i NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK DIBUTYL PHTHALATE DARI PHTHALIC ANHYDRIDE DAN N-BUTANOL DENGAN KATALIS ASAM SULFAT KAPASITAS 12.500 TON/TAHUN Disusun oleh: Ali Mahmudi D 500 090 007 Dosen pembimbing: 1. Ir. Nur Hidayati, M.T., Ph.D. 2. Ir. Haryanto A.R., M.S. JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA SURAKARTA 2013
19
Embed
NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK DIBUTYL …eprints.ums.ac.id/26289/15/NASKAH_PUBLIKASI.pdf · i naskah publikasi prarancangan pabrik dibutyl phthalate dari phthalic anhydride
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
i
NASKAH PUBLIKASI
PRARANCANGAN PABRIK DIBUTYL PHTHALATE DARI PHTHALIC
ANHYDRIDE DAN N-BUTANOL DENGAN KATALIS ASAM SULFAT
KAPASITAS 12.500 TON/TAHUN
Disusun oleh:
Ali Mahmudi
D 500 090 007
Dosen pembimbing:
1. Ir. Nur Hidayati, M.T., Ph.D.
2. Ir. Haryanto A.R., M.S.
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SURAKARTA
2013
ii
iii
SURAT PERNYATAAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH
Bismillaahirrahmaanirrohiim
Yang bertanda tangan dibawah ini, saya:
Nama : Ali Mahmudi
NIM : D500 090 007
Fakultas/Jurusan : Teknik/Teknik Kimia
Jenis : Skripsi
Judul : Prarancangan Pabrik Dibutyl Phthalate dari Phthalic
Anhydride dan n-Butanol dengan Katalis Asam Sulfat
Kapasitas 12.500 Ton/Tahun
Dengan ini menyatakan bahwa saya menyetujui untuk:
1. Memberikan hak bebas royalti kepada Perpustakaan UMS atas penulisan karya ilmiah
saya, demi pengembangan ilmu pengetahuan,
2. Memberikan hak menyimpan, mengalihmediakan/mengalih formatkan, mengelola
dalam bentuk pangkalan data (database), mendistribusikannya, serta
menampilkannya dalam bentuk softcopy untuk kepentingan akademis kepada
Perpustakaan UMS, tanpa perlu meminta ijin dari saya selama tetap mencantumkan
nama saya sebagai penulis/pencipta,
3. Bersedia dan menjamin untuk menanggung secara pribadi tanpa melibatkan pihak
Perpustakaan UMS, dari semua bentuk tuntutan hukum yang timbul atas pelanggaran
hak cipta dalam karya ilmiah ini.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan semoga
dapat digunakan sebagaimana semestinya.
Surakarta, Juli 2013
Yang menyatakan
Ali Mahmudi
1
H2 SO4
A. PENDAHULUAN
Sebagai Negara berkembang Indonesia dituntut untuk selalu memperbaiki
sistem perekonomian. Upaya untuk meningkatkan sistem perekonomian tersebut
salah satunya adalah dengan memajukan sistem industrialisasi. Pasar bebas yang
dibuka seluas-luasnya merupakan salah satu alternatif agar terbangun industri
yang kompetitif. Industri kimia yang memproduksi bahan kimia hulu maupun
hasil olahannya merupakan contoh sektor industri yang kompetitif.
Salah satu industri kimia yang dinilai prospektif adalah Plasticizer.
Plasticizer merupakan salah satu bahan penunjang bagi industri plastik yang
berfungsi membentuk sifat kekenyalan atau keliatan agar barang-barang dari
plastik menjadi kenyal, mudah dibentuk dan tidak mudah pecah/patah. Dibutyl
phthalate merupakan salah satu jenis plasticizer yang digunakan di Indonesia.
Dibutyl phthalate diperoleh dari reaksi phthalic anhydride dan 2 molekul
n-butanol melalui satu tahap reaksi esterifikasi disertai pengeluaran air, adapun
reaksinya adalah sebagai berikut (Keyes,1975):
C6H4(CO)2 + 2C4H9OH C6H4(COOC4H9)+ H2O
Phthalic Anhydride n-Butanol Dibutyl Phthalate Air
Dengan menggunakan katalis asam sulfat, waktu reaksi yang digunakan
sangat singkat, sehingga kemungkinan terjadinya reaksi samping sangat kecil.
Produk yang diperoleh dari reaksi esterifikasi adalah 99% dibutyl phthalate.
Selain pertimbangan di atas, pendirian pabrik dibutyl phthalate di
Indonesia didasarkan oleh beberapa hal sebagai berikut:
Menciptakan lapangan pekerjaan sehingga dapat mengurangi jumlah
angka pengangguran dalam negri
Memacu industri-industri baru untuk menggunakan dibutyl phthalate
sebagai bahan bakunya
Mengurangi ketergantungan terhadap negara asing
Meningkatkan pendapatan negara dari sektor industri, serta dapat
menghemat devisa negara
Meningkatkan mutu sumber daya manusia Indonesia lewat alih
teknologi
2
B. PERANCANGAN KAPASITAS
Kapasitas produksi pabrik mempengaruhi perhitungan ekonomis maupun
teknis dalam suatu perancangan pabrik. Dalam menentukan kapasitas rancangan
pabrik dibutyl phthalate ini perlu mempertimbangkan beberapa hal, diantaranya
proyeksi konsumsi dibutyl phthalate, kapasitas produksi dibutyl phthalate
komersial yang sudah ada dan kapasitas minimal atau maksimal yang terpasang.
1. Proyeksi Kebutuhan dibutyl phthalate
Tabel 1. Data impor Indonesia terhadap dibutyl phthalate (BPS, 2006-
2010)
Berdasarkan data yang ditunjukkan pada tabel 1.1. data impor Indonesia
terhadap dibutyl phthalate mengalami pasang surut. Namun kebutuhan dibutyl
phthalate diprediksikan akan mengalami peningkatan pada tahun-tahun
berikutnya.
2. Kapasitas Produksi Pabrik Komersial yang Sudah Ada
Saat ini ada 2 pabrik di Indonesia yang memproduksi dibutyl pthtalate,
yaitu: PT. Indo Polimers Adiputra dengan kapasitas 7.200 ton/tahun dan PT.
Buana Chemical Industries yang berkapasitas 10.000 ton/tahun
(Indochemical’CIC’,2002). Berdasarkan pertimbangan di atas maka diambil
kapasitas produksi rancangan pabrik dibutyl phthalate ini sebesar 12.500
ton/tahun. Berdasarkan faktor lokasi bahan baku, pemasaran, fasilitas transportasi,
utilitas, dan tenaga kerja, maka Gresik, Jawa Timur dirasa tepat untuk dijadikan
lokasi pendirian pabrik dibutyl phthalate dalam perencanaan ini.
No. Tahun Jumlah (kg)
1. 2006 479.571
2. 2007 2.652.987
3. 2008 3.886.947
4. 2009 1.052.693
5. 2010 1.157.688
3
C. PROSES PEMBUATAN DIBUTYL PHTHALATE
Dibutyl phthalate diproduksi dengan mereaksikan antara phthalic
anhydride dan butanol dengan reaksi esterifikasi menggunakan katalis asam
sulfat. Reaksi dijalankan dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) pada
suhu 80-150oC. Reaksi berlangsung dalam fase cair, dengan persamaan reaksi
sebagai berikut (Berman dkk., 1948):
O
C COOC4H9
C6H4 O + C6H4OH C6H4
C COOH
O
COOC4H9 COOC4H9
C6H4 + C6H4OH → C6H4 + H2O
COOH COOC4H9
Monobutyl Phthalate Dibutyl Phthalate Air
Gambar 1. Reaksi Esterifikasi dibuytl phthalate
D. TINJAUAN KINETIKA
Reaksi esterifikasi pembentukan dibutyl phthalate adalah reaksi orde 2
terhadap terhadap monoester. Dari eksperimen diperoleh persamaan empiris untuk
harga k, adalah sebagai berikut (Berman,1949):
8,1205
1010228,110889101,2
)/4516135,15(345
T
TM
BCxCxxk
Dengan :
kT : Konstana laju reaksi dengan katalis (m3/.kmol jam)
C :Prosen berat katalis dalam umpan (%)
B/M : Rasio mol Butanol dan MBP
T : Temperatur
Phthalic Anhyride Butanol Monobutyl Phthalate
Butanol
4
Reaksi esterifikasi pembuatan dibutyl phthalate adalah reaksi eksotermis
atau menghasilkan panas yang ditandai dengan harga panas reaksi pembentukan
bernilai negatif (ΔHf = negatif). Sedangkan dari segi kesetimbangan reaksi (K),
reaksi esterifikasi pembuatan dibutyl phthalate tersebut berjalan ke arah kanan
yang ditandai dengan energi gibs bernilai negatif (ΔG = negatif). ΔG bernilai
negatif juga menunjukkan entropi atau derajat spontanitas (ΔS) reaksi semakin
besar yang berarti reaksi tersebut dapat terjadi.
E. DESKRIPSI PROSES
Secara keseluruhan proses produksi dibutyl phthalate dibagi menjadi 3
tahap yaitu:
1. Tahap persiapan bahan baku
2. Tahap Reaksi
3. Tahap Pemurnian Produk
1. Tahap Persiapan Bahan Baku
Tahap ini dimaksudkan untuk mempersiapkan bahan baku agar sesuai
dengan kondisi operasi. Bahan baku butanol disimpan dalam keadaan cair pada
tangki (F-02) suhu 30oC dan tekanan 1 atm. Dalam kondisi cair jenuh butanol
dipompa melewati heater (E-01) untuk dinaikkan suhunya dari 30oC sampai
117oC kemudian dicampur dengan butanol recycle dari menara destilasi (MD-02)
masuk ke reactor (R-01). Bahan baku phthalic anhydride padatan dari silo bahan
baku (S-01) pada suhu kamar 30oC dan tekanan 1 atm diangkut dengan bucket
elevator menuju melting tank (Mt-01) untuk dicampur dengan asam sulfat
kemudian dilelehkan dan dipompa menuju reactor (R-01).
2. Tahap reaksi
Reaktor yang digunakan adalah Reaktor Alir Tangki Berpengaduk, dengan
kondisi operasi reaktor pada suhu 140oC dan tekanan 1 atm.
3. Tahap Pemurnian Produk
Hasil bawah reaktor didinginkan dengan menggunakan cooler (E-03).
Setelah itu dialirkan ke dalam netralizer (R-02) untuk dinetralkan dengan NaOH
60%. Setelah dinetralisasi, selanjutnya produk dialirkan menuju decanter (DC-01)
5
untuk memisahkan produk dengan endapan garam. Produk atas decanter
selanjutnya dipompakan menuju menara distilasi (MD-01) untuk memurnikan
produk. Produk bawah menara berupa dibuytl phthalate dilewatkan pada cooler
(E-04) untuk diturunkan suhunya dan produk disimpan pada tangki penyimpanan
(F-04). Produk atas reaktor berupa uap jenuh campuran air dan butanol
didinginkan dan dicampur dengan hasil atas MD-01. Campuran air dan butanol ini
selanjutnya dipisahkan menggunakan MD-02. Produk atas berupa uap air yang di
buang ke lingkungan sedangkan produk bawah berupa butanol dikembalikan ke
dalam reaktor. Diagram alir proses produksi dibutyl phthalate dapat dilihat pada
gambar 2.
Dengan kapasitas 12.500 ton/tahun pabrik dibuytl phthalate ini
membutuhkan bahan baku pthalic anhydride sebanyak 1.001,06 kg/jam, n-butanol
1.123,84 kg/jam dan katalis asam sulfat 21,33 kg/jam. Data masing-masing
komponen tiap arus disajikan dalam tabel 2.
6
siloMelting
tank
T.
Asam
sulfat
T. Butanol
Reaktor
Netraliz
er
T.
NaOHDecanter
MD-01
T.DBP
MD-02P-22
P-18
P-19
P-24
P-23
P-20
P-25
P-28
P-15
P-27
P-16
P-17
P-21
1
30
1
4
30
1
3
30
1
2
140
1
61401
P-32
7
30
1
8601
P-33
P-25
9
601
P-34
10
165
1
P-35
P-15
11
40
1
12
232
1
P-36P-26
14
128
1
5
140
1
P-16P-37
13
100
1
Gambar 2. Diagram alir kualitatif pabrik dibutyl phthalate
7
Tabel 2. Data komponen dan massa tiap arus pabrik dibutyl phthalate