Polisterina Edit
description
Transcript of Polisterina Edit
MAKALAH PROSES INDUSTRI KIMIA
POLISTIRENA
DISUSUN OLEH : KELOMPOK 7
Salsalina Sinasa 21030114120017
Astuti Wulandari 21030114120069
Rafidha Hapsari 21030114130155
Jessica Wibisono 21030114130181
Khalidah Nur Mahdi 21030114140145
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO
2015
KATA PENGANTAR
Puji syukur dipanjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas limpahan rahmat, hidayat, karunia-Nya sehingga (kelompok 7) dapat menyelesaikan pembuatan Makalah Proses Industri Kimia yang berjudul “ POLISTIRENA” dengan baik.
Makalah ini disusun dengan tujuan sebagai informasi dan menambah wawasan masyarakat pembaca serta sebagai salah satu syarat penyelesaian tugas mata kuliah proses industri kimia. Adapun metode yang kami gunakan dalam penyusunan ini adalahpengumpulan sumber informasi dari berbagai karya tulis dan kajian.
Sedang proses studi pustaka dan penyusunan makalah ini, didapat bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu diucapkan terima kasih kepada :
1. Ir. Slamet Priyanto, MS selaku dosen Proses Industri Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan dalam pembuatan makalah ini.
2. Orang tua yang telah memberikan dorongan, semangat, fasilitas yang memadai untuk menyelesaikan makalah ini.
3. Semua pihak yang telah membantu secara langsung maupun tidak langsung selama penyusunan makalah ini.
Penulis berharap semoga pembuatan makalah ini bisa bermanfaat bagi masyarakat pembaca sehingga menjadikan perubahan yang lebih baik bagi para pembaca.
Dalam penyusunan makalah ini, disadari masih banyak kekurangan. Oleh sebab itu saran dan kritik yang membangun dari para pembaca akan sangat berguna bagi perbaikan dan penyempurnaan makalah ini.
Semarang, September 2015
Kelompok 7
ii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL................................................................................................i
KATA PENGANTAR..............................................................................................ii
DAFTAR ISI.............................................................................................................iii
DAFTAR TABEL.....................................................................................................iv
DAFTAR GAMBAR ...............................................................................................v
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang..............................................................................................1
1.2. Rumusan Masalah.........................................................................................2
1.3. Tujuan...........................................................................................................2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Definisi Polistirena........................................................................................3
2.2. Sejarah Polistirena.........................................................................................3
2.3. Sifat Polistirena.............................................................................................3
2.4. Kebutuhan Polistirena di Indonesia..............................................................5
2.5. Kapasitas Pabrik yang Telah Ada.................................................................6
2.6. Peluang Produk Polistirena di Indonesia......................................................6
2.7. Lokasi Pendirian Pabrik Polistirena..............................................................7
2.8. Manfaat Polistirena.......................................................................................9
2.9. Reaksi Pembentukan Polistirena...................................................................11
2.10....................................................................................................................... Produksi Polistirena
......................................................................................................................13
2.11....................................................................................................................... Flowsheet Produksi Polistirena
......................................................................................................................18
2.12....................................................................................................................... Tinjauan Termodinamika
......................................................................................................................19
2.13....................................................................................................................... Tinjauan Kinetika
......................................................................................................................23
BAB III PENUTUP
iii
3.1.........................................................................................................................Kesimpulan
........................................................................................................................32
3.2......................................................................................................................... Saran
........................................................................................................................32
DAFTAR PUSTAKA...............................................................................................33
iv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1.Kebutuhan monomer dan polimer di Indonesia (1000 Ton/Thn)...5
Tabel 2.2. Data Impor Polistirena di Indonesia..............................................5
Tabel 2.3. Data Produksi Polistirena di Dunia...............................................6
Tabel 2.4. Data Permintaan B-foam Periode Januari 2010 – Desember
2010................................................................................................................6
Tabel 2.5. Perbedaan Jenis Produksi Polistirena .........................................14
v
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Proses Pembentukkan Polistirena..............................................3
Gambar 2.2. Persebaran Pabrik Polistirena di Indonesia................................9
Gambar 2.3.Styrofoam..................................................................................10
Gambar 2.4.Styrofoam Sebagai Isolator.......................................................10
Gambar 2.5. Polistirena sebagai Furniture ..................................................10
Gambar 2.6. Polistirena untuk Prngepakan..................................................11
Gambar 2.7. Proses Inisiasi Benzoyl peroxide.............................................11
Gambar 2.8. Proses Pembentukkan Radikal Benzylic..................................12
Gambar 2.9. Tahap Propagansi Polistirena...................................................12
Gambar 2.10. GPPS Flowsheet....................................................................18
Gambar 2.11. HIPS Flowsheet.....................................................................18
Gambar 2.12.EPS Flowsheet........................................................................19
Gambar 2.13. Grafik Hubungan Suhu dan % Konversi (Termodinamika). .23
Gambar 2.14. Grafik Hubungan Suhu dan % Konversi (Kinetika).............26
Gambar 2.15. Grafik Hubungan Suhu dan % Konversi (Kondisi Optimum)27
Gambar 2.16 Diagram Alir..........................................................................31
Gambar 2.17 Flowsheet...............................................................................31
vi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Polistirena adalah sebuah polimer dengan monomer stirena, sebuah
hidrokarbon cair yang dibuat secara komersial dari minyak bumi. Pada suhu
ruangan, polistirena biasanya bersifat termoplastik padat, dapat mencair pada suhu
yang lebih tinggi. Stirena tergolong senyawa aromatik.
Polistirena pertama kali dibuat pada 1839 oleh Eduard Simon, seorang
apoteker Jerman. Ketika mengisolasi zat tersebut dari resin alami, dia tidak
menyadari apa yang dia telah temukan. Seorang kimiawan organik Jerman
lainnya, Hermann Staudinger, menyadari bahwa penemuan Simon terdiri dari
rantai panjang molekul stirena, yang adalah sebuah polimer plastik.
Polistirena pertama kali diperkenalkan oleh Ostromislensky dari
Naugatuck Chemical Company pada tahun 1925. Pada saat yang hampir
bersamaan I.C. Farbenindustrie juga mengembangkan polistirena yang berhasil
dikomersialkan di Eropa. Pengembangan produk dan proses polistirena juga
dikembangkan oleh Dow Chemical Company dan pertama kali dikomersialkan di
Amerika Serikat pada tahun 1944.
Produk polistirena yang pertama kali diproduksi untuk dikomersialkan
adalah homopolimer stirena yang juga dikenal sebagai polistirena kristal.
Polistirena kristal ini juga dikenal sebagai General Purpose Polystyrene (GPP),
yang lebih tahan panas daripada produk polimer thermoplastik lainnya.
Perkembangan lebih lanjut dari polistirena ini adalah Expanable Polystyrene (EP).
Produk polistirena lain yang tak kalah pentingnya adalah polistirena dengan
modifikasi karet atau High Impact Polystyrene (HIP). Produk HIP ini bersifat
tidak tembus cahaya, lebih keras dan lebih mudah dalam pembuatannya
dibandingkan dengan produk polimer thermoplastik lainnya.
1
Kegunaan dari HIP ini cukup luas, antara lain untuk isolasi atau bahan
pelapis pada kawat/kabel, peralatan rumah tangga dari plastik, botol, furniture,
mainan anak-anak, bagian dari refrigerasi, radio, televisi, AC, bahan pembuat
kontainer, tempat baterai dan sebagainya. (U.S. Patent, 1983)
1.2. Rumusan Masalah
1. Apa rumus bangun dan rumus molekul polistirena?
2. Apa saja sifat fisika dan sifat kimia polistirena?
3. Seberapa besar kebutuhan polistirena di pasar?
4. Bagaimana peluang pasar polistirena?
5. Apa manfaat polistirena?
6. Bagaimana reaksi pembentukan polistirena?
7. Bagaimana proses produksi polistirena?
1.3. Tujuan Penulisan
1. Mengetahui dan memahami karakteristik polistirena
2. Mengetahui cara pembuatan dan reaksi pembentukan polistirena
3. Mengetahui potensi pasar dari polistirena
4. Mengetahui kondisi operasi optimal dan konversi maksimal pembuatan
polistirena
5. Mengetahui reaktor dan diagram alir pembentukan polistirena
2
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Definisi Polistirena
Polistirena adalah sebuah polimer denganmonomer stirena, sebuah
hidrokarbon cair yang dibuat secara komersial dari minyak bumi. Polimer ini
merupakan plastik yang kuatdan murah, yang merupakan salah satu polimer
golongan vinil (Storbl, 2007).
Polistirena biasanya bersifat termoplastik padat pada suhu ruang, dan
mencair padasuhu yang lebih tinggi. Secara struktur, polistirena merupakan
rantai panjanghidrokarbon dengan gugus fenil yang berdekatan dengan setiap
atom karbon.
2.2. Sifat Polistirena
a. Rumus Molekul
Susunan kimiawi dari polistiren adalah hidrokarbon rantai panjang
dengan setiap karbon lain yang terhubung ke kelompok fenil (nama yang
diberikan kepada cincin aromatik benzena , ketika terikat untuk
substituen karbon kompleks). Rumus kimia Polistirena adalah (C8 H8) n,
itu berisi unsur-unsur kimia karbon dan hidrogen
b. Rumus Bangun
Gambar 2.1. Proses Pembentukkan Polistirena
Sumber : Fessenden,R.J. 1986
3
c. Sifat Fisik
Tabel 1. Sifat Fisis Polistirena
Sifat Fisis Polistirena
Kepadatan 1,05 g / cm 3
Kepadatan EPS 16-640 kg / m 3
Konstanta dielektrik 2.4-2.7
Listrik konduktivitas (s) 10 -16 S / m
Thermal konduktivitas (k) 0,08 W / (m ° K)
Young’s modulus (E) 3000-3600 Mpa
Kekuatan tarik (t) 46-60 Mpa
Perpanjangan putus 3-4%
Notch test 2-5 Kj / m 2
Suhu transisi gelas 95 ° C
Melting point 240 ° C
Vicat B 90 ° C [6]
Koefisien ekspansi linear (a) 8 × 10 -5 / K
Panas spesifik (c) 1,3 Kj / (kg K ·)
Penyerapan air (ASTM) 0.03-0.1
(Anomali, 2011)
d. Sifat Kimia
Inert : tidak bereaksi dengan kebanyakan substans
Larut dalam beberapa pelarut organic, terutama yang mengandung
aseton
Perubahan ikatan rangkap karbon ke ikatan tunggal kurang reaktif
Sangat mudah terbakar dengan bara api berwarna kuning
Pada oksidasi sempurna, hanya menghasilkan karbon dioksida dan
uap air.
Fleksibel dan mudah dibentuk padatan karena kekuatan Van der
Waal yang kuat, yang ada antara rantai hidrokarbon yang panjang.
4
(http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/627/jbptitbpp-gdl-rinamelati-
31339-3-2008ts-2.pdf)
2.3. Kebutuhan Polistirena di Indonesia
Perkembangan akan kebutuhan polistirena di Indonesia untukbeberapa
tahun mendatang, diperkirakan akan mengalami peningkatan. Hal inidapat
dilihat pada tabel 2.3.1.Data kebutuhan monomer dan polimer diIndonesia
berikut ini.
Tabel 2.1.Kebutuhan monomer dan polimer di Indonesia (1000 Ton/Thn)
No Produk 2003 2004 2005 2006 2011* 2015*
1. Ethylene 1197 1314 1432 1561 2147 2609
2. Propylene 750 818 892 972 1337 1625
3. Styrene Monomer 220 242 265 302 443 581
4. VinylChlorideMonomer 348 376 406 438 572 722
5. Polyethylene 783 861 947 1023 1421 1795
6. Polypropylene 720 792 871 958 1378 1703
7. Polystyrene 128 141 155 170 246 305
8. Poly Vinyl Chloride 375 413 454 499 745 1024
(Ministry of Industry Republic of Indonesia, 2007)
Tingginya kebutuhan polistirena di Indonesia berdampak pada jumlah
impor polistirena yang terus meningkat tiap tahunnya.
Tabel 2.2. Data Impor Polistirena di Indonesia
Tahun Kapasitas(Ton)
2002 6.182,44
2003 6.928,98
2004 7.393,503
2005 6.446,801
2006 5.532,667
(Sumber BPS Import tahun 2002-2006)
5
Dapat terlihat bahwa kebutuhan polistirena semakin meningkat di tiap
tahunnya, hal tersebut diikuti dengan perkembangan impor polistirena. Dapat
dilihat pada tabel berikut
Tabel 3. Perkembangan Impor polistirena di Indonesia
(Ministry of Industry Republic Indonesia, 2014)
Produksi polistirena di Indonesia tidak sebanding dengan perkembangan
kebutuhannya sehingga Indonesia harus mengimpor dari negara lain.
Ketidakseimbangan produksi dan kebutuhan tersebut juga menjadikan ekspor
produk polistirena dari Indonesia menjadi berkurang di tiap tahunnya. Hal ini
dapat dlihat pada tabel berikut
Tabel 4. Perkembangan Ekspor Polstirena di Indonesia
(Ministry of Industry Republic Indonesia, 2014)
2.4. Kapasitas Pabrik yang Telah Ada
Dari produksi pabrik polistirena yang telah berdiri di Indonesia yaitu PT.
Polychem Lindo Inc, PT Pasific Indomas Plastik, dan PT Royal
Chemical,perusahaan ini mulai berproduksi pada tahun 1985 dengan
kapasitas produksi21.500 ton per tahun. PT Pacific Indomas Plastic
Indonesia, mulai beroperasipadatahun 1993 berlokasi di Merak, memiliki
kapasitas produksi 30.000 tonper tahun.
(www.businessenvironment.wordpress.com)
Tabel 2.3. Data Produksi Polistirena di Dunia
6
No Perusahaan Lokasi Kapasitas(Ton/th)
1. American Polymer USA 48.081
2. Chevron USA 21.724
3. Dow Chemical USA 171.458
4. Huntsman Chemical USA 181.437
5. BASF China 572.000
6. NOVA chemical China 413.000
7. BP China 150.000
8. Eni Chemical China 126.000
9. Taiwan Heqiao China 448.000
(Widiarto, 2009)
2.5. Peluang Produk Polistirena di Indonesia
Dari data permintaan salah satu industri pembuatan sterofoam masa lalu
untuk ketiga produk merupakan data yang akan digunakan untuk meramalkan
jumlah permintaan pada masa yang akan datang. Data permintaan B-foam
diperoleh dari laporan bulananan hasil penjualan dari bulan Januari 2010
sampai dengan Desember 2010. Untuk lebih jelas datanya dapat dilihat pada
tabel di bawah ini.
Tabel 2.4. Data Permintaan B-foam Periode Januari 2010 – Desember 2010
PT. Beton Elemenindo Putra
No Periode WEB
(Balok)
WES
(Lembaran)
WEP
(Pipa)
1 Januari 2010 527 19060 240
2 Februari 2010 318 24509 300
3 Maret 2010 388 23272 185
4 April 2010 321 27985 30
5 Mei 2010 367 25515 100
6 Juni 2010 432 30121 571
7 Juli 2010 382 34628 0
7
8 Agustus 2010 354 29628 15
9 September 2010 244 32569 1132
10 Oktober 2010 574 29057 20
11 November 2010 509 35645 237
12 Desember 2010 543 33286 0
Total 4959 345275 2830
(http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/532/jbptunikompp-gdl-rizkyrachm-26569-
6-babiv.pdf)
Dari data di atas menunjukan bahwa jumlah permintaan untuk sterofoam
setiap bulan semakin meningkat. Hal tersebut meramalkan bahwa kebutuhan
sterofoam pada masa yang akan datang akan semakin meningkat dan
menunjukan masih ada peluang untuk mendirikan pabrik polistirena.
2.6. Lokasi Pendirian Pabrik Polistirena
Pemilihan lokasi pabrik merupakan hal yang sangat penting dalam
perancangan suatu pabrik, karena hal ini menyangkut kelangsungan dan
keberhasilannya, baik dari segi ekonomi maupun segi teknisnya.Pabrik
polistirenaini direncanakan akan dibangun di daerah Merak, Jawa Barat dengan
pertimbangan-pertimbangan di bawah ini :
1. Bahan Baku.
Bahan baku Ethylbenzene tersedia di daerah Merak, sehingga jarak yang
dekat dengan sumber bahan baku akan menekan biaya transportasi dan
memudahkan penyediaannya.
2. Pasar
Pabrik yang mempergunakan styrene sebagai bahan baku dan Jakarta sebagai
pusat pasar jaraknya cukup dekat dengan Merak. Hal ini akan memudahkan
dalam pemasaran produk styrene maupun polistirena.
3. Utilitas
8
Air sebagai salah satu kebutuhan proses tersedia dalam jumlah yang memadai
di daerah Merak yang cukup dekat dengan pantai. Juga kebutuhan energi
listrik tersedia dengan cukup dengan dibangunnya PLTU di Jawa Barat. Hal
ini akan menunjang kelancaran operasional pabrik sehari-hari.
4. Transportasi
Tersedianya jalan tol Jakarta – Merak dan pelabuhan Tanjung Priok akan
melancarkan pemasaran produk baik untuk pasar dalam negeri maupun untuk
orientasi ekspor.
5. Tenaga Kerja
Kebutuhan tenaga kerja baik tenaga maupun pekerja biasa akan terpenuhi
dengan banyaknya tenaga kerja di sekitar Merak maupun kota Jakarta.
6. Proses Produksi
Dalam proses produksi polistirena terjadi kehilangan berat bahan, tetapi
karena kehilangan berat relatif kecil maka Merak yang dekat pasar dan
sumber bahan baku tetap menguntungkan secara ekonomis.
7. Limbah dan Pengembangan Pabrik
Letak pabrik yang tidak berada di kota besar akan memudahkan dalam
pengolahan limbahnya maupun dalam usaha perluasan pabrik khususnya
dalam penyediaan tanah lokasi.
8. Pemerintah
Kebijakan pemerintah untuk menjadikan Merak, dan sekitarnya sebagai
kawasan industri akan memudahkan dalam hal perijinan dan pengembangan
pabrik.
(http://boddhileader.wordpress.com/project/)
Beberapa pabrik polistrirena yang sudah beroperasi di indonesia diantaranya
1. PT Dow Indonesia, yang berlokasi di Wisma GKBI Fl.20 – Suite 2001,
Jalan Jendral Sudirman No.28, Jakarta 10210 Indonesia . Tel : 62 21 2995
6200. Fax :82 21 574 2121. www.dow.com
2. PT Polychem Lindo Inc., yang berlokasi di Mid Plaza I, 6th Floor, Jl.
Jend. Sudirman Kav. 10-11, Jakarta Pusat
9
3. Vovovom Styrofoam (EPS) Fabricator yang terletak di Jalan K.S. Tubun
130, Jakarta Barat.
Persebaran Pabrik Polistirena di Indonesia
Gambar 2.2. Persebaran Pabrik Polistirena di Indonesia
2.7. Manfaat Polistirena
Polistirena merupakan senyawa berbentuk Kristal bening yang
mempunyai sifat elektris yang baik, derajat kekerasan yang tinggi, tahan
terhadap panas, mudah dalam pewarnaan, permukaan yang halus dan low
toxity.
Karena sifat-sifat seperti di atas maka polistirena banyak digunakan
sebagai:
a. Sebagai bungkus makanan
10
Gambar 2.3.Styrofoam
Sumber
:http://fungsidanjeniskemasan.blogspot.com/2014/05/mengetahui-
jenis-kemasan-makanan-dan.html
b. Sebagai bahan isolator
Gambar 2.4.Polistirena Sebagai Isolator
Sumber :http://i.ytimg.com/vi/G01VHoNlcwA/0.jpg
11
c. Sebagai furniture
Gambar 2.5. Polistirena sebagai Furniture
Sumber :http://www.dezeen.com/
d. Sebagai bahan pengepakan
Gambar 2.6. Polistirena untuk Pengepakan
Sumber :http://stikes-hang-tuah.kpt.co.id/_b.php?_b=info&id=25386
2.8. Reaksi Pembentukan Polistirena
1. Tahap Inisiasi
Proses inisiasi adalah proses pembentukan radikal bebas dari
inisiator. (Billmayer, 1984). Reaksi inisiasi dipicu oleh Benzoyl peroxide
yang ketika dipanaskan pada suhu 900 akan terpecah menjadi radikal
carboxyl yang segera terdekomposisi menjadi radikal phenyl
12
Gambar 2.7. Proses Inisiasi Benzoyl peroxide
Sumber : Fessenden , 1986
Sebuah Radikal Phenyl akan masuk pada Styrene yang akan
membentuk radikal Benzylic. Reaksi ini memulai pertumbuhan rantai
polimer
Gambar 2.8. Proses Pembentukkan Radikal Benzylic
Sumber : Fessenden, 1986
2. Tahap Propagansi
Proses propagasi adalah proses pertumbuhan polimer sebagai
akibat dari penggabungan monomer-monomer ke dalam rantai radikal
aktif (Billmayer, 1970).
13
Gambar 2.9. Tahap Propagansi Polistirena
(Sumber: Fessenden, 1986)
3. Tahap Terminasi
Proses propagasi dilanjutkan dengan proses terminasi yang
merupakan proses penghentian propagasi (Billmayer, 1984).
Rantai ini akan terus memanjang dengan adisi ratusan hingga
puluhan ribu unit styrene. Reaksi berantai iniakan berhenti ketika
monomer habis.
2.9. Produksi Polistirena
1. Polimerisasi bulk (larutan)
Dalam industri umunya, polimerisasi bulk (larutan) disebut
polimerisasi massa. Sebagian besar polistirena yang diproduksi sekarang
ini menggunakan proses ini. Pada proses ini menggunakan sejumlah
solvent yang biasanya adalah monomer stirena itu sendiri dan Etil
Benzena. Ada 2 jenis polimerisasi bulk, yaitu :
Polimerisasi bulk batch
Beberapa produsen polistirena masih menggunakan proses
ini, dimana proses ini terdiri dari unit polimerisasi yang
didalamnya terdapat tangki polimerisasi berpengaduk dengan
konversi di atas 80%. Larutan polimer kemudian dipompa ke
14
bagian finishing untuk devolatilisasi ataupun proses polimerisasi
akhir dan grinding.
Polimerisasi bulk continuous
Proses ini merupakan proses pembuatan polistirena yang
paling banyak digunakan. Ada beberapa jenis desain dimana
beberapa diantaranya sudah mendapatkan lisensi. Secara umum
proses ini terdiri dari satu atau lebih reaktor tangki berpengaduk
(CSTR). CSTR ini biasanya diikuti oleh satu atau lebih reaktor
yang didesain untuk menangani larutan yang kental (viskositas
tinggi). Reaktor ini didesain untuk memindahkan panas baik secara
langsung melalui koil maupun pendingin uap. Dengan
menggunakan proses ini, konversi monomer stirena menjadi
polistirena dapat mencapai lebih dari 85% berat. Polimerisasi
diikuti terjadinya devolatilisasi yang terus menerus. Devolatilisasi
ini dapat terjadi melalui preheating dan vacuum flash chambers,
devoitizing extruders atau peralatan yang sesuai. Tingkat volatilitas
dari 500 ppm stirena atau kurang dapat tercapai dengan peralatan
khusus, meskipun polistirena yang umum dikomersialkan
mempunyai tingkat volatilitas sekitar 2000 ppm stirena.
2. Polimerisasi Suspensi
Polimerisasi suspensi adalah sistem batch yang sangat popular
untuk tahapan khusus pembuatan polistirena. Proses ini dapat digunakan
untuk memproduksi kristal maupun HIP. Untuk memperoduksi HIP,
stirena dan larutan karet diolah dengan bulk polymerized melalui fase
inverse. Kemudian disuspensikan ke dalam air untuk mendapatkan
suspense air dan minyak dengan menggunakan sabun atau zat pesuspensi.
Kemudian butiran suspense ini dipolimerisasi lagi sampai selesai dengan
menggunakan inisiator dan pemanasan bertahap. Fase air digunakan
sebagai heat sink dan media perpindahan panas terhadap jaket yang
dikontrol suhunya.
15
Sumber
:http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/19835/4/Chapter
%20II.pdf
3. Polimerisasi Emulsi
Polimerisasi emulsi biasanya digunakan pada proses
kopolimerisasi stirena dengan monomer atau polimer lain. Proses ini
merupakan metode komersial yang jarang digunakan untuk memproduksi
polistirena kristal atau HIP. Proses ini mempunyai persamaan dengan
proses polimerisasi suspense kecuali bahwa butiran monomer yang
digunakan dalam polimerisasi emulsi ini dalam ukuran mikroskopis. Air
digunakan sebagai carrier dengan agen pengemulsi untuk memberikan
partikel yang sangat kecil dan aktalis untuk mempercepat kecepatan
reaksi.(Meyer,1984).
Tabel 2.5. Perbedaan Jenis Produksi Polistirena
Jenis Produksi Kelebihan Kekurangan
1. Polimerisasi bulk
-bulk batch
-bulk continous
Prosesnya mudah.
Kemurnian Produk.
Alat-alat sederhana.
Produk yang dihasilkan
lebih seragam.
Kemurnian produk tinggi.
Pengontrolan suhu lebih
mudah.
Sangat eksotermis.
Waktu pengerjaan
lama.
Membutuhkan
pengadukan dan
alat recycle.
2. Polimerisasi
Suspensi
Tidak ada kesulitan
dengan panas
polimerisasi.
Ketel untuk proses
polimerisasi sederhana.
Volatilitas dapat
Dimungkinkan
adanya
kontaminasi dari
air dengan agen
penstabil.
16
dikurangi sampai pada
tingkat yang rendah
dengan pemilihan katalis
dan suhu yang tepat.
3. Polimerisasi
Emulsi
Prosesnya cepat dan tidak
ada kesulitan dengan
panas polimeriasi.
Beberapa proses
polimerisasi yang tidak
mungkin dilakukan
dengan teknik lain tapi
dengan mudah dilakukan
dengan proses ini.
Dapat diterapkan untuk
polimeriasi secara
kontinyu.
Dimungkinkan
terjadinya
kontaminasi
polimer dengan air
dan agen
pengemulsi.
Berat molekul
polimer tinggi
untuk proses
pembentukan yang
cepat dengan
menggunakan
injeksi.
Berdasarkan hasil pengamatan kelebihan dan kekurangan proses
pembuatan High Impact Polystyrene diatas, maka pada pra rancangan pembuatan
High Impact Polystyrene ini digunakan proses bulk continuous.
Proses pembuatan High Impact Polystyrene secara berkelanjutan
dilakukan dengan beberapa tahap proses, yaitu :
1. Tahap penyiapan bahan baku
a. Stirena
Stirena monomer sebagai bahan baku utama disimpan dalam
bentuk cair dalam tangki penyimpan (T-01) pada suhu 30OC dan
tekanan 1 atm, dialirkan ke dalam mixer 1 (M-01) untuk dicampur
dengan arus recycle dengan menggunakan pompa sentrifugal P-01 dan
selanjutnya dialirkan ke mixer 2 (M-02) yang sebelumnya dipanaskan
terlebih dahulu oleh pemanas HE-01.
b. Etil Benzena
17
Etil Benzena sebagai pelarut disimpan dalam bentuk cair dalam
tangki penyimpan (T-02) pada suhu 30Oc dan tekanan 1 atm, dialirkan
ke mixer 1(M-01) dengan menggunakan pompa sentrifugal P-02 dan
selanjutnya bersama stirena dan arus recycle dialirkan ke mixer 2 (M-
02) yang sebelumnya dipanaskan terlebih dahulu oleh pemanas HE-01.
c. Cis 1-4 polibutadiena
Cis 1-4 polibutadiena yang disimpan dalam bentuk padat dalam
gudang (G-01) pada suhu 30Oc dan 1 atm, diangkut dengan
menggunakan bucket elevator BE-01 menuju Hammer mill HM-01
untuk direduksi ukurannya dari 2,5 cm menjadi 10 μm, kemudian
polibutadiena yang tidak memenuhi syarat dan yang melebihi ukuran
dipisahkan di screner SC-01. Polibutadiena yang memenuhi syarat
dikirim ke mixer 2 (M-02) dengan menggunakan belt conveyor BC-01,
sedangkan yang melebihi ukuran akan menjadi limbah. Di mixer 2 (M-
02) yang dilengkapi dengan pengaduk, polibutadiena dicampur dengan
bahan baku lainnya. Supaya polibutadiena terlarut sempurna, maka
mixer 2 (M-02) dioperasikan pada suhu 105OC dan tekanan 1 atm
dengan waktu tinggal 4,5 jam.
2. Tahap reaksi
Campuran stirena monomer, Etil Benzena, Polibutadiena dan
inisiator Benzoil Peroksida dimasukkan ke dalam reaktor (R-01) yang
berupa tangki berpengaduk. Reaksi yang terjadi adalah reaksi eksotermis
sehingga diperlukan pendingin dengan menggunakan jaket pendingin.
Sebagai pendingin digunakan air yang masuk pada suhu 30oC dan keluar
pada suhu 45oC. Kondisi operasi dalam reaktor dipertahankan pada suhu
137oC dan tekanan 1 atm selama 7,6 jam untuk mencapai konversi sebesar
85% .
3. Tahap akhir
Produk yang keluar dari reaktor berbentuk slurry dengan
menggunakan pompa sentrifugal P-05 dialirkan ke devolatilizer yang
dioperasikan pada suhu 150oC dan tekanan vacuum 0,5 atm untuk
18
memisahkan sisa pereaktan dengan produk High Impact Polystyrene
berdasarkan titik didihnya. Sisa pereaktan yang berupa Stirena monomer,
Etil Benzena dikondensasikan di kondensor (C-01) dan hasil kondensasi
direcycle kembali sebagai bahan baku.
Produk High Impact Polystyrene yang telah terpisah dari sisa
pereaktan dengan suhu 150oC didinginkan terlebih dahulu di cooler (C-02)
sampai suhu 30oC. Kemudian dimasukkan ke Rotary Dryer (RD) untuk
dikeringkan dengan efisiensi 72%. Selanjutnya dalam pellet mill (PM)
strand dipotong menjadi bentuk pellet, kemudian HIP akan di teruskan ke
screner (SC-02) untuk mendapatkan keseragaman ukuran dan selanjutnya
HIP akan dimasukkan ke dalam unit pengantongan pada gudang (G–03).
(http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/19835/4/Chapter
%20II.pdf)
2.10 Teknik Pembuatan Polistirena dalam Industri
Polistirena dapat dibentuk menjadi berbagai macam produk dengan cara :
1. Injection molding
Injection molding adalah proses pembentukan material termoplastik di
mana material yang meleleh karena pemanasan diinjeksikan oleh plunger
ke dalam cetakan yang didinginkan dengan air sehingga mengeras.
Meskipun banyak variasi dari proses dasar ini, 90 persen injection molding
adalah memproses material termoplastik. Injection molding mengambil
porsi sepertiga dari keseluruhan resin yang dikonsumsi dalam pemrosesan
termoplastik. Barang – barang termoplastik yang dibuat dengan cara
injection molding misalnya pesawat telepon, printer, keyboard, mouse,
dashboard, reflektor, roda gigi, helm, roda furniture dan masih banyak lagi
lainnya.
2. Ekstruksi
Ekstruksi dapat mengacu pada :
a. Ekstruksi (geologi)
19
Ekstruksi adalah fenomena geologi dimana terjadi keluarnya magma
ke permukaan bumi dan menjadi lava atau meledak secara dasyat di
atmosfer dan jatuh kembali menjadi batuan piroklastik atau batu tuf.
Hal ini berbeda dengan formasi bebatuan intrusif di mana magma tidak
mencapai permukaan tanah.
b. Ekstruksi (manufactur)
Proses pembuatan barang jadi atau setengah jadi dari plastik dan
logam. Ekstruksi ini adalah membuat benda dengan penampang tetap.
Keuntungan dari proses ekstruksi adalah bisa membuat benda dengan
penampang rumit, bisa memproses bahan yang rapuh karena pada
proses ekstruksi hanya bekerja tegangan tekan, sedangkan tegangan
tarik tidak terjadi. Aluminium, tembaga, kuningan, baja dan plastik
adalah bahan yang paling banyak diproses dengan ekstruksi. Contoh
barang dari baja yang diproses dengan ekstruksi adalah rel kereta api.
2.11 . Flowsheet
a. GPPS Flowsheet
Gambar 2.10. GPPS Flowsheet
Sumber :wiki.zero-emissions.at
b. HIPS Flowsheet
20
Gambar 2.11. HIPS Flowsheet
Sumber :wiki.zero-emissions.at
c. EPS Flowsheet
Gambar 2.12. EPS Flowsheet
Sumber :wiki.zero-emissions.at
2.12. Tinjauan Termodinamika
Untuk menentukan sifat reaksi apakah berjalan secara eksotermis
atauendotermis, maka perlu pembuktian dengan menggunakan panas
pembentukan standar (ΔH°f) pada tekanan 1 atm dan suhu 298,15 K dari
reaktan dan produk.
21
C6H5CH2CH3C6H5C) CH2+H2
ΔH°f reaksi = ΔH°fproduk - ΔH°freaktor
ΔH°f C6H5CHCH2 = -69.87 kJ/mol
ΔH°f H2 = 0 kJ/mol
ΔH°fC6H5CH2CH3 = -12.5 kJ/mol
ΔH°freaksi = ΔH°fproduk - ΔH°freaktor
= (-69.87+0) – (-12.5)
ΔH°freaksi = -57.37 kJ/mol
Dari perhitungan ΔH°freaksi di atas, maka dapat disimpulkan bahwa reaksi
pembentukan stirena bersifat eksotermis.
Reaksi bersifat dapat balik (reversibel) atau searah (irreversibel) dapat
ditentukan secara termodinamika, yaitu berdasarkan persamaan Van’t Hoff
d (∆ °G
RT)
dT =
−∆ H °RT 2
(2.1)
Dengan,
∆ G°= -RT ln K (2.2)
Sehingga, d ln K
dT =
∆ H °RT 2
(2.3)
Jika ΔH° merupakan perubahan enthalpy standar (panas reaksi) dan dapat
diasumsikan konstan terhadap suhu, maka persamaan (2.3) dapat
diintegralkan menjadi :
lnK 2K 1
= -∆ H °
R (
1T 2
- 1
T 1) (2.4)
data data energi Gibbs (Gibbs heat of formation)
22
Fe2O
StirenaEtil Benzen
ΔG°fC6H5CHCH2 = -67.4 kJ/mol
ΔG°fH2 =0 kJ/mol
ΔG°fC6H5CH2CH3 = 130.7 kJ/mol
ΔGReaksi = ∑ΔG298 produk - ∑ΔG298 reaktan
ΔG°f total =(-67.4+0) – (130.7)
= -198.1 kJ/mol
Konstanta kesetimbangan reaksi standart pada suhu 298,15 K dapat
dihitung, dengan:
K=exp(−ΔGRT )
K=exp( −198 .1kJ
mol
8 .314kJ
molo K×298 ,15o K)
K=exp (0 .0799 )K=1 .0832
Harga K yang sangat besar menunjukkan menunjukkan bahwa reaksi
pembentukan polistirena bersifat searah (irreversibel).
Berikut ini grafik hubungan suhu vs % konversi yang diperoleh dalam
tinjauan termodinamika:
Grafik keseimbangan konversi pada tinjauan thermodinamika didapat
dari persamaan berikut :
(Reff : Levenspiel, 1999)
23
Contoh Perhitungan Tinjauan Termodinamika :
Rumus ∆G = -RT ln K
lnK= ∆G
−RT
x = K
K+1
1. ln K = 198.1
8,314 x200
K= 1.1265
x= 1.1265
1+1.1265
=0.53
2. ln K= 198.1
8,314 x300
K = 1.0827
x= 1 .0827
1+1.0827
=0.52
3. ln K= 198.1
8,314 x 400
K = 1.0613
x= 1.0613
1+1.0613
=0.515
Tabel 2.6. Grafik Hubungan Suhu dan % Konversi (Termodinamika)
Suhu %konversi
200 53
300 52
400 51.5
24
500 51.2
600 51
700 50.8
800 50.7
900 50.6
200 300 400 500 600 700 800 90049
49.5
50
50.5
51
51.5
52
52.5
53
53.5
Tinjauan Thermodinamika
% K
onve
rsi
Gambar 2.13. Grafik Hubungan Suhu dan % Konversi (Termodinamika)
2.13. Tinjauan Kinetika
Tinjauan Kinetika Reaksi
Secara umum derajat kelangsungan reaksi ditentukan oleh konstanta
kecepatan reaksi (k), orde reaksi dan konsentrasi reaktan.
Persamaan kecepatan reaksi pembentukan polistirena adalah sebagai
berikut :
25
Suhu K
kc = k . kb . Th
e−∆G /RT ¿¿e(−1878
RT) (ref. Westerterp)
Pada T = 137°C
kc = konstanta kecepatan reaksi
kb = konstanta Boltzman = 2,04666 kal/mol
h = konstanta Planck = 9,8204391 x 10−11 kal.s /gmol
K = probabilitas reaksi, asumsi =1
G = energi bebas Gibbs = -42750 kkal/mol
k = 3,126 x 10 10 m3/kgmol.detik
untuk reaksi yang bersifat eksotermis, maka kenaikan suhu akan
menaikkan kecepatan reaksi. Dari segi termodinamika, temperatur
tertinggi yang dipilih mempertimbangkan pembentukan produk kristal
yang terjadi.
Dengan menggunakan persamaan Arhenius :
k=A e−( E
RT)
Dimana :
k = konstanta kecepatan reaksi
A = factor frekuensi gas ideal
R = konstanta gas ideal
T = suhu absolute
Dalam hubungan ini:
ER
= 6189.9
T = 410°K
k = konstanta kecepatan reaksi (lt/kmol dt)
k pada temperature operasi 410°K adalah sebesar 9.3.10-4 lt/kmol dt
26
Dari persamaan di atas, maka untuk mempercepat reaksi perlu
dilakukan usaha-usaha untuk memperbesar harga k, yaitu dengan jalan
memperbesar harga A dan T, serta memperkecil harga E.
Reaksi pembentukan polistirena adalah reaksi reversibel orde satu,
jadi persamaan yang digunakan untuk mencari konversi adalah:
(Reff: Levenspiel, 1999)
Contoh Perhitungan Grafik Tinjauan Kinetika :
Dari rumus k = Ae−ERT
-ln(1-XA)=kt
t = 27360 detik
1. k = 0.122444 e-6189/200
k = 4.433 x 10-15
-ln(1-XA)=kt
(1-XA)=0.999
XA= 1.213 x 10-10
2. k = 0.122444 e-6189/300
k = 1.34 x 10-10
-ln(1-XA)=kt
(1-XA)=0.999963
XA= 3.67 x 10-6
3. k = 0.122444 e-6189/400
k = 2.329 x 10-8
-ln(1-XA)=kt
(1-XA)=0.99936
XA= 6.37 x 10-4
27
Berikut ini grafik hubungan suhu vs % konversi yang diperoleh
dalam tinjauan kinetika:
Tabel 2.7. Hubungan Suhu dan % Konversi (Kinetika)
Suhu %Konversi
200 0.00000001213
300 0.000367
400 0.0637
500 1.398
600 10.5
700 38.35
800 76.8
900 96.8
200 300 400 500 600 700 800 9000
20
40
60
80
100
120
Grafik Hubungan Suhu Vs % Konversi
Tinjauan Kinetika
Gambar 2.14. Grafik Hubungan Suhu dan % Konversi (Kinetika)
Faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi :
28
Suhu K
%
K
o
n
v
e
r
s
i
1. Suhu
Bila suhu dinaikkan maka kecepatan reaksi akan meningkat.
Akibatnya reaksi akan berjalan dengan cepat.
2. Katalis
Katalis dapat menurunkan energy aktivasi (E). Dengan berkurangnya
energy aktivasi maka harga K akan naik sehingga laju kecepatan
reaksi akan bertambah cepat pula.
Tjukup Marnoto dan Endang Sulistyowati
Pengembangan Teknologi Kimia untuk Pengolahan Sumber Daya Alam Indonesia
Teknik Kimia, Fak Teknologi Industri, UPN “Veteran” Yogyakarta.
Grafik Konversi VS Suhu untuk Kondisi Optimum
Pada saat komposisi keseimbangan, perubahan konversi
terhadaptemperatur pada suatu reaksi dapat ditinjau secara dua aspek, yaitu
melalui tinjauan thermodinamika dan tinjauan kinetika. Hubungan antara
temperatur dan konversi dalam reaksi pembentukan polistirena dalam
tinjauan thermodinamika dan kinetika ditunjukkan pada data berikut :
200 300 400 500 600 700 800 9000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Grafik Hubungan Suhu Vs % Konversi
Tinjauan Kinetika
Tinjauan Thermodinamika
29
Gambar 2.15. Grafik Hubungan Suhu dan % Konversi (Kondisi Optimum)
Dari hasil perhitungan yang ditinjau dari tinjauan thermodinamika
dan kinetika diperoleh titik suhu optimum, yaitu pada suhu 720 K dengan
konversi 50.78%. sedangkan produksi polistiren pada pabrik suhu yang
dibutuhkan hanya 410 K dengan konversi 85%.
Penyimpangan terjadi karena proses produksi hanya membutuhkan
waktu 1 jam. Seharusnya produksi polistirena membutuhkan waktu yang
maksimal agar terjadi reaksi sempurna, mengingat agar cepat mendapatkan
produk polistirena dan segera dipasarkan. Apabila menunggu sampai
waktu maksimum, maka dibutuhkan waktu yang sangat lama. Selain itu,
reaksi pembentukan polistirena merupakan eksotermis yang menghasilkan
panas. Reaksi ini terjadi pada suhu 410 K. Apabila reaksi terjadi pada suhu
yang sangat tinggi maka, sangat berbahaya dan produk yang dihasilkan
kurang maksimal.
Untuk meningkatkan konversi bisa diatasi dengan menggunakan
katalis Fe2O3. Katalis ini akan mengurangi energi aktivasi dan
meningkatkan kecepatan reaksi pembentukan polistirena.
http://bilangapax.blogspot.com/2011/02/polistirena.html
1. Kondisi Operasi
a) Kondisi Operasi
Kondisi reaksi pembentukan Polystyrene dari Styrene dilakukan
pada fase cair.
Suhu 1370C.
Waktu 7,6 Jam
Tekanan 1 atm dengan pertimbangan agar reaktor tidak terlalu
tebal sehingga menghemat investasi untuk itu maka reaktor
dilengkapi jaket pendingin.
b) Reaktor
30
Reaktor :tangki berpengaduk dengan jaket pendingin (CSTR)
Reaksi : eksotermis
Pendingin : air yang masuk pada suhu 30oC dan keluar pada suhu
45oC
suhu 137oC dan tekanan 1 atm
Waktu : 7,6 jam
Keuntungan : konversi sebesar 85%, suhu terkendali,
Kekurangan : diperlukan recycle,sehingga waktu lebih lama
2. Diagram Alir
31
3. Flow Sheet
BAB III
PENUTUP
3.1. Kesimpulan
Polistirena adalah sebuah aromatik polimer yang dibuat dari
aromatik monomer styrene, cairan hidrokarbon yang secara komersial
diproduksi dari minyak bumi oleh di industri kimia.
Polistirena merupakan senyawa berbentuk Kristal bening yang
mempunyai sifat elektris yang baik, derajat kekerasan yang tinggi, tahan
32
terhadap panas, mudah dalam pewarnaan, permukaan yang halus dan low
toxity.
Polistirena dibuat melalui beberapa tahapan reaksi, yaitu tahapan
inisiasi, tahapan propagasi, dan tahapan terminasi. Sedangkan contoh proses
produksinya adalah bulk-batch, bulk-continuous, polimerisasi suspensi, dan
polimerisasi eemulsi.
Berdasarkan analisa data yang telah diperoleh, maka disimpulkan
bahwa potensi pasar dari produk polistrena di Indonesia masih luas karena
setiap tahun permintaan produk polistirena semakin meningkat.
3.2. Saran
a. Saran Untuk Produsen
Pendirian pabrik polistirena semakin cepat semakin baik, karena ke
kebutuhan dalam negeri akan polystirena semakin tahun semakin
tinggi
b. Saran Untuk Konsumen
Hindari pengunaan polistirena berlebih karena dapat mencemari
lingkungan
Hindari penggunaan polistirena sebagai tempat makanan dengan
suhu tinggi karena dapat terjadi kontaminasi pada makanan oleh
polistirena.
c. Saran Untuk bidang IPTEK
Diharapkan ditemukannya bahan baku pengganti untuk sterofoam
yang lebih ramah lingkungan dan lebih mudah terurai oleh alam.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2011.http://bilangapax.blogspot.com/2011/02/polistirena.html. Diakses
tanggal 3 September 2015
Anonim, 2012.http://serbamurni.blogspot.com/2012/02/contoh-laporan-cstr-
continuous-stirred.html. Diakses tanggal 3 September 2015
Anonim, 2013.http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/532/jbptunikompp-gdl-
rizkyrachm-26569-6babiv.pdf. Diakses tanggal 3 September 2015
33
Anonim, 2013.www.businessenvironment.wordpress.com. Diakses tanggal 3
September 2015
Anonim. Tinjauan
Pustaka.http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/19835/4/Chapter
%20II.pdf
Anonim.http://boddhileader.wordpress.com/project/.Badan Pusat Statistik, 2006.
DeZeen Magazine . 2008. Melted Collection.
http://www.dezeen.com/2008/05/04/melted-collection-by-pieke-bergmans/.
Fessenden, R. J. 1986. Organic Chemistry, 3th Jilid 2. Diterjemahkan Aloysius H.
Pudjaatmaka. Jakarta : Erlangga.
Fransiska, Selvy. 2011. selvyfransisca.files.wordpress.com/2011/07/makalah-
asam-asetat.docx Wikipedia.com/polystyrene.html.Diakses tanggal 5
September 2015
Hill Book Co.
http://fungsidanjeniskemasan.blogspot.com/2014/05/mengetahui-jenis-kemasan-
makanan-dan.html
http://i.ytimg.com/vi/G01VHoNlcwA/0.jpg.
http://stikes-hang-tuah.kpt.co.id/_b.php?_b=info&id=25386. Diakses tanggal 5
September 2015.
Levenspiel, O. 1957. “Chemical Reaction Engineering”. New York: Mc Graw.
Marnoto ,Tjukup dan Endang Sulistyowati. Pengembangan Teknologi Kimia
untuk Pengolahan Sumber Daya Alam Indonesia.Teknik Kimia, Fak
Teknologi Industri, UPN “Veteran” Yogyakarta.
Melati, Rina. 2008 .http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/627/jbptitbpp-gdl-rinamelati-
31339-3-2008ts-2.pdf. Institut Teknologi Bandung.
Meyer-Bill. 1984. Textbook of Polymer Science, 3rd ed., Wiley-Interscience,
New York.
Ministry of Industry Republic of Indonesia, 2007.
Perry, R.H. and Green, D.W., 1997, Perry’s Chemical Engineers’ Handbook,
7thed., Mc. Graw-Hill Book Company, New York.
34
Smith,J.M., H.C.Van Ness., M.M.Abbott. 2001. “Introduction to
ChemicalEngineering Thermodynamics” sixth ed. Singapore : Mc Graw
Hill Book
Strobl, Gert R. 2007. The Physics of Polymers. Concepts for Understanding Their
Structures and Behavior.. 3rd ed. Springer Science & Business Media.
Widiarto, Kurniawan. 2009. Pra Perancangan Pabrik Polistirena dari Stirena
Monomer dengan Proses Suspensi Polimerisasi Kapasitas 24.150 Ton/
Tahun http://etd.eprints.ums.ac.id/3456/1/D500040017.pdf.diakses tanggal
5 September 2015.
wiki.zero-emissions.at. Diakses tanggal 5 September 2015.
35