631

HOT BASIN ... 632

TANGKI AIR HYDRANT ... 633

TANGKI PENYIMPANAN KLORIN ... 634

TANGKI MIXER KLORINASI ... 635

TANGKI AIR KEPERLUAN UMUM ... 638

TANGKI PENYIMPANAN CHILLED WATER ... 639

BOILER ... 640

CATION EXCHANGER ... 646

ANION EXCHANGER ... 648

(12)

vi DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Struktur Kimia Selulosa Asetat (Kirk & Othmer, 2015) ... 2

Gambar 2. Konsumsi Selulosa Asetat pada Berbagai Sektor (CEH Marketing Research Report of Cellulose Acetate, 2016) ... 2

Gambar 3. Proyeksi Kebutuhan Selulosa Asetat di Indonesia ... 5

Gambar 4. Diagram Blok Produksi Selulosa Asetat (Kirk dan Othmer, 1995) ... 8

Gambar 5. Peta Lokasi Pabrik yang Potensial ... 13

Gambar 6. Diagram Alir Kualitatif ... 6

Gambar 7. Process Engineering Flow Diagram ... 7

Gambar 8. Reaksi Cation Exchange... 70

Gambar 9. Reaksi Anion Exchange ... 71

Gambar 10. Unit Pengolahan Air ... 73

Gambar 11. Proses Flow Diagram Utilitas Udara ... 81

Gambar 12. Siklus Refrigerasi ... 89

Gambar 13. PH-Diagram Ammonia (R717) ... 89

Gambar 14. Skema Unit Pengolahan Limbah Pabrik ... 98

Gambar 15. Denah Pabrik ... 99

Gambar 16. Denah Proses ... 100

Gambar 17. Penentuan Study Node pada Process Hazard Analysis Metode HAZOP ... 167

Gambar 18. Struktur Organisasi Perusahaan Pabrik Selulosa Asetat ... 202

Gambar 19. Grafik Index CEPCI tahun 1963 hingga tahun 2020 ... 221

Gambar 20. Grafik BEP dan SDP ... 248

Gambar 21. Sensitivity Analysis ... 250

Gambar 22. Ilustrasi Conical Roof ... 261

Gambar 23. Dimensi Pipa (Kern) ... 272

Gambar 24. Grafik Efisiensi Pompa (Coulson)... 275

Gambar 25. Desain Hopper ... 302

Gambar 26. Ilustrasi Rotary Screen Washer ... 306

Gambar 27. Pemodelan Rotary Screen Washer (Glaub, 1982) ... 309

Gambar 28. Data Kapasitas Screw Conveyor ... 315

Gambar 29. Desain Heat Exchanger 1-2 ... 329

Gambar 30. Desain Silo untuk Penyimpanan Selulosa Asetat ... 356

Gambar 31. Proses Asetilasi Solid-Liquid antara cotton dan asetat anhidrid. (Luo et al., 2013) ... 369

Gambar 32. Hasil Simulasi Reaksi di dalam Reaktor Menggunakan MATLAB ... 376

Gambar 33. Grafik Plotting Ca terhadap t ... 379

Gambar 34. Grafik Plotting log Ca terhadap log dCa/dt ... 381

Gambar 35. Grafik Volume Total dan Harga Reaktor ... 383

Gambar 36. Dimensi Head Tangki ... 388

Gambar 37. Dimensi Pengaduk ... 392

Gambar 38. Tipe Jaket pada Vessel, (a) Spirally Baffled Jacket, (b) Dimple Jacket, (c) Half- Pipe Jacket, (d) Agitation Nozzle ... 400

Gambar 39. Skema Baffle Jaket Reaktor ... 401

Gambar 40. Mechanical Design Reaktor ... 413

Gambar 41. Grafik Plotting Waktu Reaksi terhadap Konversi menggunakan MATLAB ... 421

Gambar 42. Plotting Ca terhadap Waktu pada Hydrolyzer ... 423

Gambar 43. Plotting log dCa/dt terhadap log Ca pada Hydrolyzer ... 424

Gambar 44. Grafik Volume Total dan Harga Hydrolyzer ... 426

(13)

vii

Gambar 45. Aliran Massa dan Panas dalam Elemen Volume Rotary Dryer ... 455

Gambar 46. Hasil Simulasi Fraksi Massa Air pada Padatan ... 473

Gambar 47. Hasil Simulasi Fraksi Massa Air pada Udara ... 473

Gambar 48. Hasil Simulasi Fraksi Massa Asam Asetat pada Padatan ... 474

Gambar 49. Hasil Simulasi Fraksi Massa Asam Asetat pada Udara ... 474

Gambar 50. Hasil Simulasi Suhu terhadap Panjang Rotary Dryer ... 475

Gambar 51. Proses Ekstraksi ... 478

Gambar 52. Pencarian Jumlah Stage Ekstraksi menggunakan Diagram Terniary ... 480

Gambar 53. Gambar Ekstraksi 4 Stages ... 481

Gambar 54. Figure 224 Brown untuk Mencari Porositas Cake ... 533

Gambar 55. Gambar Skema Baket ... 534

Gambar 56. Ilustrasi Menara Distilasi ... 575

Gambar 57. Grafik Sinnot 11.27 ... 588

Gambar 61. Gafik Sinnot 11.34... 595

Gambar 62. Downcomer Design ... 597

Gambar 65. Mechanical Design Menara Distilasi ... 607

Gambar 66. Spesifikasi Coarse Screen (Bar Racks) ... 608

(14)

viii DAFTAR TABEL

Tabel I. Impor Selulosa Asetat di Indonesia ... 4

Tabel II. Negara-Negara Supplier Selulosa Asetat ... 5

Tabel III. Spesifikasi Derajat Asetilasi ... 8

Tabel IV. Spesifikasi Feed Masuk Reaktor ... 10

Tabel V. Ringkasan proses keseluruhan ... 10

Tabel VI. Pertimbangan Proses Pembuatan Selulosa Asetat berdasarkan kondisi proses ... 11

Tabel VII. Neraca Massa Total ... 8

Tabel VIII. Neraca Massa Reaktor ... 9

Tabel IX. Neraca Massa Hydrolyzer ... 9

Tabel X. Neraca Massa Neutralizer ... 10

Tabel XI. Neraca Massa Precipitator ... 11

Tabel XII. Neraca Massa Rotary Screen Washer ... 12

Tabel XIII. Neraca Massa Splitter 2 ... 12

Tabel XIV. Neraca Massa Centrifuge ... 13

Tabel XV. Neraca Massa Rotary Dryer ... 13

Tabel XVI. Neraca Massa Mixer (Ekstraksi) ... 14

Tabel XVII. Neraca Massa Decanter ... 14

Tabel XVIII. Neraca Massa Menara Distilasi ... 15

Tabel XIX. Neraca Massa Titik Pertemuan Arus Recycle ... 16

Tabel XX. Neraca Massa Splitter 1 ... 16

Tabel XXI. Neraca Massa Mixer ... 17

Tabel XXII. Neraca Massa Decanter ... 17

Tabel XXIII. Neraca Massa Pertemuan Arus Recycle ... 18

Tabel XXIV. Neraca Panas Keseluruhan ... 19

Tabel XXV. Neraca Panas Reaktor ... 19

Tabel XXVI. Neraca Panas Hidrolizer ... 20

Tabel XXVII. Neraca Panas Neutralizer ... 21

Tabel XXVIII. Neraca Panas Precipitator ... 21

Tabel XXIX. Neraca Panas Rotary Screen Washer ... 22

Tabel XXX. Neraca Panas Splitter ... 22

Tabel XXXI. Neraca Panas Centrifuge ... 23

Tabel XXXII. Neraca Panas Rotary Dryer ... 23

Tabel XXXIII. Neraca Panas Mixer ... 24

Tabel XXXIV. Neraca Panas Decanter ... 25

Tabel XXXV. Neraca Panas HE-02 ... 25

Tabel XXXVI. Neraca Panas Menara Distilasi ... 26

Tabel XXXVII. Neraca Panas HE-05 ... 26

Tabel XXXVIII. Neraca Panas Arus Recycle ... 27

Tabel XXXIX. Neraca Panas Splitter 1 ... 28

Tabel XL. Neraca Panas Mixer ... 28

Tabel XLI. Neraca Panas HE-01 ... 29

Tabel XLII. Neraca Panas HE-06 ... 29

Tabel XLIII. Neraca Panas Decanter ... 30

Tabel XLIV. Neraca Panas Arus Recycle ... 31

Tabel XLV. Tebal Plate ST-06 ... 32

Tabel XLVI. Tebal Plate ST-01 ... 33

Tabel XLVII. Tebal Plate ST-02 ... 34

(15)

ix

Tabel XLVIII. Tebal Plate ST-03 ... 35

Tabel XLIX. Tebal Plate ST-04 ... 35

Tabel L. Tebal Plate ST-05... 36

Tabel LI. Tebal Plate ST-07 ... 37

Tabel LII. Kebutuhan Air untuk Kebutuhan Umum ... 65

Tabel LIII. Kebutuhan Air untuk Pendingin ... 66

Tabel LIV. Kebutuhan air untuk umpan boiler (BFW) ... 66

Tabel LV. Kebutuhan Air untuk Proses ... 67

Tabel LVI. Kebutuhan Air ... 67

Tabel LVII. Kebutuhan Steam untuk Alat Proses ... 74

Tabel LVIII. Parameter untuk Boiler Feed Water (BFW) ... 75

Tabel LIX. Total Alat Kontrol ... 77

Tabel LX. Perhitungan Kebutuhan Listrik Alat Proses ... 82

Tabel LXI. Perhitungan Kebutuhan Listrik Alat Utilitas ... 85

Tabel LXII. Baku Mutu Udara ... 93

Tabel LXIII. Baku Mutu Limbah Cair ... 97

Tabel LXIV. Informasi Minimal dalam Process Safety Information ... 103

Tabel LXV. Baku mutu air limbah ... 117

Tabel LXVI . Shift Masuk Kerja Karyawan ... 212

Tabel LXVII. Perincian Jumlah dan Gaji Kayawan ... 213

Tabel LXVIII. Data Chemical Engineering Plant Cost Index (CEPCI) tahun 1963 – 2020 220 Tabel LXIX. Kriteria Pabrik Menurut Resikonya ... 223

Tabel LXX. Tabel Perhitungan Harga Alat Proses ... 224

Tabel LXXI. Tabel perhitungan Harga Alat Utilitas ... 228

Tabel LXXII. List Harga dan Kebutuhan Bahan Baku Pabrik Selulosa Asetat ... 232

Tabel LXXIII. Kebutuhan Bahan Utilitas ... 233

Tabel LXXIV. Penggajian Karyawan Operator ... 234

Tabel LXXV. Perhitungan Fixed Capital ... 237

Tabel LXXVI. Perhitungan Manufacturing Cost ... 239

Tabel LXXVII. Perhitungan Working Capital ... 240

Tabel LXXVIII. Perhitungan General Expenses ... 241

Tabel LXXIX. Hasil Perhitungan Sensitivitas Analisis ... 249

Tabel LXXX. Umpan Masuk Asam Asetat dan Air pada Tangki (ST-06) ... 258

Tabel LXXXI. Tebal Plate ST-06 ... 261

Tabel LXXXII. Tebal Plate ST-01 ... 264

Tabel LXXXIII. Tebal Plate ST-02 ... 265

Tabel LXXXIV. Tebal Plate ST-03 ... 266

Tabel LXXXV. Tebal Plate ST-04 ... 267

Tabel LXXXVI. Tebal Plate ST-05 ... 268

Tabel LXXXVII. Tebal Plate ST-07 ... 269

Tabel LXXXVIII. Data Perhitungan Pompa P-02 ... 271

Tabel LXXXIX. Data Perhitungan Pompa P-01 ... 279

Tabel XC. Data Perhitungan Pompa P-02 ... 280

Tabel XCI. Data Perhitungan Pompa P-04 ... 281

Tabel XCII. Data Perhitungan Pompa P-05 ... 282

Tabel XCIII. Data Perhitungan Pompa P-06 ... 283

Tabel XCIV. Data Perhitungan Pompa P-07 ... 284

Tabel XCV. Data Perhitungan Pompa P-08... 285

(16)

x

Tabel XCVI. Data Perhitungan Pompa P-09 ... 286

Tabel XCVII. Data Perhitungan Pompa P-10 ... 287

Tabel XCVIII. Data Perhitungan Pompa P-11 ... 288

Tabel XCIX. Data Perhitungan Pompa P-12 ... 289

Tabel C. Data Perhitungan Pompa P-13 ... 290

Tabel CI. Data Perhitungan Pompa P-14 ... 291

Tabel CII. Data Perhitungan Pompa P-15 ... 292

Tabel CIII. Data Perhitungan Pompa P-16 ... 293

Tabel CIV. Data Perhitungan Pompa P-17 ... 294

Tabel CV. Data Perhitungan Pompa P-18 ... 295

Tabel CVI. Data Perhitungan Pompa P-19 ... 296

Tabel CVII. Data Perhitungan Pompa P-20 ... 297

Tabel CVIII. Data Perhitungan Pompa P-21 ... 298

Tabel CIX. Data Perhitungan Pompa P-22 ... 299

Tabel CX. Data Perhitungan Pompa P-23 ... 300

Tabel CXI. Data Perhitungan Pompa P-24 ... 301

Tabel CXII. Hasil Perhitungan Condenser (CD-01) ... 321

Tabel CXIII. Hasil Perhitungan Kettle Reboiler ... 328

Tabel CXIV. Hasil Perhitungan HE-02 ... 340

Tabel CXV. Hasil Perhitungan HE-04a ... 342

Tabel CXVI. Hasil Perhitungan HE-04b ... 344

Tabel CXVII. Hasil Perhitungan HE-03a ... 346

Tabel CXVIII. Hasil Perhitungan HE-03a ... 351

(17)

xi INTISARI

Pabrik selulosa asetat berkapasitas 35.000 ton/tahun ini beroperasi selama 330 hari/tahun dan 24 jam/hari. Pabrik ini membutuhkan bahan baku berupa cotton, dan asam asetat anhidrid masing-masing sebanyak 19.687,46 ton/tahun, dan 40.906,25 ton/tahun. Kemudian, bahan pendukung yang digunakan yaitu asam asetat sebanyak 5.397,16 ton/tahun, etil asetat sebanyak 23.107,08 ton/tahun, dan natrium asetat sebanyak 3.261,3 ton/tahun. Proses yang terjadi dalam pabrik ini meliputi reaksi asetilasi selulosa dalam reaktor dengan kondisi operasi 1 atm dan 50

oC, menggunakan katalis asam sulfat, menghasilkan selulosa dari cotton. Lalu terjadi reaksi hidrolisis sampai pereaksi asam asetat anhidrid habis bereaksi dengan air yang kemudian dilakukan reaksi netralisasi untuk menghilangkan kadar asam sulfat. Lalu, hasil produk netralisasi diproses hingga terbentuk flakes selulosa asetat dan dikeringkan hingga diperoleh produk selulosa asetat padat.

Pabrik ini didirikan di Kabupaten Karanganyar, Jawa Tengah dengan luas area sebesar 3,6 ha dan luas bangunan sebesar 2,78 ha. Pabrik ini diharapkan mampu menyerap tenaga kerja sebanyak 322 orang. Kebutuhan air pabrik ini sebesar 239.485,87 kg/jam yang didapat dari air sungai Bengawan Solo dan diproses di unit pengolahan air sebelum digunakan. Pabrik ini juga memiliki unit pembangkit steam, unit penyedia udara tekan, dan unit pengolahan limbah.

Kebutuhan total listrik pabrik ini sebesar 1.855,35 kW.

Pabrik selulosa ini direncanakan berdiri pada tahun 2025 dengan modal tetap $ 45.096.986,33 + Rp. 320.556.455.855,09 dan modal kerja $ 33.721.247,13 + Rp. 8.364.049.379,41.

Keuntungan yang diperoleh pabrik ini sebelum dikenai pajak sebesar $ 14.212.806,19 dan setelah dikenai pajak sebesar $ 9.948.964,33. Berdasarkan evaluasi ekonomi yang telah dilakukan, maka diperoleh Return on Imvestment (ROI) sebelum pajak sebesar 21,14% dan setelah pajak 14,80%, Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar 3,21 tahun dan setelah pajak 4,03 tahun, Break Even Point (BEP) sebesar 54,32%, Shut Down Point (SDP) sebesar 29,56%, dan Discounted Cash Flow Rate of Return (DCFRR) sebesar 21,91% per tahun. Berdasarkan hasil evaluasi tersebut, maka pabrik ini menarik dan layak untuk dikaji lebih lanjut.

Kata kunci : selulosa asetat, cotton, flakes, proses asetilasi.

(18)

xii ABSTRACT

The cellulose acetate plant with a capacity of 35,000 tons/year operates for 330 days/year and 24 hours/day. This factory requires raw materials in the form of cotton and acetic anhydride respectively as much as 19,687.46 tons/year and 40,906.25 tons/year. Then, the supporting materials used are acetic acid as much as 5,397.16 tons/year, ethyl acetate as much as 23,107.08 tons/year, and sodium acetate as much as 3,261.3 tons/year. The process that occurs in this factory includes the acetylation reaction of cellulose in a reactor with operating conditions of 1 atm and 50 oC, using a sulfuric acid catalyst, producing cellulose from cotton.

Then, hydrolysis reaction occurs until the acetic anhydride reagent is used up and reacts with water which is then carried out a neutralization reaction to remove sulfuric acid levels. Then, the neutralization product was processed to form cellulose acetate flakes and dried to obtain a solid cellulose acetate product.

This factory was established in Karanganyar Regency, Central Java with an area of 3.6 ha and a building area of 2.78 ha. The factory is expected to be able to absorb a workforce of 322 people. The water requirement for this factory is 239,485.87 kg/hour which is obtained from the Bengawan Solo river water and processed in the water treatment unit before being used.

This plant also has a steam generating unit, a compressed air supply unit, and a sewage treatment unit. The total electricity requirement for this factory is 1,855.35 kW.

This cellulose factory is planned to be established in 2025 with a fixed capital of

$45,096,986.33 + Rp. 320,556,455,855.09 and working capital $ 33,721,247.13 + Rp.

8,364,049,379.41. The profit earned by this factory before tax was $14,212,806.19 and after tax was $9,948,964.33. Based on the economic evaluation that has been carried out, the Return on Investment (ROI) before tax is 21.14% and after tax is 14.80%, Pay Out Time (POT) before tax is 3.21 years and after tax is 4.03 years. , Break Even Point (BEP) of 54.32%, Shut Down Point (SDP) of 29.56%, and Discounted Cash Flow Rate of Return (DCFRR) of 21.91% per year. Based on the evaluation results, this factory is interesting and deserves further study.

Keywords: cellulose acetate, cotton, flakes, acetylation proc

(19)

1 Alizulfikar Brahmasuta (18/431226/TK/47819)

Imanuel Glenn Bernoulli L (18/425151/TK/46846) BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Selulosa asetat dikenal sebagai senyawa semi sintetik yang tergolong sebagai ester asam organik. Selulosa asetat merupakan turunan dari selulosa, polimer organik paling melimpah di bumi (Bao, 2015). Bahan baku utama yang diperlukan dalam pembuatan selulosa asetat yaitu selulosa yang diperoleh dari sumber daya alam berupa kapas, serta asam asetat anhidrid. Sejarah penemuan selulosa asetat oleh Paul Schützenberger pada tahun 1865, dengan melakukan reaksi, yaitu memanaskan selulosa dengan anhidrida asetat (Rustemeyer, 2004). Kemudian, pada tahun 1879, Franchimont merekayasa penggunaan asam sulfat sebagai katalis untuk proses asetilasi, dan hingga kini, katalis asam sulfat sangat sering digunakan untuk produksi selulosa asetat secara komersial. Asam sulfat memiliki karakter asam kuat, untuk menghasilkan serat selulosa asetat. Serat selulosa kemudian dapat diproses lebih lanjut menjadi bentuk lain berupa filament dan flake. Filament adalah serabut atau benang halus, sedangkan flake adalah bentuk serpihan padatan. Produksi selulosa asetat merupakan yang terbesar dari semua produksi turunan selulosa lainnya. Proses produksi selulosa asetat selanjutnya disempurnakan oleh Von Bayer pada tahun 1906. Kemudian, sejak tahun 1908, Dreyfus bersaudara untuk pertama kalinya merealisasikan proses produksi selulosa asetat dengan skala besar (Mc Ketta,1997).

Dreyfus bersaudara membuka pabrik di Basel dan menjual produk mereka ke industri selulosa yang berkembang di Prancis dan Jerman, serta ke perusahaan film.

Namun, Perang Dunia Pertama menghambat produksi serat komersial ini. Namun, film dan serat selulosa asetat terbukti penting digunakan dalam berbagai aspek. Serat ini secara unik dapat melapisi dan mengawetkan kain sayap pesawat pada masa itu, untuk memberikan sifat kekencangan, ketahanan, kedap air, dan tidak mudah terbakar. Sayap pesawat yang digunakan oleh Inggris, Prancis, Italia, dan Amerika Serikat semuanya dilapisi dengan obat bius yang terbuat dari selulosa asetat, yang diproduksi oleh Dreyfus bersaudara di Inggris.

(20)

Imanuel Glenn Bernoulli L (18/425151/TK/46846)

Gambar 1. Struktur Kimia Selulosa Asetat (Kirk & Othmer, 2015)

Berdasar Material Safety Data Sheet, selulosa asetat tergolong tidak berbahaya baik dalam skala kecil maupun besar, karena tidak mudah terbakar, dan tingkat reaktivitas rendah. Selulosa asetat berwarna putih dan berbentuk padat pada suhu ruang, tergolong hidrofilik, ramah lingkungan, dan memiliki stabilitas termal yang baik.

Ukuran produk selulosa asetat perlu dijaga agar selulosa asetat tidak berukuran dust sehingga dapat berterbangan karena selulosa asetat bersifat irritant dan menyebabkan alergi apabila terhirup masuk saluran pernapasan, terkena mata, dan terkena kulit pada intensitas banyak. Selulosa asetat juga dapat terdekomposisi menjadi gas berbahaya dan harus dihindari dari excess heat dan bahan yang memiliki karakter oksida kuat.

Gambar 2. Konsumsi Selulosa Asetat pada Berbagai Sektor (CEH Marketing Research Report of Cellulose Acetate, 2016)

(21)

Selulosa asetat banyak dimanfaatkan untuk beragam hal seperti bahan pembuatan tenunan dalam industri tekstil, bahan lembaran plastik, film fotografi, kaset dan kabel, percetakan, cat, serta sebagai filter rokok. Selulosa asetat juga sering digunakan dalam produk dengan daya serap tinggi seperti popok dan alat bedah. (Kirk Othmer, 1995). Beberapa produsen selulosa asetat terkemuka di dunia antara lain Celanese Corporation, Eastman Chemical Company, Daicel Corporation, Solvay Acetow GmbH dan Mitsubishi Rayon Co.

Pabrik selulosa asetat masih belum ada di Indonesia, sehingga untuk memenuhi kebutuhan selulosa asetat dalam negeri, dilakukan impor dari Singapura, Jepang, Amerika dan beberapa negara di Eropa. Sehingga, gagasan untuk mendirikan pabrik selulosa asetat di Indonesia merupakan terobosan baru untuk menambah lapangan pekerjaan bagi masyarakat dan meningkatkan perekonomian warga Indonesia.

1.2.Market Analysis

Industri tekstil dan produk tekstil memberikan dampak yang signifikan terhadap perekonomian nasional di Indonesia karena merupakan penghasil devisa terbesar pada sektor non-migas (Fajri danTriyowati, 2014). Industri tekstil menjadi salah satu prioritas dalam pembangunan jangka Panjang yang telah diatur dalam Peraturan Pemerintah nomor 14 tahun 2015 tentang Rencana Induk Pembangunan Industri Nasional (Kemenperin, 2015). Ekspor dari industri tekstil pada tahun 2015 mencapai US$ 12,28 miliar, setara 8,17% dari total ekspor industri, mampu menyerap 2,79 juta tenaga kerja, setara 17,03% dari total tenaga kerja industri manufaktur. Hasil industry tekstil dapat memenuhi 70% kebutuhan sandang dalam negeri. Sektor ini menempati urutan ketiga ekspor produk manufaktur dan memberi surplus dalam neraca perdagangan selama 5 tahun terakhir dengan rata-rata mencapai US$ 4 miliar, namun di sisi lain impornya cenderung meningkat (Susanto et al., 2017).

Berdasar Gambar 2, industri filter rokok dan tekstil menjadi konsumen terbesar bagi produsen selulosa asetat. Indonesia merupakan negara dengan tingkat konsumsi tembakau yang tinggi. Industri tembakau sendiri sangat erat kaitannya dengan produk rokok. Hal ini membuat Indonesia menjadi negara ketiga dari 10 negara dengan tingkat perokok tertinggi di dunia setelah Cina dan India (Saminan, 2016). Konsumsi rokok

(22)

Indonesia meningkat lebih dari dua kali lipat, dari 136 ke 293 milyar batang, pada rentang tahun 1995-2013, seiring dengan kenaikan jumlah populasi penduduk dewasa (Ahsan et.al, 2014).

Berdasarkan penjelasan di atas, dapat dilihat bahwa potensi pasar selulosa asetat sangat besar, terutama untuk memenuhi kebutuhan nasional industri tekstil, dan filter rokok, sehingga pabrik selulosa asetat memiliki potensi pasar yang cerah di Indonesia.

Indonesia selama ini mengandalkan pasokan impor selulosa asetat dari beberapa negara seperti Singapura, Amerika, Jepang, dan Uni Eropa. Hal ini tentu merugikan bagi Indonesia yang dikenal sebagai salah satu penghasil tekstil terbesar di dunia.

Oleh sebab itu, akan sangat baik bagi Indonesia apabila dapat memproduksi serta mengolah selulosa asetat di dalam negeri secara mandiri, untuk menekan biaya produksi, membuka lapangan pekerjaan baru, menambah devisa negara melalui eskpor dan mengurangi ketergantungan impor selulosa asetat.

Permintaan selulosa asetat dalam negeri terus mengalami peningkatan sebagaimana ditunjukkan Tabel I.

Tabel I. Impor Selulosa Asetat di Indonesia

Tahun Kapasitas (ton)

2000 10.327

2001 12.518

2002 12.679

2003 13.897

2004 14.744

(Badan Pusat Statistik, 2004)

Kemudian, data pada Tabel I dilakukan proyeksi kebutuhan selulosa asetat hingga tahun 2025 sehingga diperoleh hasil pada Gambar 3 sebagai berikut:

𝑦 = 964,3𝑥 − (2𝐸 + 06) (1)

𝑦 = 964,3(2025) − (2𝐸 + 06) 𝑦 = 36.338 𝑡𝑜𝑛

Berdasar perhitungan di atas, dapat diperoleh hasil pada Gambar 3 sebagai berikut:

(23)

Gambar 3. Proyeksi Kebutuhan Selulosa Asetat di Indonesia

Indonesia masih belum memiliki pabrik yang memproduksi selulosa asetat, sehingga hal ini akan menjadi peluang yang sangat besar untuk mendirikan pabrik selulosa asetat di Indonesia. Namun di luar negeri, cukup banyak supplier selulosa asetat, terutama di China, Amerika, Inggris, dan Jepang, sehingga ekspor ke negara- negara tersebut dinilai kurang baik karena harus bersaing dengan supplier di dalam negeri tersebut.

Tabel II. Negara-Negara Supplier Selulosa Asetat

Negara Nama Perusahaan

China 1. Hefei TNJ Chemical Industry 2. Hebei Guanlong Biotechnology 3. Hangzhou GYZ Chemical 4. Henan Tianfu Chemical

Amerika 1. BOC Sciences

2. Sigma-Aldrich 3. Angene International

4. Eastman Chemical Company

Inggris 1. Carbosynth

2. Atlantic Research Chemicals 3. Novachemistry

Jepang 1. Junsei Chemical

2. Nacalai Tesque

y = 964,3x - 2E+06 R² = 0,9934

0 10000 20000 30000 40000

1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030

Proyeksi Kebutuhan Selulosa Asetat

(24)

Imanuel Glenn Bernoulli L (18/425151/TK/46846) 3. Kanto Chemical 4. Kokusan Chemical

(Chemicalbook.com, 2021)

Negara-negara di atas memiliki supply yang cukup besar, maka ekspor tidak akan dilakukan ke negara-negara tersebut

Berdasar artikel yang dikutip melalui Radio Republik Indonesia, Gubernur Bank Indonesia, Perry Warjiyo, mengatakan bahwa pertumbuhan ekonomi Indonesia akan mencapai puncaknya pada tahun 2024 hingga 2025. Sebelumnya pada tahun 2020 hingga 2021, perekonomian Indonesia berada di titik paling bawah karena wabah pandemi global Coronavirus (COVID-19). Studi Bank Indonesia menunjukkan siklus ekonomi Indonesia itu kurang lebih sekitar lima tahun naik dari bawah sampai ke puncak, sedangkan untuk siklus keuangan atau kredit yaitu tujuh tahun. Oleh sebab itu, pabrik diasumsikan dapat berdiri dan mulai beroperasi pada tahun 2025.

Kemudian, dari persamaan (3), dapat disimpulkan bahwa Indonesia masih perlu mengimpor selulosa asetat mencapai 58.082,5 ton pada tahun 2025. Maka, untuk memenuhi kebutuhan dalam dan luar negeri, kami merekomendasikan kapasitas pabrik sebesar 35.000 ton per tahun, dengan jumlah produk untuk memenuhi kebetuhan dalam negeri sebanyak 25.000 ton, dan sebanyak 10.000 ton sisanya akan diekspor.

1.3. Pemilihan Proses

Pada pembuatan selulosa asetat, secara umum menggunakan proses asetilasi.

Asetilasi adalah proses reaksi kimia yang melibatkan gugus asetil (Speight, 2017).

Terdapat beberapa metode dalam pembuatan selulosa asetat, yaitu proses dengan solven methyl chloride (solvent process), heterogenous process, serta solution process.

A. Solvent Process (Yamakawa et al., 2003)

Selulosa dari wood pulp direaksikan dengan acetylating agent menggunakan katalis padatan asam didalam solven methylene chloride. Metode ini dianggap kurang safety karena methyl chlorid merupakan bahan yang toxic, korosif, dan sangat mudah terbakar sehingga kurang cocok untuk diproduksi skala besar. Solven berupa methylene chloride juga dinilai cukup mahal, yaitu sekitar Rp36.000/kg.

Methylene chloride juga memiliki titik didih yang rendah, sehingga cukup sulit dikontrol.

(25)

Imanuel Glenn Bernoulli L (18/425151/TK/46846) B. Heterogenous Process (Cheng et al., 2009)

Berbeda dengan proses menggunakan methylene chloride dan solution process, proses ini menggunakan pelarut heterogen. Heterogenous process berjalan pada suhu yang rendah, yaitu 10⁰C sehingga cukup sulit dikontrol.

Proses ini diawali dengan pretreatment dengan merendam selulosa dengan asam asetat untuk memulai proses asetilasi. Ketika titik akhir asetilasi sudah tercapai, larutan dipisahkan dari padatan. Untuk alasan ekonomi, larutan disentrifugasi menggunakan larutan non-solvent. Selulosa kemudian dimasukkan ke dalam asam asetat cair yang dipanaskan. Kemudian selulosa distabilasi dengan distilasi oleh uap.

Selulosa yang terdistilasi dibilas dengan air hingga netral kemudian dikeringkan.

Namun pada proses heterogen, proses esterifikasinya lebih lama dibandingkan dengan proses homogen. Karena selulosa tidak terpisahkan dari larutannya, maka dibutuhkan campuran esterifikasi yang lebih banyak. Harga non-solvent seperti benzene, toluene, atau xylene pun tergolong cukup mahal, yaitu di atas Rp51.000/kg.

C. Solution Process (Kirk & Othmer, 1995)

Kebanyakan senyawa selulosa dibuat dengan Solution Process sebab menggunakan bahan yang lebih aman dari methyl chloride dan lebih efektif dari proses konvensional. Proses ini melibatkan selulosa (dari cotton atau wood pulp) dengan katalis asam sulfat dengan asetat anhidrid pada solven asam asetat.

(26)

Tahap ini diawali dengan aktivasi selulosa, asetilasi, hidrolisis, serta presipitasi dan pemurnian.

1. Aktivasi Selulosa

Pengaktifan selulosa bergantung pada bahan utama selulosa yang digunakan.

Berikut spesifikasi kandungan umum pada kapas.

Tabel III. Spesifikasi Derajat Asetilasi

Bahan Value

α-cellulose, min% 95,6

moisture, % 5,8

pentosan, max% 2,1

ether extractable, max% 0,15

ash, max% 0,08

iron, max ppm 10

(Kirk & Othmer, 2015) Gambar 4. Diagram Blok Produksi Selulosa Asetat

(Kirk dan Othmer, 1995)

(27)

Imanuel Glenn Bernoulli L (18/425151/TK/46846) 2. Asetilasi

Selulosa perlu didehidrasi terlebih dahulu dengan menghilangkan air menggunakan asam asetat sebelum masuk proses asetilasi. Efisiensi dari alkilasi meningkat seiring dengan peningkatan suhu, waktu, jumlah katalis, serta penurunan perbandingan asam asetat dibanding selulosa.

Katalis yang sering direkomendasikan untuk komersil adalah asam sulfat (H2SO4). Selulosa akan bereaksi dengan asetat anhidrid dengan katalis asam sulfat membentuk selulosa asam sulfat ester. Reaksi tersebut berjalan dengan baik pada suhu rendah dan konsentrasi anhidrid yang tinggi.

Reaksi:

C6H7O2(OH3) + 3(CH3CO)2O → C6H7O2(OCOCH3)3 + CH3COOH (2) Reaksi samping

H2SO4 + (CH3CO)2O → 2CH3COOSO3H + H2O (3) Selain asam sulfat, dapat juga menggunakan katalis berupa asam perklorit dan seng klorida. Namun asam perklorit mengandunga asam yang sangat pekat dan garamnya bersifat eksplosif, sedangkan seng klorida sangat tidak ekonomis untuk keperluan komersial.

3. Hidrolisis

Fungsi utama hidrolisis adalah penghilangan gugus asetil serta asam sulfat yang tercampur untuk meningkatkan stabilitas termal dari asetat. Penambahan air digunakan untuk menghentikan asetilasi yang diakibatkan kelebihan anhidrid.

Reaksi hidrolisis dipengaruhi oleh suhu, konsentrasi katalis, serta jumlah air.

4. Presipitasi dan pemurnian

Ketika derajat hidrolisis telah tercapai, ester diendapkan dari larutan ke dalam air.

Sebelum memasuki tahap presipitasi, larutan reaksi biasanya diencerkan dengan asam asetat encer tambahan untuk mengurangi viskositas. Jika diinginkan tekstur flake (serpihan) larutan dituangkan ke asam asetat encer yang diaduk. Untuk

(28)

mengendapkan asetat menjadi tekstur powder (bubuk), asam asetat cair ditambahkan ke larutan asam asetat yang diaduk.

5. Solution Process

Untuk memproduksi 630 kg selulosa asetat, dibutuhkan 400 kg kapas, 1200 kg asetat anhidrid, 1600 kg larutan asam asetat, dan 28-40 kg katalis asam sulfat.

Proses dilakukan pada suhu 40-45⁰C pada 1 atm untuk menghindari degradasi selulosa. Spesifikasi feed yang masuk ke reaktor sebagai berikut

Tabel IV. Spesifikasi Feed Masuk Reaktor Senyawa Massa

(kg/jam)

𝜌 (kg/m³) Volume (m³) Viskositas pada 45⁰C (cP)

Selulosa 2485 1470 4182150 -

Asetat Anhidrid

5164 1050,5 5424782 0,65

Asam Asetat 7931 1022,63 1636208 0,85

Asam Sulfat 246 1806 72240 13,8

Secara keseluruhan, ketiga proses dapat diringkas seperti pada Tabel V berikut Tabel V. Ringkasan proses keseluruhan

Proses Solution Process Solvent Process Heterogenous Process Jenis Solvent Asam asetat

anhidrid

Methylene chloride

Benzene

Massa Jenis 1, 082 g/cm³ 1,325 g/cm³ 0,876 g/cm³ Flash point 49 ⁰C Tidak ada, tapi

bisa membentuk uap flammable pada suhu 100 ⁰C

-11 ⁰C

Titik Tidih 139,5 ⁰C 39,6 ⁰C 80,1 ⁰C

Titik Lebur -95 ⁰C 5,6 ⁰C 5,5 ⁰C

LFL 2,7% volume 13% volume 1,2% volume

UFL 10,3% volume 23% volume 7,8% volume

Kelarutan 120 g/L 13,8 g/L 1 g/L

Specific gravity 1,087 1,32 0,876

(29)

Dari pertimbangan-pertimbangan tersebut, dipilih Homogenous Process A karena secara keseluruhan merupakan bahan yang paling aman, karena paling tidak mudah terbakar, vapor pressure paling rendah, serta sifat khusus yang relatif paling aman dibandingkan kedua proses yang lain. Solvent berupa asam asetat anhidrid juga memiliki harga paling ekonomis.

Selain sifat solven, terdapat pertimbangan lain yang digunakan, yaitu kondisi operasi.

Kondisi operasi berbagai proses ditampilkan pada Tabel VI.

Tabel VI. Pertimbangan Proses Pembuatan Selulosa Asetat berdasarkan kondisi proses

Teknologi Proses Solvent Process Heteregenous Process Solution Process Jenis Solven Methylene Chloride Benzene atau Ligroin Asam asetat anhidrid Kebutuhan Solven Banyak, tidak dapat

di-recycle

Banyak, tidak dapat di- recycle

Sedikit, dapat di- recycle

Titik didih solven 39,8 ôC (104 ôF) 80,8 ôC (176,2 ôF) 139,9 ôC (283,8 ôF) Kondisi operasi Sulit dikontrol

(titik didih solven rendah)

Reaksinya pada suhu 10 ^oC, sehingga sulit

dikontrol

Reaksinya pada suhu 40-50 ^oC, sehingga

mudah dikontrol

Waktu reaksi 5-8 jam 12-24 jam 5-8 jam

Harga Solven Mahal Mahal Murah

Jenis Solven Methylene Chloride Benzene Asetat Anhidrid Fase pada kondisi

ruangan

Cair Cair Cair

Kelarutan 1 g/100 g air (20 ^oC) 0.1 g/100 g air (20 ^oC)

12 g/100 g air (20 ôC) Specific gravity 1,322 (20 ôC) 0,879 (20 ôC) 1,08 (20 ôC) Titik lebur -95ôC (-142 ôF) 5,6 ôC (41,9 ôF) -73,4 ôC (-99,6 ôF) Titik didih 39,8 ôC (104 ôF) 80,8 ôC (176,2 ôF) 139,9 ôC (283,8 ôF) Vapor pressure 435 mmHg (25ôC) 94,8 mmHg (25 ôC) 5,1 mmHg (25 ôC) Flash point 93,4 ôC (200 ôF) -11 ôC (12 ôF) 49 ôC (120 ôF)

Vapor pressure 5,1 mmHg (25

0C)

435 mmHg (25

0C)

94,8 mmgHg (25

0C) Sifat khusus Korosif Toksik dan

korosif

Karsinogenik

Harga Rp15.500/kg Rp36.000/kg Rp51.903/kg

(30)

Imanuel Glenn Bernoulli L (18/425151/TK/46846) LFL dan UFL LFL (13 %vol)

UFL (23 %vol)

LFL (1,2 %vol) UFL (7,8 %vol)

LFL (2,7 %vol) UFL (10,3 %vol)

Sifat khusus Toxic Karsinogenik Korosif

Dari pertimbangan di atas, dipilih Solution Process karena memiliki kondisi operasi yang paling mudah dikontrol dan waktu reaksi yang cepat.

1.4.Pemilihan Lokasi

Pemilihan pabrik lokasi yang kami rekomendasikan adalah di Kabupaten Karanganyar, Jawa Tengah.

(31)

Gambar 5. Peta Lokasi Pabrik yang Potensial

Terdapat lahan seluas 283.173,39 m²di daerah Karanganyar yang dapat digunakan untuk membangun pabrik.

Beberapa faktor yang menjadi pertimbangan pemilihan lokasi di Karanganyar antara lain:

1. Bahan

PT. Indo Acidatama merupakan penghasil asam asetat pertama dan satu-satunya di Indonesia, dan lokasinya pun berada di Karanganyar. Jarak lokasi pabrik ke PT. Indo Acidatama hanya 2 km, sehingga mempermudah distribusi bahan pendukung asam asetat.

2. Transportasi

Kabupaten Karanganyar dekat dengan Kota Solo yang merupakan daerah sentral Pulau Jawa, sehingga dapat mempermudah akses transportasi melalui kereta api.

Jalan Tol Solo - Ngawi juga dapat mempermudah akses kendaraan besar seperti truk.

Jarak lokasi pabrik ke Gerbang Tol Karanganyar hanya 2 km, sehingga mempermudah distribusi bahan baku dan produk.

3. Pemasaran

Selulosa asetat merupakan senyawa yang dibutuhkan oleh berbagai industri, baik sebagai bahan baku maupun sebagai bahan sampingan. Oleh karena itu, pemilihan lokasi pendirian pabrik akan sangat menguntungkan apabila didirikan pada suatu

(32)

kawasan industri, dan dekat dengan konsumen. Sebagai daerah sentral, akses distribusi produk akan menjadi mudah menjangkau seluruh Indonesia, khususnya Pulau Jawa. Kabupaten Karanganyar juga memiliki banyak sekali industri tekstil yang membutuhkan selulosa asetat sebagai bahan baku. Selain itu, industri rokok umumnya terkonsentrasi di Jawa Timur dan Jawa Tengah, namun konsumsi rokok menyebar di seluruh wilayah di Indonesia.

4. Utilitas

Menurut Badan Pusat Statistik Indonesia, Jawa Tengah merupakan provinsi dengan daya listrik terbesar keempat di Indonesia, dengan distribusi listrik mencapai 29.516 GWh.

5. Sumber air

Kabupaten Karanganyar dilewati oleh sungai terpanjang dan terbesar di pulau Jawa, yaitu Sungai Bengawan Solo, dan cukup dekat dengan wilayah pantai. Jarak lokasi pabrik ke Sungai Bengawan Solo hanya 400 m, sehingga mempermudah akses air pada pabrik.

6. Buruh

Menurut Badan Pusat Statistik Karanganyar, Upah Minimum Kabupaten Karanganyar tahun 2021 sebesar Rp 2.055.000,00. Menurut Badan Pusat Statistik Jawa Tengah, jumlah angkatan kerja di Jawa Tengah pada tahun 2021 mencapai 18,82 juta orang.

7. Iklim dan gempa

Kondisi geografis memiliki dampak yang besar terhadap kelangsungan produksi suatu pabrik. Lokasi pabrik lebih baik terletak di daerah yang relatif aman dari gangguan bencana alam seperti banjir, gempa bumi, tanah longsor, dan lain sebagainya.

8. Faktor politik, sosial dan hukum

Kabupaten Karanganyar merupakan kawasan industri yang artinya pembangunan pabrik bukan masalah bagi pemerintah. Pembangunan pabrik baru dapat memberi dampak positif khususnya di Kabupaten Karanganyar karena dapat menambah lapangan pekerjaan yang bisa menurunkan angka pengangguran, dan meningkatkan pendapatan daerah, sehingga pembangunan dapat terus berjalan dan kesejahteraan masyarakat akan meningkat.

(33)

Imanuel Glenn Bernoulli L (18/425151/TK/46846) BAB II

URAIAN PROSES

Bahan baku cotton dengan fasa padat disimpan di dalam storage (S-01) pada kondisi suhu 30 ⁰C dan tekanan 1 atm. Cotton yang disimpan mengandung 99% α-cellulose ((C6H7O2(OH)3)x) dan 1% air (H2O). Asam asetat anhidrid ((CH3CO)2O) dengan fasa cair disimpan di dalam storage tank pada kondisi suhu 30 ⁰C dan tekanan 1 atm. Cotton dibawa menuju ke reaktor (R-01) menggunakan pneumatic conveyor (PC-01) dan asam asetat anhidrid dialirkan ke reaktor (R-01) menggunakan bantuan pompa (P-01). Asam sulfat 98% pada fase cair sebagai katalis disimpan di dalam storage tank (ST-03) dengan kondisi suhu 30 ⁰C dan tekanan 1 atm. Katalis asam sulfat 98% dialirkan ke reaktor menggunakan pompa (P-03). Asam asetat glasial fase cair yang digunakan sebagai solven untuk tahap aktivasi selulosa asetat disimpan di dalam storage tank (ST-02) dengan suhu 30 ⁰C dan tekanan 1 atm. Asam asetat dialirkan menuju reaktor menggunakan pompa (P-02). Tidak ada pre-treatment pada cotton dan air karena kondisinya sudah sesuai dengan standar umpan pada reaktor (R-01).

Pertama-tama, di dalam reaktor (R-01) terjadi reaksi aktivasi α-cellulose oleh asam asetat glasial untuk menghasilkan selulosa. Kemudian terjadi reaksi asetilasi antara selulosa dengan asam asetat anhidrid sesuai dengan reaksi berikut.

Reaksi asetilasi selulosa asetat:

(C6H7O2(OH)3)x + (CH3CO)2O ^𝐻→ (C²^𝑆𝑂⁴ 6H7O2(OCOCH3)3)x +3CH3COOH (4) (selulosa) (asetat anhidrid) (selulosa asetat) (asam asetat) Pada reaksi tersebut, digunakan katalis sebanyak 10% dari jumlah bahan baku selulosa.

Larutan yang digunakan saat asetilasi menggunakan komposisi asam asetat anhidrid sebesar 40% dan asam asetat glasial sebesar 60% dengan jumlah 10% lebih banyak kebutuhan stoikiometri (Kirk & Othmer, 1995).

Setelah reaksi asetilasi selulosa asetat, dilanjutkan dengan reaksi hidrolisis yang terjadi di dalam Hydrolizer (H-01). Pada tahap ini, selulosa asetat yang terbentuk kemudian dimatangkan (ripening step) dengan cara hidrolisis. Pada suhu 50 ⁰C dan tekanan 1 atm. Tahap

(34)

ini juga berfungsi untuk menghentikan tahap asetilasi dan menghidrolisis asam asetat anhidrid menjadi asam asetat seperti pada reaksi berikut.

(CH3CO)2O + H2O → 2CH3COOH (5)

(asetat anhidrid) (air) (asam asetat)

Pada tahap ini, kadar air dibuat menjadi 15% dengan menambahkan asam asetat 70%

secukupnya sehingga cukup untuk hidrolisis kemudian diaduk (Kirk & Othmer, 1995). Asam asetat 70% diperoleh dengan mencampurkan asam asetat glasial (asam asetat 99%) dengan air (H2O) di dalam mixer (M-01). Asam asetat glasial diperoleh dari storage tank (ST-02) yang dialirkan menggunakan pompa (P-02), sedangkan air diperoleh dari storage tank (ST-04) yang dialirkan menggunakan pompa (P-05). Asam asetat 70% hasil campuran disimpan di dalam storage tank (ST-06) pada fase cair dengan suhu 30 ⁰C dan tekanan 1 atm.

Setelah proses hidrolisis selesai, larutan hasil reaksi di hydrolizer (H-01) dialirkan menuju neutralizer (N-01). Kemudian di neutralizer (N-01), terjadi reaksi netralisasi. Reaksi netralisasi berfungsi untuk menghentikan reaksi hidrolisis. Reacting agent yang digunakan pada proses netralisasi adalah natrium asetat fasa cair (CH3COONa) yang disimpan didalam storage tank (ST-05) dengan kondisi suhu 30 ⁰C dan tekanan 1 atm. Natrium asetat dialirkan menuju neutralizer (N-01) menggunakan pompa (P-06). Pada neutralizer (N-01) terjadi reaksi netralisasi seperti berikut.

2CH3COONa + H2SO4 → Na2SO4 + 2CH3COOH (6)

(natrium asetat) (asam sulfat) (natrium sulfat) (asam asetat)

Proses selanjutnya adalah presipitasi. Proses presipitasi terjadi di dalam precipitator (P- 01). Proses inibertujuan untuk mengubah selulosa asetat menjadi bentuk serpihan-serpihan kecil (flakes). Pada proses ini ditambahkan larutan asam asetat encer dengan konsentrasi 30%

dan dilakukan pengadukan dengan cepat, sehingga timbul produk selulosa asetat yang memiliki bentuk flakes (Kirk & Othmer, 1995).

Campuran yang keluar dari precipitator (P-01) kemudian dialirkan menuju rotary washer screen (RS-01) untuk dilakukan pemisahan flakes dari cairan dan pencucian. Output yang keluar dari rotary screen washer (RS-01) di-recycle ke precipitator (P-01) untuk digunakan kembali sebagai bahan proses presipitasi.

(35)

Sisa asam asetat yang tidak dialirkan kembali ke precipitator (P-01) dialirkan ke mixer (M-02) settler counter current untuk proses ekstraksi agar terjadi recovery asam asetatnya. Di dalam mixer (M-02), asam asetat dicampur dengan solvent organik berupa etil asetat. Etil asetat sebagai solvent organik berfungsi untuk memisahkan asam asetat dari pengotor. Asam asetat akan terekstrak oleh solven organik, sehingga terbentuk asam asetat yang terlarut dalam solvent organik, kemudian antara pengotor dan solvent organik akan dipisahkan di dalam decanter (Dc-01). Asam asetat yang terlarut dalam solvent organik tadi dialirkan ke menara distilasi (MD-01) untuk dipisahkan. Asam asetat yang sudah terpisah dari pengotor dan solvent organik dialirkan kembali ke storage tank (ST-02) supaya bisa digunakan kembali sebagai bahan pembuatan selulosa asetat. Sementara etil asetat yang sudah dipisahkan dari asam asetat akan digunakan kembali sebagai solvent organik.

Produk flakes selulosa asetat yang keluar dari rotary screen washer (RS-01) kemudian dibawa menuju centrifuge (Cf-01) menggunakan screw conveyor (SC-01). Di dalam centrifuge (Cf- 01), flakes selulosa asetat dipisahkan dari cairan pengotor, kemudian cairan pengotor yang sudah dipisahkan dikirim ke unit pengolahan limbah untuk diproses lebih lanjut. Flakes selulosa yang sudah bersih dari pengotor dibawa menuju rotary dryer (RD-01) menggunakan belt conveyor (BC-01) untuk menghilangkan sisa air di dalam flakes. Produk selulosa asetat yang sudah jadi kemudian dibawa ke silo penyimpanan (Si-01) menggunakan pneumatic conveyor (PC-02)

(36)

Imanuel Glenn Bernoulli L (18/425151/TK/46846) BAB III

SPESIFIKASI BAHAN 3.1. Bahan Baku

Bahan baku utama yang digunakan pada pabrik selulosa asetat meliputi cotton dan asam asetat anhidrid. Bahan baku cotton diperoleh dengan cara import dari luar negeri, terutama Cina. Sementara untuk bahan baku asam asetat anhidrid juga diperoleh dengan cara import dari luar negeri. Berikut spesifikasi dari bahan baku pabrik selulosa asetat:

Cotton / Selulosa

Rumus molekul : [C6H7O2(OH3)]x

Wujud : serat putih Densitas : 1.47 g/cm³ Kapasitas panas : 0.32 cal/g.^oC

Komposisi : α-Cellulose 99% dan H2O 1%

Flash point : - Auto-ignition temp : - Lower flammability limit : - Upper flammability limit : -

LD50 : -

Harga : $ 1,42/kg

Asam Asetat Anhidrid

Rumus molekul : (CH3CO)2O

Wujud : cair, tidak berwarna Berat molekul : 102.09 g/mol Titik didih : 139.6 ^oC Titik leleh : -73.1 ^oC Densitas : 1.08 g/cm³

Kelarutan dalam air : 602,9 g/l pada 25 °C, 1.013 hPa, larut sepenuhnya Kapasitas panas : 0,409 cal/g.^oC (50 ^oC)

(37)

Komposisi : Asetat Anhidrid 98% dan Asam Asetat 2%

Flash point : 49 ôC (closed cup), 51 ôC (open cup) Auto-ignition temp : 316 ôC

Lower flammability limit : 2.7 % Upper flammability limit : 10.3 %

LD50 : 1780 mg/kg (rat)

Harga : $ 1,21/kg

3.2. Bahan Pendukung

Bahan pendukung yang digunakan yakni asam asetat glasial yang digunakan sebagai solven untuk tahap aktivasi selulosa, natrium asetat yang digunakan sebagai zat untuk menetralkan pada tahap netralisasi, dan diethyl ether yang digunakan sebagai pelarut (solven). Berikut spesifikasi bahan pendukung yang digunakan:

Asam Asetat Glasial

Rumus molekul : CH3COOH

Wujud : cair, tidak berwarna Berat molekul : 60.05 g/mol

Titik didih : 118.1 ^oC

Titik leleh : 16.6 ^oC Densitas : 1.049 g/cm³

Kelarutan dalam air : 602,9 g/l pada 25 °C, 1.013 hPa, larut sepenuhnya Kapasitas panas : 0,503 cal/g.^oC (50 ^oC)

Komposisi : Asam Asetat 99 %, H2O 1 %

Flash point : 39 ôC (closed cup), 43 ôC (open cup) Auto-ignition temp : 463 ôC

Lower flammability limit : 4 % Upper flammability limit : 19.9 %

LD50 : 3310 mg/kg (rat)

Harga : $ 0,42/kg

Natrium Asetat

Rumus molekul : CH3COONa

(38)

Imanuel Glenn Bernoulli L (18/425151/TK/46846) Wujud : cair, tidak berwarna Berat molekul : 82.03 g/mol

Titik didih : 122 ^oC

Densitas : 1.32 g/cm³

Kelarutan dalam air : 170.15 g / mL (100 ºC), larut dalam air Kapasitas panas : 0,4095 cal/g.^oC (50 ^oC)

Komposisi : Natrium Asetat 60 % dan H2O40 % Flash point : > 250 ° C

Auto-ignition temp : 607 °C Lower flammability limit : - Upper flammability limit : -

LD50 : 3530 mg/kg (rat)

Harga : $ 0,53/kg

Etil Asetat

Rumus molekul : CH3COOC2H5

Wujud : cair, tidak berwarna Berat molekul : 88,11 g/mol Titik leleh : -83 ^oC Titik didih : 77 ^oC

Densitas : 0.9020 g/cm³

Kelarutan : kelarutan dalam air 6.4 g/100 g air (25 ^oC) Kelarutan air dalam ethyl acetate (1.24 g air / 100 mL ethyl acetate) Kapasitas panas : 169,90 J/mol/K (25 ^oC)

Flash point : -4,4 ôC (closed cup), 7,2 ôC (open cup) Auto-ignition temp : 426,67 ôC

Lower flammability limit : 2,2 % Upper flammability limit : 9 %

Harga : $0,95/kg