BAB I (1) Gabungan [PDF]

Citation preview

BAB I PENDAHULUAN



BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Seiring dengan berkembangnya zaman, pembangunan yang dilakukan pada segala bidang harus semakin diperhatikan. Salah satunya adalah dengan meningkatkan kualitas hidup dari masyarakat, yaitu dengan pembangunan sektor industri sebagai bagian usaha ekonomi jangka panjang dan untuk menciptakan struktur ekonomi yang lebih baik dan seimbang. Pada saat ini Indonesia tengah mengalami perkembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi (IPTEK) hal ini berpengaruh terhadap semakin banyaknya inovasi baru dalam berbagai bidang. Salah satu industri yang terus melakukan inovasi dan perkembangan adalah industri kimia. Perkembangan tersebut memacu kebutuhan produksi industri kimia yang terus meningkat, baik kebutuhan bahan baku maupun bahan penunjang lainnya. Bahan baku maupun bahan penunjang di industri kimia sangatlah beragam, salah satu bahan yang banyak digunakan dalam industri adalah sodium tripolyphosphate. Sodium tripolyphosphate adalah garam pentasodium yang bersenyawa dengan anion tripolyphosphate dan memiliki rumus molekul Na5P3O10. Senyawa ini merupakan salah satu bahan dispersi, emulsifier, maupun zat tambahan dalam makanan, zat ini dalam industri digunakan sebagai antiseptic cleaner yang sangat baik dalam industri pengolahan pangan, dalam rumah tangga digunakan sebagai pembersih barang pecah belah dan canpuran pembersih tangan dan wajan. Selain digunakan sebagai pembersih sodium tripolyphosphate juga digunakan sebagai mengendapkan magnesium, besi dan kalsium pada pengolahan air pada utilitas. Sodium tripolyphosphate juga dapat dimanfaatkan untuk industri pembuatan detergen sebagai bahan baku utama. Kebutuhan sodium tripolyphosphate diperkirakan akan terus meningkat seiring tingginya pertumbuhan konsumsi maupun pertambahan penduduk. Bahan kimia ini sampai sekarang mempunyai kapasitas impor masih lebih besar dari kapasitas. Pada saat ini tingginya kebutuhan Sodium tripolyphosphate harus diimbangi dengan peningkatan produksinya, sehingga kebutuhan dalam dapat terpenuhi. Banyaknya permintaan dari dalam negeri belum diimbangi dengan ketersediaan Pra Perancangan Pabrik Sodium Tripolyphosphate Dengan Proses Netralisasi dan Kalsinasi I-1



BAB I PENDAHULUAN



Sodium tripolyphosphate sehingga Indonesia masih mengimpornya dari berbagai Negara. Di Indonesia senyawa Sodium tripolyphosphate memiliki prospek yang baik untuk dikembangkan, baik ditinjau dari potensi bahan baku maupun pasarnya. merupakan langkah yang sangat tepat apabila di Indonesia didirikan pabrik Sodium tripolyphosphate, dengan tujuan untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri yang cenderung meningkat setiap tahunnya, mengurangi ketergantungan impor dari luar negeri, dan membuka lapangan kerja baru untuk mengurangi jumlah pengangguran di Indonesia. 1.2 Sejarah Perkembangan Pabrik Penta Sodium triphosphate (Na5P3O10) atau dengan nama lain Sodium tripolyphosphate (STPP) untuk pertama kali ditemukan oleh Schwartz pada tahun 1895 merupakan salah satu bentuk dari phosphate, dimana phosphate merupakan dasar utama dari senyawa – senyawa kimia golongan phosphorus yang mempunyai banyak sekali kegunaan. Menurut Kemendagri (2016), hanya satu perusahaan yang memproduksi Sodium triphosphate di Indonesia yaitu PT. Petro Central yang terletak di kota Gresik, Jawa Timur. 1.3 Tujuan Pendirian Pra Perancangan Pabrik Tujuan dari perancangan pabrik Sodium tripolyphospate ini adalah untuk memenuhi kebutuhan Sodium tripolyphospate di Indonesia sehingga dapat meminimalkan nilai impor dan mengurangi devisa negara, dengan adanya pendirian pabrik Sodium tripolyphospate ini juga dapat menunjang industri lain di Indonesia seperti industri detergen serta untuk menambah lapangan kerja yang secara tidak langsung dapat mengurangi jumlah pengangguran di Indonesia. 1.4 Manfaat Pendirian Pra Perancangan Pabrik Manfaat yang diberikan dengan adanya perancangan pabrik Sodium tripolyphospate ini adalah untuk memenuhi kebutuhan bahan baku industri di Indonesia terutama untuk industri detergen yang membutuhkan Sodium tripolyphospate ini sebagai bahan utamanya. 1.5 Sifat Bahan Baku dan produk 1.5.1 Bahan Baku A. Asam Fosfat  Sifat Fisik Pra Perancangan Pabrik Sodium Tripolyphosphate Dengan Proses Netralisasi dan Kalsinasi I-2



BAB I PENDAHULUAN



Rumus Molekul



: H3PO4



Berat Molekul



: 98 g/gmol



Warna



: Tidak berwarna



Bau



: Tidak berbau



Bentuk



: Cair



Specific Gravity



: 1,834 pada 18,2℃



Melting Point



: 42,2℃



Boiling Point



: 213℃ (Merck, dan Perry ed 7; 1999)



 Sifat Kimia Panas pembentukan



: -300,74 Kcal/gmol



Panas pelarutan



: 2,79 Kcal/gmol



Akan berubah menjadi anhydrate pada suhu 150℃ Akan berubah menjadi pyro phosphoric acid pada suhu 200℃ Akan berubah menjadi meta phosphoric acid pada suhu 300℃ B. Soda Ash  Sifat Fisik Rumus Molekul



: Na2CO3



Berat Molekul



: 105,99 g/gmol



Warna



: Putih



Bau



: Tidak berbau



Bentuk



: Butiran atau Serbuk



Specific Gravity



: 3,24 J/Kg K



Melting Point



: 322,2 ℃



Boiling Point



: 851℃



Densitas



: 2,532 g/cm3 (Pure Cham, dan Ullmann, 2003)



 Sifat Kimia Soda ash murni bersifat sangat higroskopik 1.5.2 Produk A. Sodium tripolyphospate Rumus Molekul



: Na5P3O10



Pra Perancangan Pabrik Sodium Tripolyphosphate Dengan Proses Netralisasi dan Kalsinasi I-3



BAB I PENDAHULUAN



Berat Molekul



: 367.86 g/gmol



Warna



: Putih



Bentuk



: Butiran atau Serbuk



Densitas



: 2.52 g/cm3 pada 20℃



pH



: 9.9 (10 g/l, H2O, 20 °C)



Specific Gravity



: 3,24 J/Kg K



Melting Point



: 622℃ (Penguraian) (Merck, 2020)



1.6 Kapasitas Produksi Penentuan kapasitas produksi pabrik didasarkan pada perkembangan kebutuhan terhadap sodium tripolyphosphate di pasaran. Pabrik ini akan direncanakan berproduksi tahun 2025 (tahun 2021 mulai dirintis dengan 4 tahun masa pendirian). Diharapkan pada masa mendatang jumlah impor sodium tripolyphosphate bisa dikurangi dan jumlah ekspor bisa meningkat. Adapun analisis pasar meliputi data impor, data kebutuhan/konsumsi, dan data ekspor sodium tripolyphosphate : Tabel 1.1 Data Ekspor Sodium Tripolyphosphate di Indonesia Tahun



Ekspor (Ton)



% Pertumbuhan



2015



444



2016



165,31



-62,79608854



2017



1.616,99



878,1531668



2018



4.823,73



198,3162491



2019



189,85



-96,06424822



Total



7.240,21



183,5218158



Sumber : Badan Pusat Statistik (BPS) Tabel 1.2 Data Impor Sodium Tripolyphosphate di Indonesia Tahun



Impor (Ton)



% Pertumbuhan



2015



15238,23



2016



32333,57



112,1871766



2017



10.669,16



-67,00284874



2018



12.124,89



13,64432073



2019



8.878,13



-26,77768402



Pra Perancangan Pabrik Sodium Tripolyphosphate Dengan Proses Netralisasi dan Kalsinasi I-4



BAB I PENDAHULUAN



Total



79.243,97



6,410192912



Sumber : Badan Pusat Statistik (BPS) Tabel 1.2 Data Konsumsi Sodium Tripolyphosphate di Indonesia Tahun



Konsumsi (Tahun)



% Pertumbuhan



2015



14.794



2016



32.168



117,4428033



2017



9.052



-71,85992652



2018



7.301



-19,34353435



2019



8.688



18,99853749



Total



72.004



9,047575977 Sumber : Badan Pusat Statistik (BPS)



Pada



tahun



2025



jumlah



ekspor,



impor,



dan



kebutuhan



Sodium



Tripolyphosphate di Indonesia dapat diperkiraan mengunakan rumus : M = P (i+1)n Dimana : M = Jumlah impor pada tahun 2025 P = Jumlah impor pada tahun tahun terbaru i = Rata-rata pertumbuhan impor n = selisih antara tahun  Maka jumlah ekspor pada tahun 2025 sebesar : M5 = 189,85(1,835%+1)(2025-2019) =98611,937 ton  Jumlah impor pada tahun 2025 sebesar : M1 = 8878,13(0,064102%+1)(2025-2019) = 12889,0434 ton  Jumlah kebutuhan pada tahun 2025 sebesar : M4 = 8688 (0,090476%+1)(2025-2019) = 18100,09799 ton Maka, kapasitas produksi pabrik Sodium tripolyphosphate pada tahun 2025, yaitu : M1 + M2 + M3 = M4 + M5 Pra Perancangan Pabrik Sodium Tripolyphosphate Dengan Proses Netralisasi dan Kalsinasi I-5



BAB I PENDAHULUAN



Dimana : M1 = Volume impor dalam negeri (ton) M2 = Volume produksi dalam negeri (ton) M3 = Kebutuhan sodium tripolyphosphate M4 = Volume konsumsi dalam negeri (ton) M5 = Volume ekspor (ton) Maka kebutuhan Sodium tripolyphosphate di Indonesia : M3 = M4 + M5 - (M1 + M2) M3 = 103823 Ton Dengan pertimbangan Sodium tripolyphosphate didalam negeri dan kapasitas pabrik yang sudah ada, maka ditetapkan kapasitas rancangan pabrik Sodium tripolyphosphate pada tahun 2025 sebesar 24% dari total kebutuhan atau sebesar 24917,52 ton = 25000 ton.



Pra Perancangan Pabrik Sodium Tripolyphosphate Dengan Proses Netralisasi dan Kalsinasi I-6



BAB I PENDAHULUAN



BAB II MACAM DAN URAIAN PROSES Dalam mendirikan pabrik Sodium Tripolyphosphate (Na5O10P3), perlu dilakukan seleksi dari beberapa proses yang ada. Pemilihan proses tersebut dilakukan agar pabrik yang akan didirikan dapat berproduksi secara efisien dengan mempertimbangkan segala aspek yang ada, baik dari raw material, bahan penunjang, sistem utilitas, hingga biaya produksi sehingga mendapatkan produk dengan kualitas yang tinggi. II.1.



Macam Proses Secara umum proses pembuatan Sodium Tripolyphosphate dapat diperoleh



dari berbagai macam proses, antara lain : 1. Proses Satu Tahap 2. Proses Dua Tahap II.1.1



Proses Satu Tahap Exhaust Vapor



Soda Ash



Asam Fosfat



Neutralization reactor



Bag Filter



Off-gas



Rotary Kiln



Hammer mill



Silo



Gas



Gambar 2.2 Production of pentasodium triphosphate by the Hoechst Knapsack Process. (Source:(Gorazda et al., 2014) ) Menurut



(Gorazda



et



al.,



2014),



proses



pembuatan



Sodium



Tripolyphosphate satu tahap atau disebut dengan proses Hoechst-Knapsack yaitu pembuatan Sodium Tripolyphosphate dengan mengkonversi ortophosphate menjadi Sodium Tripolyphosphate yang melibatkan rotary klin. Adapun salah satu proses dalam proses satu tahap yaitu mereaksikan asam fosfat dengan larutan sodium hidroksida (NaOH) atau soda ash sehingga terbentuk larutan ortophosphate. Reaksi antara asam fosfat dan soda ash yang terjadi di dalam neutralization reactor dengan final mol rasio antara Na/P = 5/3. Kemudian hasil dari reaktor netralisasi akan dicampur dengan menggunakan kalsinasi antara suhu Pra Perancangan Pabrik Sodium Tripolyphosphate Dengan Proses Netralisasi dan Kalsinasi II-1



BAB I PENDAHULUAN



450 - 500 ℃ dengan menggunakan udara panas. Partikel halus yang terikut keluar dengan gas akan dipisahkan oleh bag filter. Padatan yang keluar dari rotary kiln akan didinginkan terlebih dahulu dan akan dihaluskan menggunakan hammer mill sebelum didistribusikan. Produk yang dihasilkan dari proses ini memiliki yield minimal 93%. II.1.2



Proses Dua Tahap



Na2CO3



Neutralisation



H3PO4



Spray Drying



Calcining Milling and Sieving



Packaging



Product



Gambar 2.1 Two-stage process for production of pentasodium triphosphate ((Pawłowska-Kozińska et al., 2002)) Proses pembuatan Sodium Tripolyphosphate dua tingkat memiliki proses yang hampir sama dengan satu tingkat, hanya saja proses pengeringan dan pembentukkan STTP dilakukan dalam tahap yang berbeda, sedangkan proses lainnya sama dengan proses satu tingkat. II.2.



Pemilihan Proses Berdasarkan uraian singkat mengenai proses yang dapat digunakan untuk



menghasilkan produk Sodium Tripolyphosphate sebagai bahan pertimbangan untuk proses yang akan digunakan. Adapun perbandingan proses-proses berdasarkan beberapa parameter yang ditampilkan dalam Tabel II.1.



Pra Perancangan Pabrik Sodium Tripolyphosphate Dengan Proses Netralisasi dan Kalsinasi II-2



BAB I PENDAHULUAN



Tabel II.1 Data Perbandingan Proses Macam Proses Parameter



Proses



Proses satu tahap



Proses dua tahap



(Single-stage)



(Double-stage)



1. Netralisasi



1. Netralisasi 2. Pengeringan



2. Kalsinasi



3. Kalsinasi



Suhu Operasi



450-500℃



600℃



Spesifikasi



Produk Kering



Produk akhir



Produk



lebih kering



Produk Samping



Tidak ada



Memungkinkan memproduksi tetrasodium Pyrophosphate



Biaya Investasi



Rendah



Tinggi



Yield



94%



90-95%



Dari Tabel II.1 dapat dinyatakan bahwa cara pembuatan sodium Tripolyphosphate dipilih proses satu tahap (single-stage) karena memiliki beberapa keunggulan diantaranya : 



Biaya investasi rendah







Lebih hemat energi pembakaran yang dibutuhkan







Tidak menghasilkan produk samping



Sodium Tripolyphosphate dengan kemurnian tinggi dapat dihasilkan dengan pengeringan ortophosphate dalam spray dryer atau rotary kiln. Rotary kiln berfungsi untuk menguapkan air yang terdapat dalam larutan ortophosphate sehingga memungkinkan tebentuknya kristal yang lebih baik, namun kemurnian dari produk yang dihasilkan tidak terlalu tinggi. II.3.



Uraian Proses Terpilih



II.3.1



Proses Persiapan Bahan Baku



Pra Perancangan Pabrik Sodium Tripolyphosphate Dengan Proses Netralisasi dan Kalsinasi II-3



BAB I PENDAHULUAN



Proses persiapan bahan baku dilakukan agar bahan baku dapat digunakan dalam ketiga tahapan proses yaitu proses netralisasi, drying dan polikondensasi. Mula-mula asam fosfat 65% dari tangki penampung dialirkan menggunakan pompa sentrifugal ke heater yang digunakan untuk memanaskan asam fosfat 65% sampai ±80℃ setelah itu dialirkan menuju reaktor untuk direaksikan dengan soda ash. Soda ash (Na2CO3) dengan kemurnian 99,6 % dari gudang (F-111) diumpankan ke dalam bin Na2CO3 (F-114) untuk menjaga aliran tetap kontinyu dengan bantuan bucket elevator (J-113) dan belt conveyor (J-112). Selanjutnya, Na2CO3 dialirkan ke tangki pelarut (M-110) untuk dilarutkan menggunakan air proses sampai menjadi larutan Na2CO3 77%. Dari tangki pelarut, larutan Na2CO3 dipompa menggunakan pompa rotary ke tangki penampung, kemudian dialirkan menggunakan pompa (L-221) menuju heater (E-212) yang digunakan untuk memanaskan larutan Na2CO3 sampai ±80℃, mendekati suhu reaksi. Selanjutnya larutan Na2CO3 77% dimasukkan ke dalam reaktor netralisasi (R-210) untuk direaksikan dengan H3PO4 65%. II.3.2



Proses Netralisasi Proses netralisasi adalah proses pencampuran atau penetralan asam fosfat



dengan soda ash dalam tangki netralisasi sehingga diperoleh larutan garam orthophosphate. Proses ini merupakan tahap yang menentukan produk akhir dari Sodium Tripolyphosphate (STPP) yang mempunyai konversi tinggi. Adapun reaksi yang terjadi adalah : Reaksi Soda Ash (Na2CO3) : 6H3 PO4(l) + 5Na2 CO3(l) → 2NaH2 PO4(l) + 4Na2 HPO4(l) + 5H2 O(l) + 5CO2(g) ((Harisson & EdwardJ., 1980) Reaksi antara asam fosfat dengan Na2CO3 diatur sedemikian rupa dengan mol rasio antara Na2O : P2O5 = 5 : 3, dimana nantinya mol rasio dari Na2O dan P2O5 merupakan basis perhitungan untuk Na2CO3 dan asam fosfat. Proses netralisasi terjadi dalam reaktor netralisasi yang dilengkapi dengan agitator pada suhu 80℃. Reaksi terjadi dalam kondisi eksotermis, sehingga untuk Pra Perancangan Pabrik Sodium Tripolyphosphate Dengan Proses Netralisasi dan Kalsinasi II-4



BAB I PENDAHULUAN



mempertahankan pada suhu 80℃ dibutuhkan pendinginan dengan air pendingin. Sedangkan, gas CO2 yang terbentuk akan dilepaskan langsung ke udara dengan bantuan kompresor. Kemudian larutan orthophsphate yang terbentuk akan dipompa menuju kristalizer yang berfungsi untuk mengkristalkan larutan orthophosphate. Kemudian kristal akan dialirkan menuju centrifudge untuk dipisahkan antara padatan berupa kristal dan mother liquornya. II.3.3



Proses Drying dan Polikondensasi Pada tahap ini terjadi proses pengeringan dan polikondensasi. Proses



polikondensasi adalah reaksi pembentukan sodium tripolyphosphate dari garam-garam orthophosphate kering. Disamping menghasilkan garam orthophosphate kering, reaksi tersebut juga menghasilkan air. Adapun reaksi yang terjadi yaitu : NaH2 PO4(l)



+ 2Na2 HPO4(l)



→



Na5 P3 O10(s) + 2H2 O(g)



Reaksi polikondensasi terjadi didalam rotary kiln pada suhu 500℃. Rotary kiln menggunakan udara pembakaran yang dilewatkan melalui burner dengan bahan bakar berupa batu bara. Udara panas yang keluar dari reaktor akan dialirkan menuju cyclone untuk dipisahkan debunya. Sedangkan produk dari rotary kiln berupa sodium tripolyphosphate kering dengan suhu 500℃. Produk yang telah terbentuk akan didinginkan menggunakan rotary cooler dengan media pendingin berupa brine. Brine tidak berkontak langsung dengan sodium tripolyphosphate melainkan melalui kanal yang terdapat pada rotary cooler sehingga brine akan berkontak dengan dinding bagian dalam dari rotary cooler. Sodium tripolyphosphate yang keluar dari rotary cooler bersuhu 40℃. II.3.4



Proses Akhir Sodium tripolyphosphate yang telah didinginkan diumpankan kedalam



ball mill untuk menyeragamkan ukuran sodium tripolyphosphate yang diinginkan. Setelah itu, sodium tripolyphosphate yang telah halus akan disaring menggunakan vibrating screen yang bertujuan untuk menyeragamkan particle size dari sodium tripolyphosphate sebesar 100 mesh. Produk sodium tripolyphosphate yang telah memenuhi standar dimasukkan ke dalam bin Pra Perancangan Pabrik Sodium Tripolyphosphate Dengan Proses Netralisasi dan Kalsinasi II-5



BAB I PENDAHULUAN



penampung untuk selanjutnya dilakukan packaging. Setelah itu, produk yang telah di kemas akan disimpan di dalam gudang sebelum dipasarkan.



Pra Perancangan Pabrik Sodium Tripolyphosphate Dengan Proses Netralisasi dan Kalsinasi II-6