bab 1 proposal

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)

http://lanlangcorp.en.alibaba.com/

http://www.alibaba.com/member/sg117418305.html

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 :


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


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.


1.6.2 Metanol


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)


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.


1.6.3 Amberlyst 35wet


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


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)


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


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)


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).

bab 1 proposal

Documents