UAS -Bab 1 Skripsi- Muthma dan Franklin

MAKALAH PERANCANGAN PABRIK KIMIA

PRA RANCANGAN PABRIK ASAM ASETAT KAPASITAS 38.000 TON/TAHUN DARI METANOL DAN KATALIS RHODIUM MENGGUNAKAN PROSES MONSANTO

Guna Memenuhi Tugas Mata Kuliah Perancangan Pabrik Kimia

Dosen Pengampu Nita Indriyani, M.T

Disusun Oleh :

Muthmainnah Ely 142420120007

Franklin Sahuburua 142420120009

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS PENDIDIKAN MUHAMMADIYAH “UNIMUDA”

SORONG 2023

DAFTAR ISI

COVER... 1

DAFTAR ISI ... 2

DAFTAR GAMBAR ... 3

DAFTAR TABEL ... 4

I. LATAR BELAKANG PENDIRIAN PABRIK ... 5

II. PENENTUAN KAPASITAS PABRIK ... 6

II.1 Data Impor Ekspor ... 6

II.2 Kapasitas Pabrik yang Sudah Berdiri ... 7

III. PEMILIHAN LOKASI PABRIK ... 8

IV. TINJAUAN PUSTAKA... 9

IV.1 Dasar Reaksi ... 10

IV.2 Mekanisme Reaksi ... 11

IV.3 Pemilihan Proses ... 11

IV.4 Tinjauan Kinetika ... 13

IV.5 Tinjauan Termodinamika ... 13

V. Diagram Alir Kualitatif ... 15

DAFTAR PUSTAKA ... 16

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Grafik Impor dan Ekspor Asam Asetat ………. 7

Gambar 2. Lokasi Pabrik ………. 9

Gambar 3. Daur Katalitis Proses Monsanto ……… 11

Gambar 4. Diagram Alir Kualitatif ………. 15

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Data Negara Impor Asam Asetat ……… 5

Tabel 2. Data Impor – Ekspor Asam Asetat ……….… 6

Tabel 3. Spesifikasi Asam Asetat ……….…… 9

Tabel 4. Spesifikasi Metanol dan Karbon Monoksida ……….……….… 9

Tabel 5. Spesifikasi Rhodium dan Metana Iodida ……… 10

Tabel 6. Pertimbangan Pemilihan Proses Pembuatan Asam Asetat ……….………… 12

Tabel 7. Data Entalpi Pembentukan Pada 298 K ……….……….… 13

I. LATAR BELAKANG PENDIRIAN PABRIK

Sektor industri berperan sebagai faktor penggerak perekonomian nasional. Salah satunya adalah industri hulu khususnya industri kimia dasar (petrokimia). Industri hulu akan menghasikan bahan baku untuk industri hilir di berbagai sektor. Asam asetat digunakan sebagai bahan baku penunjang pada industri hilir. (Anisa Fitri dan Rahman Isnaeni, 2020)

Industri asam asetat perlu dikembangkan karena asam asetat memiliki pasar yang luas penggunaannya sebagai bahan dasar dalam industri kimia. Contohnya digunakan dalam industri plastik, farmasi, industri cat, industri karet, industri Purified Terepthalic Acid (PTA) dan lain-lain. Kebutuhan asam asetat di Indonesia masih belum tercukupi disebabkan kurangnya produsen lokal sampai saat ini. Sehingga masih mengandalkan impor untuk memenuhi kebutuhan akan asam asetat. Berdasarkan data (BPS, 2023) Indonesia saat ini masih mengimpor asam asetat sebanyak 26.000 ton/tahun per bulan Mei. Sedangkan keperluan asam asetat di beberapa Negara Asia Tenggara seperti Malaysia, Thailand, Vietnam mencapai 530.000.000 ton/tahun (UNData, 2019).

Dari data yang diperoleh maka industri asam asetat masih sangat berprospek di Indonesia, sehingga pabrik asam asetat di Indonesia masih sangat strategis didirikan.

Berikut adalah alasan mengapa industri asam asetat masih memiliki prospek yang baik:

a. Dapat meningkatkan pendapatan negara. Adanya pabrik asam asetat di Indonesia dapat menurunkan nilai impor karena kebutuhan asam asetat di dalam negeri telah terpenuhi.

Negara-negara impor asam asetat terdiri dari Australia, China, Perancis, Jerman, India, Jepang, Korea, Malaysia, Singapura, Switzerland, Taiwan, Thailand, UK dan US dengan posisi 5 negara impor terbesar sebagai berikut :

Tabel 1. Data Negara Impor Asam Asetat Kapasitas (ton/tahun)

Tahun Negara

Singapura Malaysia Korea China Taiwan 2018 31.721,926 36.815,201 2.028,639 109,612 233,28 2019 32.906,439 34.796,028 2.466,625 1.203,961 177,6 2020 29.896,403 31.545,937 2.414,392 1.511,452 155,52 2021 35.091,151 32.684,162 979,66 1.195,241 253,44 2022 40.608,713 26.398,97 1.016,4 45,824 100,8 Rata-rata

5 tahun terakhir

34.044,926 32.448,06 1.781,1432 813,218 184,128

(Badan Pusat Statistik, 2023) b. Sebagai penunjang bahan baku industri hilir. Sehingga dapat memacu pertumbuhan

industri lain dengan biaya produksi yang lebih murah.

c. Membuka lapangan kerja dan mengurangi tingkat pengangguran

II. PENENTUAN KAPASITAS PABRIK

Dalam menentukan kapasitas produksi pabrik asam asetat, ada beberapa faktor yang menjadi pertimbangan, yaitu kebutuhan impor (kebutuhan dalam negeri) dan kapasitas pabrik yang sudah ada di Indonesia, maka perhitungan kapasitas perancangan pabrik ini berdasarkan impor dan ekspor asam asetat.

II.1 Data Impor Ekspor

Berdasarkan data Badan Pusat Statistik (BPS) 2023, kebutuhan impor asam asetat di Indonesia dari tahun 2018 - 2022 adalah sebagai berikut :

Tabel 2. Data Impor – Ekspor Asam Asetat di Indonesia Tahun Kapasitas (ton)

Impor Ekspor 2018 70.963,87 1,27242 2019 71.599,05 2,6855 2020 65.591,791 9,443 2021 71.278,413 0,37373 2022 68.236,438 1,5535

(Badan Pusat Statistik, 2023) Untuk memproyeksikan kebutuhan asam asetat di Indonesia pada tahun 2030, maka dilakukan regresi linear dari data impor dan ekspor yang dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

y = -577.55x + 1E+06 R² = 0.1255 64000

66000 68000 70000 72000 74000

2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023

Kapasitas (ton/tahun)

Waktu (tahun)

Impor Asam Asetat

Gambar 1. Grafik Impor dan Ekspor Asam Asetat

Berdasarkan Gambar 1. Persamaan regresi linear untuk impor dan ekspor asam asetat adalah :

…… untuk impor ……… untuk ekspor

Sehingga di dapatkan proyeksi kebutuhan impor dan ekspor asam asetat pada tahun 2030 masing-masing sebesar -6.527,17 ton/tahun dan 354,39 ton/tahun.

II.2 Kapasitas Pabrik yang Sudah Berdiri

Indonesia memiliki beberapa pabrik asam asetat, yaitu PT. Indo Acidatama Chemical Industri (IACI) dengan kapasitas 36.600 ton/tahun (Wikipedia. 2023), PT. Petrokimia Gresik dengan kapasitas 100.000 ton/tahun, dan PT. Polychem Indonesia Tbk dengan kapasitas 36.000 ton/tahun (Kimia101.

2023). Dengan asumsi, sampai tahun 2030, tidak ada pabrik baru yang berdiri, maka proyeksi produksi dalam negeri pada tahun 2030 hanya sebesar 172.600 ton/tahun. Oleh karena itu, tetap dibutuhkan pabrik asam asetat untuk memenuhi kebutuhan asam asetat di dalam negeri dan menghindari ketergantungan luar negeri dimasa depan.

Untuk mengetahui jumlah kapasitas produksi pabrik asam asetat menggunakan supply and demand. Dengan diperkirakannya kebutuhan asam asetat akan meningkat setiap tahun, maka butuh proyeksi produksi, impor, ekspor, dan konsumsi.

Berikut ini merupakan data perhitungan konsumsi asam asetat : Produksi : 172.600 ton/tahun

y = -0.175x + 356.49 R² = 0.0057

0 2 4 6 8 10

2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023

Kapasitas (ton/tahun)

Waktu (tahun)

Ekspor Asam Asetat

Impor rata-rata

(2018 – 2022) : 69.533,91 ton/tahun Ekspor rata-rata

(2018 – 2022) : 3,065 ton/tahun Supply = Demand

Produksi + impor = konsumsi + ekspor 172.600 + 69.533,91 = konsumsi + 3,065 241.533,91 - 3,065 = konsumsi

Konsumsi = 241.530,845 ton/tahun

Berdasarkan perhitungan tersebut, didapatkan kapasitas konsumsi asam asetat per tahunnya. Maka, kapasitas perancangan pabrik asam asetat tahun 2030 pada pra rancangan pabrik ini ditetapkan dapat menggunakan perhitungan Analisa Regresi Polinomial Order 2 dimana R² mendekati 1 yang terdapat di bagian data impor ekspor diatas, sehingga supply dan demand asam asetat pada 2030 masing- masing adalah 166.072,83 ton/tahun dan 241.885,235 ton/tahun.

Penentuan kapasitas pabrik asam asetat berdasarkan supply and demand :

Berdasarkan perhitungan diatas, didapatkan peluang kapasitas sebesar ton. Maka kapasitas perancangan pabrik asam asetat tahun 2030 pada pra rancangan pabrik ini ditetapkan sebesar 50% dari besarnya peluang, yaitu sebesar 37.906,2025 ton/tahun atau dibulatkan menjadi 38.000 ton/tahun.

Perhitungan diatas menentukan kapasitas pabrik asam asetat yang akan didirikan sebesar 38.000 ton/tahun pada tahun 2030, berdasarkan pertimbangan ketersediaan bahan baku di dalam negeri sudah mencukupi dan mempertimbangkan kapasitas pabrik yang sudah ada dengan kapasitas terendah yaitu 30.000 ton/tahun yang sudah mampu memberikan keuntungan. Selain itu, dengan kapasitas 38.000 ton/tahun juga dapat memenuhi kebutuhan asam asetat dalam negeri. Pabrik asam asetat ini juga diharapkan dapat membantu perekonomian Indonesia dan dapat membantu pemerintah dalam menjadikan industri kimia sebagai salah satu penggerak perekonomian nasional.

III. PEMILIHAN LOKASI PABRIK

Pemilihan lokasi pabrik sangat penting, karena berhubungan langsung dengan kemajuan dan nilai ekonomis dari pabrik yang akan didirikan. Oleh karena itu, lokasi pendirian pabrik ini sangat menentukan kesuksesan industri baik dalam jangka pendek maupun jangka panjang. Pertimbangan utama, yaitu lokasi yang dipilih harus

memberikan distribusi dan biaya yang minimum dengan tetap memperhatikan ketersediaan tempat untuk kondisi yang aman dalam operasi pabrik dan pengembangan pabrik. Pabrik Asam Asetat dari Metanol dan Karbon Monoksida ini direncanakan akan didirikan di Kasim Kota Sorong, Papua Barat Daya dengan titik koordinat 1°20'08"S 131°00'46"E (Google Earth. 2023). Penentuan lokasi tersebut berdasarkan dekatnya lokasi distribusi bahan baku metanol serta dekat dengan sumber air yang berasal dari laut.

Gambar 2. Lokasi Pabrik

IV. TINJAUAN PUSTAKA a. Produk

Tabel 3. Spesifikasi Asam Asetat Parameter Asam Asetat Glasial

(CH3COOH)

Keadaan fisik Cair

Warna Tidak berwarna

Bau Pedih

Titik lebur/titik beku 16,64^oC

Titik didih awal/rentang didih 117,9^oC pada 1.013,25 hPa

Titik nyala 39^oC

Suhu kritis 463^oC

pH (20^oC) 2,5 pada 50 g/L

Viskositas kinematis (20^oC) 1,17 mm²/s Viskositas dinamis (20^oC) 1,05 mPa,s

Tekanan uap (25^oC) 20,79 hPa

Densitas (25^oC) 1,04 g/cm³

Kelarutan air sepenuhnya 602,9 g/L

(Sumber : MSDS, Merck., 2023)

b. Bahan Baku

Tabel 4. Spesifikasi Metanol dan Karbon Monoksida

Parameter Bahan

Karbon Monoksida (CO)

Metanol (CH3OH)

Keadaan fisik Gas Cair

Warna Tidak berwarna Tidak berwarna

Titik lebur/titik beku -205^oC -98^oC

Titik didih awal/rentang didih -191,5^oC 64,7^oC

Titik nyala - 9,7^oC

Suhu kritis - 455,0^oC pada 1.013 hPa

pH - -

Viskositas kinematis - 0,54 – 0,59 mm²/s pada

20^oC Viskositas dinamis - >0,544 – <0,59 mPa,s pada 20^oC

Tekanan uap - 169,27 hPa pada 25^oC

Densitas - 0,791 g/L pada 25^oC

Kelarutan air sepenuhnya - 1.000 g/L pada 20^oC

(Sumber : MSDS, Merck., 2023) c. Katalis

Tabel 5. Spesifikasi Rhodium dan Metana Iodida

Parameter Katalis Katalis Promotor Rhodium

(Rh)

Metana Iodida (CH₃I)

Keadaan fisik Serbuk (padat) Cair

Warna Abu-abu Tidak berwarna

Titik lebur/titik beku 1.966^oC -64^oC

Titik didih awal/rentang didih 3.727^oC 42-43^oC pada 1.013 hPa

Titik nyala - 32,1^oC pada 998,1 hPa

Suhu kritis - 350^oC pada 99,41 kPa

pH - 6,3 pada 21,1^oC

Viskositas kinematis - 0,23 mm²/s pada 10^oC

Viskositas dinamis - 830.71000,2 mm²/s pada

30^oC

Tekanan uap - 544 hPa pada 20^oC

1.660 hPa

Densitas 12,41 g/mL 2,275 g/cm³

Kelarutan air sepenuhnya - 8,66 g/L pada 20^oC

(Sumber : MSDS, Merck., 2023) IV.1 Dasar Reaksi

Proses Monsanto adalah salah satu jalan utama produksi asam asetat.

Proses ini memanfaatkan kimia organologam, menggunakan katalis Rhodium.

Proses Monsanto berjalan pada tekanan 30-60 atm dan temperatur 150-200˚C.

Proses ini memberikan selektivitas lebih besar dari 99% (UNKRIS Jakarta, 2023).

Adapun daur katalitis sebagai berikut :

Gambar 3. Daur Katalitis Proses Monsanto IV.2 Mekanisme Reaksi

Proses Karbonilasi Metanol Asam asetat dapat dibuat dengan metode karbonilasi secara langsung terhadap metanol dengan reaksi sebagai berikut:

CH3OH + CO → CH3COOH

Proses karbonilasi metanol dibagi menjadi dua yaitu proses Monsanto dan BASF. Mekanisme reaksi proses Monsanto ditinjau dari suhu operasi 150-200 °C dan tekanan operasi 30-60 atm dengan yield 99%.

IV.3 Pemilihan Proses

Proses produksi asam asetat terdapat 3 cara, yaitu : 1. Proses Karbonilasi Metanol

2. Proses Oksidasi Hidrokarbon 3. Proses Oksidasi Asetaldehid 1. Proses Karbonilasi Metanol

Reaksi karbonilasi adalah reaksi antara karbon monoksida dengan gugus fungsional yang mengandung oksigen secara katalitik menjadi senyawa organik. Kata karbonilasi pertama kali diperkenalkan oleh Walter Reppe dari BASF pada tahun 1938. Proses produksi dengan cara karbonilasi langsung terhadap metanol dengan reaksi sebagai berikut :

CH3OH + CO → CH3COOH

Dalam reaksi ini, metanol dan karbon monoksida bereaksi menghasilkan asam asetat. Proses karbonilasi metanol dibagi menjadi dua macam, yaitu proses BASF dan proses Monsanto.

a. Proses BASF

Pada proses ini campuran gas yang terdiri dari 90 – 95 % karbon monoksida 0 – 5% hidrogen, dan 5% metanol yang dilewatkan dalam reaktor dengan bahan tambahan di dalam reaktor yang berisi Cobalt Iodine.

b. Proses Monsanto

Proses Monsanto ini hampir serupa dengan proses BASF namun dengan penggunaan katalis yang lain, yaitu Rhodium kompleks dengan suhu operasi yang dapat diturunkan menjadi 150-200^oC dan tekanan operasi diturunkan menjadi 30-60atm dengan yield 99% (Maitlis, P. M., dkk., 1996).

2. Proses Oksidasi Hidrokarbon (n-butana)

Proses pembuatan asam asetat dengan mengoksidasi n-buatan dapat dilakukan pada fase cair. Saat reaksi terjadi di dalam reaktor dengan kondisi operasi tekanan 45 atm dan pada suhu 170^oC. Pada proses ini menggunakan bahan baku yaitu cobalt, yang digunakan sebagai katalis untuk mempercepat terjadinya reaksi. Reaksi yang terjadi sebagai berikut :

2C4H10 + 5O2 → 4CH3COOH + 2H2O 3. Proses Oksidasi Asetaldehid

Asam asetat dapat dibuat dengan cara mengoksidasi asetaldehid dengan oksigen dari udara. Reaksi ini terjadi dalam reaktor pada tekana 10 atm dan suhu 70 – 90^oC. Proses reaksi ini membutuhkan katalis Mangan Asetat untuk mempercepat terjadinya reaksi sehingga prose pembentukan asam asetat akan lebih cepat. Reaksi yang terjadi di dalam reaktor di bantu dengan menggunakan katalis (CH₃COO)₂Mn. Reaksi yang terjadi yaitu :

2CH3CHO + O2 → 2CH3COOH

Tabel 6. Pertimbangan Pemilihan Proses Pembuatan Asam Asetat No. Pertimbangan Oksidasi

Asetaldehid

Oksidasi Hidrokarbon

Karbonilasi Metanol BASF Monsanto 1 Bahan Baku Asetaldehid n-butana Metanol

dan CO

Metanol dan CO 2

Kondisi Operasi

50 – 60^oC 1 atm

150 – 230^oC 50 - 60 atm

230^oC 600 atm

150 – 200^oC 30 - 60 atm

3 Katalis Mangan

(Mn)

Cobalt (Co) Cobalt (Co)

Rhodium (Rh)

4 Yield 95% 50% 90% 99%

5 Konversi 94% 98% 90%

6 Biaya Operasi Rendah Rendah Tinggi Tinggi

7 Biaya Investasi Rendah Rendah Rendah Rendah Dari beberapa proses pembuatan asam asetat tersebut di atas, maka dipilih pembuatan asam asetat Proses Monsanto karena terdapat beberapa pertimbangan, yaitu :

1. Memiliki Yield reaksi tinggi yaitu antara 90-99 %

2. Prosesnya tidak terlalu rumit

3. Bahan baku diperoleh dari dalam negeri sehingga diperoleh dengan harga yang lebih murah

IV.4 Tinjauan Kinetika

Konstanta kecepatan reaksi pembuatan asam asetat dapat dinyatakan dalam persamaan:

Keterangan :

k : konstanta kecepatan reaksi A : pre exponential factor (1/jam) Ea : energi aktivasi (kkal/kmal) R : tetapan gas (kkal/mol.K) T : suhu operasi (K)

( )

( )

IV.5 Tinjauan Termodinamika

Tinjauan secara termodinamika digunakan untuk mengetahui sifat reaksi tersebut, membutuhkan panas (endotermis) atau melepaskan panas (eksotermis), dan juga untuk mengetahui arah reaksi, apakah reaksi tersebut berjalan searah (irreversible) atau berbalik (reversible). Berikut harga entalpi, energy gibbs dan konstanta kesetimbangannya yang diketahui (Yaws, 1999) :

Tabel 7. Data Entalpi Pembentukan Pada 298 K Komponen ΔH^of 298 K

(kJ/mol)

ΔG^of 298 K (kJ/mol)

Metanol (CH₃OH) -201,17 -162,51

Karbon dioksida (CO) -110,54 -137,28

Asam asetat (CH3COOH) -434,82 -376,69

ΔH^oreaksi = ∑ ΔHf produk - ∑ ΔHf reaktan

= (-434,82 kJ/mol) – (-201,17 + (-110,54)) kJ/mol

= -123,11 kJ/mol

Dari perhitungan ΔH^oreaksi diatas, maka dapat disimpulkan bahwa reaksi pembentukan asam asetat bersifat eksotermis (melepaskan panas).

ΔG^oreaksi = ∑ ΔG_f produk - ∑ ΔG_f reaktan

= (-376,69 kJ/mol) – (-162,51 + (-137,28)) kJ/mol

= -76,9 kJ/mol

Dari perhitungan ΔG^oreaksi diatas, maka dapat disimpulkan bahwa reaksi berlangsung secara spontan dengan nilai -76,9 kJ/mol.

Keterangan : K : Konstanta kesetimbangan pada 298 K ΔG^of : Energi bebas Gibbs standar (kJ/mol) R : Ketetapan gas (k/mol K)

T : Temperatur (K) ln K =

( ) (

) ( ) ln K = 31,038

K = 3,018

Untuk mengetahui apakah pada T_operasi = 423,15 K = 150^oC berjalan secara reversible atau irreversible, dapat dihitung mengunakan persamaan Van’t Hoff :

( )

( ) (

)

Karena konstanta kesetimbangan (K) > 1, hal ini berarti reaksi berjalan irreversible (searah).

V. Diagram Alir Kualitatif

Gambar 4. Diagram Alir Kualitatif

DAFTAR PUSTAKA

Badan Pusat Statistik, 2023. URL : Badan Pusat Statistik (bps.go.id)

Fitri, A. dan Isnaeni, R. 2020. Pra Rancangan Pabrik Asam Asetat Dari Etil Asetat Dengan Katalis Amberlyst-15 Melalui Proses Hidrolisis Kapasitas 33.000 Ton/Tahun. Jurnal Tugas Akhir Teknik Kimia, Vol. 5 No. 2. Universitas Lambung Mangkurat : Kalimantan Selatan.

Google Earth. 2023. Kasim (1°20'08"S 131°00'46"E), URL : Google Earth

Indo Acidatama. 2023. Wikipedia, URL : Indo Acidatama - Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas

Maitlis, P.M., Haynes, A., Sunley, G.J. and Howard, M.J. 1996. Metanol carbonylation revisited: thirty years on. Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions, (11), pp.2187- 2196.

MSDS. 2023. URL : Products | Pharmaceutical Research and Biotechnology Product Portfolio | Merck (merckmillipore.com)

Pabrik Asam Asetat di Indonesia. 2023. Kimia101, URL : Pabrik Asam Asetat Di Indonesia: Meningkatkan Industri Kimia Di Negeri Ini - Kimia101

Proses Monsanto. 2023. Pusat Ilmu Pengetahuan : UNKRIS Jakarta, URL : PROSES MONSANTO ~ Pusat Ilmu Pengetahuan (unkris.ac.id)

UNData, C. 2019: Acetic Acid. http://comtrade.un.org/data/

Yaws, C.L. 1999. “Chemical Properties Handbook Physical, Thermodynamic, Enviromental, Transport, Safety, and Health Related Properties For Organic and Inorganic Chemicals”, New York : Mc Graw Hill Book Companies, Inc.

Zakiyah, S.N. dan Nuraini, V.D. 2021. Prarancangan Pabrik Asam Asetat Dari Metanol Dan Karbon Monoksida Dengan Proses Monsanto Kapasitas 50.000 Ton/Tahun. Skripsi.

Universitas Islam Indonesia : Yogyakarta.