bab 1 proposal
TRANSCRIPT
PROPOSAL
PENGAJUAN TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK DIMETIL ADIPAT DARI ASAM ADIPAT
DAN METANOL DENGAN KAPASITAS 70.000 TON/TAHUN
Diajukan sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh
Gelar Sarjana Program Studi Teknik Kimia
Oleh :
ADELINA IMELDA T. H1D109014ADITYA NUGROHO H1D109039
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT
BANJARBARU
2013
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik
Indonesia adalah negara berkembang yang sedang melaksanakan
pembangunan dan pengembangan di berbagai sektor, khususnya sektor industri.
Kemajuan dalam sektor industri ini diharapkan dapat meningkatkan kesejahteraan
rakyat. Dalam mengembangkan sektor industri ini dilaksanakan dengan beberapa
tahap dan melalui peningkatan hubungan sektor industri dengan sektor lainnya.
Salah satu contoh sektor industri yang dikembangkan di Indonesia adalah
industri kimia, dan diharapkan dapat memberikan kontribusi yang besar bagi
pendapatan negara. Dengan kebutuhan industri-industri kimia saat ini, maka
kebutuhan bahan baku industri kimia pun semakin meningkat. Bahan baku
industri ada yang berasal dari dalam negeri dan ada juga yang masih di impor.
Dimetil Adipat (DMA) merupakan senyawa yang disintesis melalui proses
esterifikasi asam adipat (AA) dan metanol (MeOH) atau melalui proses
hidrogenasi dimetil hex-3-endioat. Dimetil Adipat digunakan untuk sebagai
intermediet dalam pembuatan polimer, plasticizer dalam produksi resin kertas dan
selulosa, serta paint remover dimana pemenuhan kebutuhan Dimetil Adipat
tersebut masih mengandalkan impor.
Pertimbangan dalam pendirian pabrik Dimetil Adipat di Indonesia adalah
sebagai berikut :
1. Pendirian pabrik Dimetil Adipat dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri
(mengurangi kebutuhan impor dan sekaligus mengurangi ketergantungan
terhadap negara lain).
2. Menghemat devisa negara.
3. Membuka lapangan kerja baru sehingga menurunkan tingkat pengangguran.
4. Membuka peluang bagi pengembangan-pengembangan industri yang
memerlukan Dimetil Adipat sebagai bahan baku, sehingga tercipta
diversifikasi produk yang mempunyai nilai ekonomi lebih tinggi.
Selain itu, bahan baku yang mudah didapatkan, ketersediaan sumber daya
alam, modal dan IPTEK serta ketersediaan sumber daya manusia yang terampil
juga terlatih memungkinkan pabrik ini untuk didirikan di Indonesia agar
meningkatkan sumber daya ekonomi dan kesejahteraan rakyat Indonesia.
Keberadaan pabrik Dimetil Adipat ini diharapkan dapat menjadi pendorong dan
menggerakkan perkembangan industri-industri kimia yang menggunakan produk
ini, baik sebagai bahan baku utama maupun bahan baku penunjangnya.
1.2 Penentuan Kapasitas Perancangan
Dimetil Adipat adalah senyawa hasil reaksi esterifikasi antara Asam
Adipat dengan Metanol. Dimetil Adipat digunakan sebagai intermediet pembuatan
polimer dan agrochemical, sebagai pelarut khusus (tinta, bahan pelapis, bahan
perekat), penghilang rasa sakit dan juga digunakan sebagai paint remover.
Banyaknya industri-industri di Indonesia yang membutuhkan Dimetil Adipat
seperti :
Tabel 1.1 Konsumen Dimetil Adipat Indonesia
Industri Lokasi
PT. GT Petrochem Indonesia Tangerang
PT. Panasia Indosyntec Tangerang
PT. Indorama Synthetic Purwakarta
PT. Davindo Jaya Sakti Bekasi
PT. Megah Gumilang Chemikatama Tangerang
(Anonim1, 2013).
Sedangkan banyaknya kebutuhan Dimetil Adipat di Indonesia adalah
sebagai berikut:
Tabel 1.2 Data Impor Dimetil Adipat di Indonesia
Tahun Jumlah(ton)
2007 1052,693
2008 2652,987
2009 2351,545
2010 2820,314
2011 3781,437
(Sumber : Anonim4, 2013).
Dengan melihat data di atas, diperoleh kenaikan kebutuhan Dimetil Adipat
di Indonesia adalah 48,66% per tahun. Jika pabrik direncanakan berdiri pada
tahun 2019 maka perkiraan kebutuhan Dimetil Adipat dapat dihitung dengan
persamaan regresi linier.
2006 2007 2008 2009 2010 2011 20120
5001000150020002500300035004000
f(x) = 562.4815 x − 1127493.5383
Tahun
Kapa
sitas
(ton
/tah
un)
Gambar 1.1 Kebutuhan Dimetil Adipat di Indonesia
Dari gambar 1.1 diperoleh regresi linier:
y = 562,4x – 1000000
dari persamaan tersebut, diperkirakan kebutuhan Dimetil Adipat pada tahun 2019
sebesar 135485,6 ton.
Sedangkan kebutuhan dunia akan Dimetil Adipat yang diperoleh dari data
ekspor Dimetil Adipat di Indonesia adalah sebagai berikut :
Tabel 1.3 Data Ekspor Dimetil Adipat di Indonesia
Tahun Jumlah(ton)
2007 3,040
2008 0
2009 0,264
2010 46,360
2011 0
(Sumber : Anonim4, 2013).
Dengan melihat data di atas, jika pabrik direncanakan berdiri pada tahun
2019 maka perkiraan ekspor Dimetil Adipat dapat dihitung dengan persamaan
regresi linier.
2006 2007 2008 2009 2010 2011 201205
101520253035404550
f(x) = 4.028 x − 8082.3192R² = 0.097431034190391
Tahun
Kapa
sitas
(ton
/tah
un)
Gambar 1.2 Expor Dimetil Adipat dari Indonesia
Dari gambar 1.2 diperoleh regresi linier:
y = 4,028x – 8082
dari persamaan tersebut, diperkirakan pengiriman Dimetil Adipat pada tahun 2019
sebesar 50,532 ton.
Berdasarkan data impor dan ekspor dari tahun 2007 – 2011 dapat
diketahui bahwa permintaan Dimetil Adipat terus meningkat. Peningkatan
tersebut menjadi pertimbangan dalam pendirian pabrik Dimetil Adipat.
Dengan data ekspor dan impor Dimetil Adipat di Indonesia saat ini,
diperkirakan pada tahun 2019 kebutuhan Dimetil Adipat di Indonesia akan
semakin meningkat baik untuk kebutuhan di dalam maupun luar negeri. Dengan
pertimbangan data kebutuhan dan expor Dimetil Adipat serta pendirian pabrik
Dimetil Adipat untuk pertama kalinya di Indonesia maka ditetapkan perancangan
awal pabrik Dimetil Adipat yang direncanakan didirikan tahun 2019 dengan
kapasitas 70.000 ton/tahun yaitu 50% dari kapasitas minimum.
Selain itu, keberadaan bahan baku juga perlu dipikirkan untuk berdirinya
pabrik ini.
Tabel 1.5 Data Kapasitas pabrik penghasil bahan baku
No
.Pabrik Produk Kapasitas (ton/tahun)
1. PT. Medco Metanol Bunyu Metanol 330.000
2. PT. Kaltim Metanol Industri Metanol 660.000
3. PT. Johnson Chemical Company Asam Adipat 30.000
4. PT. Lara Chemicals Co. Ltd Asam Adipat 25.000
5. Taiyuan Lanlang Technology Corp. Amberlyst 35 wet 6.000
(Anonim2, 2013)
Jadi, keberadaan pabrik yang memproduksi Dimetil Adipat di Indonesia
sangat diperlukan dengan tujuan sebagai berikut:
1. Pemenuhan kebutuhan Dimetil Adipat dalam negeri.
2. Membuka lapangan kerja dalam negeri yang lebih luas.
3. Menarik investor asing untuk menanamkan modalnya dalam perkembangan
industri di Indonesia.
1.3 Tinjauan Pustaka
Dibasic Acid seperti Asam Adipat (AA) dan Asam Glutarat adalah limbah
yang dihasilkan dari tanaman caprolactam. Komponen limbah ini dapat
direcovery dengan metanol untuk membentuk dimetil ester melalui serangkaian
reaksi esterifikasi. Produk-produk utama dari esterifikasi yaitu dimetil adipat
(DMA) dan dimetil glutarat (DMG) yang merupakan komponen utama dari
campuran Dibasic Esters (DBE), umumnya digunakan sebagai paint remover.
Dibasic Esters (DBE) telah diakui sebagai potential green solvent untuk
menggantikan pelarut organik yang memiliki volatilitas dan toksisitas yang tinggi
dalam industri. Esterifikasi asam adipat dengan metanol merupakan salah satu
reaksi utama yang terjadi pada proses distilasi reaktif terdiri dari dua reaksi
reversibel dengan intermediet asam adipat yaitu monometil ester
(Chan, et al, 2010).
Ester dan poliester merupakan turunan penting dari derivativ asam adipat.
Asam ini direaksikan dengan alkohol membentuk mono- atau diester. Walaupun
sering digunakan katalis asam dalam prosesnya, konversinya dapat ditingkatkan
dengan menghilangkan air dari produk. Metil ester adalah material penting dalam
industri, karena senyawa tersebut sangat mudah didistilasi atau dimurnikan.
Diester dengan rantai molekul yang sedang (8-10 rantai karbon) adalah komponen
yang penting, biasanya digunakan sebagai plasticizer dan PVC resin.
(Kirk Othmer, 1981).
Ester diturunkan dari asam karboksilat. Sebuah asam karboksilat
mengandung gugus –COOH, dan pada sebuah ester hidrogen digugus ini
digantikan oleh sebuah gugus hidrokarbon dari beberapa jenis. Reaksi esterifikasi
berlangsung lambat dan dapat balik (reversibel). Persamaan untuk reaksi antara
sebuah asam RCOOH dengan sebuah alkohol R’OH (dimana R dan R’ bisa sama/
berbeda) adalah sebagai berikut :
RCOOH + R’OH RCOOR’ + H2O
(Fessenden, 1982).
Dimetil Adipat dapat dibuat dalam skala besar dan biasanya tersedia dalam
bentuk butiran berbentuk tepung. Dimetil Adipat pada suhu kamar berwujud
kristal berwarna putih. Pembentukan dimetil adipat memiliki temperatur
maksimum 70oC dan dimetil adipat banyak digunakan pada aplikasi seperti
agrochemical, resin kertas, selulosa dan paint remover. Dimetil Adipat memiliki
rumus molekul : C8H14O4 atau COOCH3 – (CH2)4 – COOCH3 yang dapat dilihat
dari reaksi di bawah ini :
(Chan, et al, 2010).
1.4 Macam-Macam Proses
Senyawa Dimetil Adipat dapat diperoleh melalui berbagai proses seperti :
1. Hidrogenasi dimetil hex-3-endioat
dimetil hex-3-endioat hidrogen dimetil adipat
Dimetil Adipat diperoleh dari reaksi antara dimetil hex-3-endioat dengan
gas hidrogen pada suhu 150oC dan tekanan 10,5-70,31 atm dengan konversi 90%
menggunakan reaktor fluidized bed. Reaksi hidrogenasi ini menggunakan katalis
logam (Kesling, 1980).
2. Esterifikasi asam adipat dengan metanol
Esterifikasi asam adipat dengan metanol ini terjadi pada suhu 60oC pada
tekanan 1 atm menghasilkan konversi sebesar 92,1% menggunakan CSTR
(Continous Stirred Tank Reactor). Pada reaksi ini digunakan katalis asam
Amberlyst 35wet. Reaksi terjadi secara seri-paralel dimana monometil adipat
sebagai produk perantara(Chan, et al, 2010).
Dari kedua macam proses diatas maka dipilih proses esterifikasi asam adipat dan
metanol dengan pertimbangan sebagai berikut :
ParameterProses
Esterifikasi Hidrogenasi
Bahan Baku Asam Adipat & Metanol dimetil hex-3-endioat & H2
Fase Bahan Baku Padat - Cair Cair-Gas
Konversi 92,1% 90%
Jenis Reaktor CSTR Fluidized bed
Tekanan Operasi 1 atm 10,5-70,31 atm
Reaksi esterifikasi asam adipat dengan metanol terjadi secara seri-paralel bersifat
reversibel orde 2 dengan konversi 92,1% terhadap asam adipat pada tekanan 1 atm
dan suhu 60o C. Dipandang dari segi termodinamika reaksi berjalan secara
endotermis sehingga memerlukan panas untuk menghasilkan produk
(Chan, et al, 2010).
Persamaan untuk mencari kinetika reaksi adalah sebagai berikut :
Misal :
1. Asam Adipat : CAA
2. Metanol : CMeOH
3. Monometil Adipat : CMMA
4. Dimetil Adipat : CDMA
5. Air : Cw
Untuk reaksi pertama :
K1 eq=k1
k2
−r A A=−dC AA
dt=k 1C AAC MeOH−k2 CMMA CW
¿k1[C AA CMeOH− 1K1 eq
CMMA CW ]CMMA=CAA 0−C AA......................................................................................(1)
CMeOH=C MeOH 0 – (C ¿¿ AA 0−C AA)=CMeOH−C MMA ¿.................................(2)
CW=CMMA....................................................................................................(3)
Substitusi :
1k1
xdC MMA
dt=[CAA 0−CMMA ] [CMeOH 0−C MMA ]− 1
K1 eq
x CMMA2
1k1
xdC MMA
dt=α+ β CMMA+γ CMMA
2
Dimana :
α=C AA 0 xCMeOH 0
β=−[C AA 0+CMeOH 0 ]
γ=1− 1K1 eq
Untuk reaksi kedua :
K2 eq=k3
k4
−r MM A=−dC MMA
dt=k3 CMMA CMeOH−k4 CDMA CW
¿k3 [CMMA C MeOH− 1K 2eq
CDMA CW ]CDMA=CMMA 0−CMMA..................................................................................(1)
CMeOH=C MeOH 0 – (C ¿¿ MMA 0−C MMA)=CMeOH 0−CDMA ¿............................(2)
CW=CDMA.......................................................................................................(3)
Substitusi :
1k3
xdC DMA
dt=[CMMA 0−CDMA ] [CMeOH−CDMA ]− 1
K2 eq
xC DMA2
1k3
xdC DMA
dt=α+ β CDMA+γ CDMA
2
Dimana :
α=CMMA 0 x CMeOH 0
β=−[CMMA 0+CMeOH 0 ]
γ=1− 1K2 eq
Menurut penelitian yang telah dilakukan Chan, et al (2010) persamaan k1, k2, k3 dan k4
diperoleh dengan menggunakan aplikasi MATLAB yaitu :
k 1=5,857 x106 exp (−4097,8T )
k 2=k1
K1
=5,857 x106 exp (−4097,8
T )0,997
k 3=2,024 x106exp (−4201,1T )
k 4=k 3
K2
=2,024 x106 exp (−4201,1
T )2,56
1.5 Kegunaan Produk
Kegunaan Dimetil Adipat di antaranya adalah sebagai plasticizer,
intermediet pembuatan polimer dan agrochemical, sebagai pelarut khusus (tinta,
bahan pelapis, bahan perekat), penghilang rasa sakit dan juga digunakan sebagai
paint remover.
1.6 Sifat-Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku dan Produk
1.6.1 Adipic Acid (AA)
Sifat-sifat fisika :
1. Rumus molekul : C4H8(COOH)2
2. Berat molekul : 146,142 gr/grmol
3. Titik didih : 337,5 oC (P : 760 mmHg)
4. Titik leleh : 152-154oC (P : 760 mmHg)
5. Densitas : 1,36 g/cm3
6. Kelarutan dalam air : 1,4 g/100 mL
7. Kelarutan dalam metanol : 1,079 mol/L
8. Wujud : bubuk atau kristal berwarna putih
9. Larut dalam pelarut organik seperti alkohol, dietil eter, aseton dll.
Sifat-sifat kimia :
Bereaksi dengan metanolmenghasilkan Dimetil Adipat
Dihasilkan dengan mengoksidasikan p-dimetil benzena
Dihasilkan dengan mengoksidasikan cyclohexanone dengan
menggunakan katalis kobalt.
Dihasilkan dengan polikondensasi hexamethyldiamine.
(Kirk Othmer, 1981).
1.6.2 Metanol
Sifat-sifat fisika :
1. Rumus molekul : CH3OH
2. Berat molekul : 32,042 gr/grmol
3. Titik didih : 64,7oC (P : 760 mmHg)
4. Titik leleh : -97,7oC (P : 760 mmHg)
5. Densitas : 0,791 g/cm3
6. Panas penguapan : 35278 kJ/kmol (pada 101,3 kPa)
7. Wujud : Cairan tak berwarna
8. Kelarutan dalam air : ∞
Sifat-sifat kimia :
bereaksi dengan adipic acid dengan menghasilkan dimetyl adipate.
Bereaksi dengan hidrogen menghasilkan formaldehid
Disintesis dari gas alam dengan process steam reforming.
(Kirk Othmer, 1981).
1.6.3 Amberlyst 35wet
Sifat-sifat fisika :
1. Rumus molekul : Sb3H
2. Suhu Operasimax. : 150oC (P : 760 mmHg)
3. Surface area : 50 m2/g
4. Diameter rata-rata : 300 Å
5. Wujud : Padatan kristal berwarna putih
Sifat-sifat kimia :
Digunakan sebagai katalis pada reaksi pembentukan Dimetil
Adipatdari adipic aciddan methanol.
Digunakan sebagai katalis pada reaksi alkilasi gasoline.
Digunakan sebagai katalis pada reaksi esterifikasi propionic acid
dan butanol.
(Rohm and Haas, 2006).
1.6.4 Dimetil Adipat
Sifat-sifat fisika :
1. Rumus molekul : C8H14O4
2. Berat Molekul : 174,2 g/gmol
3. Titik Didih : 228,7oC(P : 760 mmHg)
4. Titik leleh : 8oC (P : 760 mmHg)
5. Densitas : 1,039 g/cm3
6. Tekanan uap : 0,5mmHg (20oC)
7. Wujud : kristal berwarna putih
8. Kelarutan dalam air : 156 gr/L
9. Stabil, mudah terbakar, kompatibel dengan oksidator kuat, asam, basa
pereduksi.
Sifat-sifat kimia :
Dihasilkan dari reaksi antara adipic acid dengan methanol
menggunakan katalis Amberlyst 35
Dihasilkan dari reaksi antara cyclohexanone dengan dimethyl
carbonate.
(Schmitt, 2006).
1.6.5 Monomethyl Adipate
Sifat-sifat fisika :
1. Rumus molekul : C7H12 O4
2. Berat molekul : 160,17 g/gmol
3. Titik Didih : 291,6oC(P : 760 mmHg)
4. Titik leleh : 9oC (P : 760 mmHg)
5. Densitas : 1,1236 g/cm3
6. Tekanan uap : 0,004 mmHg (20oC)
7. Panas penguapan : 58,4 kJ/mol
8. Wujud : Cairan tak berwarna
9. Stabil, mudah terbakar, kompatibel dengan oksidator kuat, asam, basa
pereduksi.
Sifat-sifat kimia :
Dihasilkan dari reaksi antara adipic acid dengan methanol
menggunakan katalis Amberlyst 35
Tidak kompatibel sebagai oxidizing agent.
(Anonim3, 2013).