Prarancangan pabrik metil salisilat
-
Upload
dianlellis -
Category
Documents
-
view
310 -
download
36
Transcript of Prarancangan pabrik metil salisilat
PROPOSAL TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK METIL SALISILAT
DARI ASAM SALISILAT DAN METANOL
KAPASITAS 10000 TON/TAHUN
Disusun Oleh :
1. Agatha Prastika Kusumaningrum ( I 0512003 )
2. Fransisca Anita Sukamto ( I 0512022 )
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik
Indonesia sebagai negara berkembang masih bergantung pada negara lain
dalam berbagai aspek. Padahal Indonesia memiliki potensi untuk
mengembangkan diri di berbagai bidang, salah satunya sektor industri kimia.
Salah satu pasar potensial sektor industri kimia adalah metil salisilat.
Kegunaannya yang luas dalam berbagai industri membuat permintaan akan
komoditas tersebut meningkat tiap tahunnya. Pada industri farmasi, metil salisilat
digunakan sebagai bahan aktif dalam berbagai formulasi produk untuk
mendapatkan efek analgesiknya. Aroma dan rasanya yang khas juga membuatnya
banyak digunakan di industri makanan atau minuman dan industri kosmetik.
Metil salisilat merupakan turunan dari asam salisat yang paling penting
secara komersial, disamping asam asetil salisilat (aspirin). Metil salisilat
merupakan senyawa ester yang pada suhu ruangan berfase cair (tidak berwarna),
mempunyai aroma yang khas, larut sempurna dalam alkohol namun sukar larut
dalam air. Metil salisilat sering dikenal dengan nama lain oil of wintergreen atau
minyak betulu. Metil salisilat dapat diekstraksi dari alam dalam bentuk minyak
atsiri dari tanaman Gandapura, namun sekarang lebih banyak dijumpai pabrik
yang mensintesis metil salisilat dari asam salisilat dan metanol.
Saat ini Indonesia memenuhi kebutuhan metil salisilat dengan mengimpor
dari negara-negara seperti China dan India karena belum terdapat pabrik metil
salisilat di dalam negeri. Berdasarkan data impor komoditi dari Badan Pusat
Statisik Republik Indonesia, rata-rata metil salisilat diimpor sebanyak 2600
ton/tahun. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut, pabrik metil salisilat ini akan
dirancang memiliki kapasitas 10000 ton/tahun. Diharapkan pabrik ini dapat
memenuhi kebutuhan di dalam negeri dan juga dapat dijadikan komoditas impor
untuk memenuhi kebutuhan negara-negara tetangga di Asia Tenggara.
1
1.2. Kapasitas Perancangan
Kapasitas produksi pabrik metil salisilat ditentukan berdasarkan beberapa
pertimbangan antara lain:
1. Kebutuhan metil salisilat
2. Ketersediaan bahan baku
3. Kapasitas pabrik yang sudah berdiri
1.2.1 Kebutuhan Metil Salisilat
Setiap tahunnya di Indonesia, kebutuhan metil salisilat mengalami
peningkatan. Berikut merupakan hasil estimasi kebutuhan metil salisilat di
Indonesia
Tabel 1.1 Data Impor Metil Salisilat di Indonesia
No Tahun Kapasitas (Ton)
1 2010 1651,271
2 2011 1710,405
3 2012 1951,790
4 2013 2010,590
5 2014 2125,331
(Badan Pusat Statistik,2014)
Dari data impor metil salisilat (Tabel 1.1), dapat digunakan untuk
menghitung pertumbuhan produk metil salisilat
Tabel 1.2 Data Pertumbuhan Kebutuhan Impor Indonesia
Tahun Kapasitas
(kg/tahun)
Kapasitas
(ton/tahun)
Pertumbuhan
2010 1651271 1651,271
2011 1710405 1710,405 0,035811
2012 1951790 1951,79 0,14113
2013 2010590 2010,59 0,03013
2014 2125331 2125,331 0,05707
rata-rata 0,06603
2
Menghitung nilai M
M=F ×(1+P)n
Dengan, n = Tahun pabrik berdiri – Tahun rencana pendirian
F = Kapasitas produk pada tahun terakhir
P = Rata-rata pertumbuhan kapasitas produk
M=kapasitas terakhir ×(1+Pertumbuhan rerata)n
M=2125,331 ton / tahun×(1+0,06603)4
M=2744,79317 ton / tahun
Pabrik metil salisilat direncanakan beroperasi pada tahun 2018. Jadi untuk
tahun 2018, diperkirakan Indonesia membutuhkan metil salisilat sebesar 2744,79
ton/tahun.
1.2.2 Ketersediaan bahan baku.
Bahan baku pembuatan biodiesel adalah Metanol dan Asam Salisilat.
Metanol dapat diperoleh dari PT. Kaltim Metanol Industri, Kalimantan Timur,
dengan kapastas produksi 660.000 ton/tahun. Sedangkan kebutuhan asam salisilat
dipasok dari Jinan Shijitongda Chemical Co.Ltd, Cina dengan kapasitas produksi
12.000 ton/tahun. Sedangkan asam sulfat sebagai katalis didapat dari PT.
Petrokimia Gresik, Jawa Timur dengan kapasitas 570.000 ton/tahun.
1.2.3 Kapasitas pabrik yang sudah berdiri
Beberapa kapasitas pabrik metil salisilat yang telah berdiri adalah sebagai
berikut
Tabel 1.3 Industri Metil Salisilat di Berbagai Negara
Nama Pabrik Negara
Kapasitas
Produksi
(ton/tahun)
Sumber
Novacyl Perancis 6000 www.novacyl.eu
Zhenjiang Maoyan China 10000 www.made-in-china.com
SCPL India 5500 www.icra.in
Rishabh India 4000 www.rmc.in
3
Untuk menghitung kapasitas produksi pabrik yang akan didirikan pada
tahun 2018, digunakan dengan cara Discounted Cash Flow sebagai berikut
Menghitung nilai M
M=F ×(1+P)n
Dengan, n = Tahun pabrik berdiri – Tahun rencana pendirian
F = Kapasitas produk pada tahun terakhir
P = Rata-rata pertumbuhan kapasitas produk
Neraca Massa Pertumbuhan Produk
M1 + M2 + M3 = M4 + M5
dengan, M1 = Kebutuhan impor Negara
M2 = Kapasitas pabrik yang sudah ada
M3 = Kapasitas pabrik yang akan dibangun
M4 = Kebutuhan ekspor Negara lain
M5 = Konsumsi dalam negeri
M1
Karena kebutuhan impor Indonesia pada tahun 2018 akan disuplai oleh
pabrik baru yang akan dibuat, maka nilai M1 adalah 0.
M2
Karena pabrik metil salisilat belum ada di Indonesia, maka nilai M2 yang
merupakan kapasitas produksi pabrik yang sudah ada bernilai 0.
M3
M3 merupakan kapasitas produksi pabrik yang akan dibangun, maka nilai
M3 adalah yang dicari.
M4
Hasil produksi pabrik asam salisilat yang akan dibangun tidak hanya
memenuhi kebutuhan dalam negeri tetapi juga diekspor ke beberapa
negara tetangga yaitu, Singapura, Thailand, dan India.
4
Menghitung kebutuhan impor berbagai negara
A. Mencari nilai M4.1 dari kebutuhan impor negara Singapura
Tabel 1.4 Data Pertumbuhan Kebutuhan Impor Singapura
Tahun Kapasitas
(kg/tahun)
Kapasitas
(ton/tahun)
Pertumbuhan
2011 2378223 2378,223
2012 2365040 2365,04 -0,00554
2013 2606164 2606,164 0,10195
rata-rata 0,04821
(Sumber: UN Data, 2013)
M 4.1=F ×(1+P)n
M 4.1=2606,164 ton/ tahun×(1+0,04821)4
M 4.1=3146,20378 ton / tahun
B. Mencari nilai M4.2 dari kebutuhan impor negara Thailand
Tabel 1.5 Data Pertumbuhan Kebutuhan Impor Thailand
Tahun Kapasitas
(kg/tahun)
Kapasitas
(ton/tahun)
Pertumbuhan
2011 926042 926,042
2012 1229060 1229,06 0,32722
2013 1345540 1345,54 0,09477
2014 1434688 1434,688 0,06625
rata-rata 0,16275
(Sumber: UN Data, 2014)
M 4.2=F ×(1+P)n
M 4.2=1434,688 ton / tahun×(1+0,16275)4
M 4.2=2622,40707 ton / tahun
5
C. Mencari nilai M4.3 dari kebutuhan impor negara India
Tabel 1.6 Data Pertumbuhan Kebutuhan Impor India
Tahun Kapasitas
(kg/tahun)
Kapasitas
(ton/tahun)
Pertumbuhan
2010 1891618 1891,618
2011 1566698 1566,698 0,207391597
2012 1323730 1323,73 0,183548005
2013 1060881 1060,881 0,247764829
2014 1336682 1336,682 -0,206332546
rata-rata 0,07499
(Sumber: UN Data, 2014)
M 4.3=F ×(1+P)n
M 4.3=1336,682ton / tahun×(1+0,07499)4
M 4.3=1785,05392ton / tahun
Sehingga nilai M4 dapat dihitung sebagai berikut
M 4=M 4.1+M 4.2+M 4.3
M 4=(3146,20378+2622,40707+1785,05392)ton / tahun
M 4=7553,66477 ton / tahun
M5
Menghitung kebutuhan impor Indonesia tahun 2018
Tabel 1.7 Data Pertumbuhan Kebutuhan Impor Indonesia
Tahun Kapasitas
(kg/tahun)
Kapasitas
(ton/tahun)
Pertumbuhan
2010 1651271 1651,271
2011 1710405 1710,405 0,035811
2012 1951790 1951,79 0,14113
2013 2010590 2010,59 0,03013
2014 2125331 2125,331 0,05707
rata-rata 0,06603
(Sumber: Badan Pusat Statistik, 2015)
6
Mencari nilai M5
M 5=F ×(1+P)n
M 5=2125,331 ton /tahun ×(1+0,06603)4
M 5=2744,79317 ton / tahun
Maka dari neraca massa pertumbuhan produk, kita dapat mencari kapasitas
pabrik baru yang akan dibangun yaitu,
M 1+M 2+M 3=M 4+M 5
0+0+M 3=(7553,66477+2744,79317)ton / tahun
M 3=10298,45794 ton / tahun
Dari tabel 1.2 dapat diketahui bahwa kapasitas produksi metil salisilat
minimal di dunia adalah sebesar 4.000 ton/tahun. Sedangkan kebutuhan metil
salisilat di dalam negeri adalah sebesar 2744,79 ton/tahun. Berdasarkan
pertimbangan tersebut dan hasil perhitungan diatas, kapasitas produksi metil
salisilat ditentukan sebesar 10.000 ton/tahun dengan berbagai pertimbangan antara
lain:
1. Mempertimbangkan ketersediaan bahan baku.
2. Dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri yang meningkat dari tahun ke
tahun
3. Dapat memenuhi kebutuhan ekspor ke beberapa Negara di Asia
4. Dapat memberi kesempatan berdirinya industri berbahan baku metil
salisilat.
1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik
Letak geografi suatu pabrik memberikan pengaruh yang besar terhadap
kelangsungan suatu industri. Oleh karena itu, penentuan letak/lokasi pabrik harus
didasarkan atas pertimbangan-pertimbangan baik secara teknis maupun ekonomis,
antar lain meliputi: biaya produksi, distribusi bahan baku dan produk, disamping
tidak mengabaikan kelestarian lingkungan hidup.
Lokasi pabrik metil salisilat direncanakan didirikan di Kawasan Industri
Cilegon, Jawa Barat dengan faktor pertimbangan sebagai berikut
7
1.3.1 Faktor Primer
Faktor Primer ini secara langsung mempengaruhi tujuan utama dari pabrik
yang meliputi produksi dan distribusi produk yang diatur menurut macam dan
kualitas, waktu dan tempat yang dibutuhkan konsumen pada tingkat harga yang
terjangkau sedangkan pabrik masih memperoleh keuntungan yang wajar. Faktor
primer meliputi :
1. Penyediaan Bahan baku
Sumber bahan baku adalah salah satu faktor penting dalam
pemilihan lokasi pabrik. Bahan baku yang digunakan untuk pembuatan
metil salisilat yaitu asam salisilat dan metanol. Bahan baku metanol
diperoleh dari PT. Kaltim Metanol Industri yang terletak di Kalimantan
Timur. Sedangkan asam salisilat diperoleh dari Jinan Shijitongda
Chemical Co.Ltd, Cina. Oleh karena itu dipilih lokasi di Kawasan
Industri Cilegon dimana cukup dekat dengan pelabuhan yang tidak
memberatkan biaya operasional.
2. Pemasaran Produk
Faktor yang perlu diperhatikan adalah letak wilayah pabrik yang
membutuhkan Metil Salisilat dan jumlah kebutuhannya. Daerah Cilegon
merupakan daerah yang strategis untuk pendirian suatu pabrik karena
dekat dengan kawasan industri di Tangerang dan sekitarnya. Pabrik
yang menggunakan bahan baku Metil Salisilat adalah PT Eagle Indo
Pharma di Tangerang, Banten sebagai produsen balsem terbesar di
Indonesia (www.caplang.com).
3. Sarana Transportasi
Dalam hal ini dipertimbangkan dari segi kemudahan dan
kelancarannya, namun dalam hal ini bersifat relatif karena ada
kalanya kemudahan transportasi tercipta karena berdirinya suatu
pabrik. Kawasan Industri Cilegon dekat dengan Pelabuhan Tanjung
Priok dan Pelabuhan Merak yang mempermudah pengiriman produk
maupun penerimaan bahan baku. Selain itu kawasan ini juga dekat
dengan sarana dan prasarana transportasi seperti Bandara Soekarno-
8
Hatta dan sarana pengangkutan dengan kereta api maupun jalan raya,
sehingga memberi kemudahan dalam operasional administrasi dan
pengelolaan manajemen.
4. Utilitas
Kawasan industri Cilegon merupakan kawasan industri yang
terencana sehingga kebutuhan utilitas seperti tenaga listrik, air dan
bahan bakar dapat diatasi. Untuk kebutuhan listrik didapat dari PLN
setempat dan generator sebagai cadangan. kebutuhan bahan bakar
dipenuhi dari Pertamina. Kebutuhan air dapat langsung mengambil dari
air laut dan untuk kebutuhan air tawar dapat diperoleh dari PT Krakatau
Tirta Industri.
5. Tenaga kerja
Tersedianya tenaga kerja terampil diperlukan untuk menjalankan
mesin–mesin produksi dan juga bagian pemasaran dan administrasi.
Tenaga kerja dapat direkrut dari daerah Jakarta, Jawa Barat, Jawa
Tengah dan sekitarnya.
1.3.2. Faktor Sekunder
1. Karakteristik Lokasi
Karakteristik lokasi meliputi keadaan iklim dan kondisi sosial
masyarakat. Karena pabrik yang akan didirikan terletak di Kawasan
Industri Cilegon, maka iklim dan kondisi sosial masyarakat sangat
mendukung untuk pendirian pabrik.
2. Kebijaksanaan pemerintah
Sesuai dengan kebijaksanaan pengembangan industri, pemerintah
telah menetapkan daerah Cilegon sebagai kawasan industri yang terbuka
bagi investor asing. Pemerintah sebagai fasilitator telah memberikan
kemudahan-kemudahan dalam perizinan, pajak, dan lain-lain yang
menyangkut teknis pelaksanaan pendirian suatu pabrik.
9
Gambar 1.1 Peta Lahan Pendirian Pabrik Metil Salisilat
1.4. Tinjauan Pustaka
1.4.1 Proses
Macam-macam proses produksi metil salisilat yaitu:
1. Ekstraksi
Metil salisilat dapat diambil dari tanaman Wintergreen dan
Sweet Birch dengan ekstraksi karena tanaman tersebut banyak
mengandung Glucoside. Bahan yang telah disortasi atau batang dari
tanaman sweet birch yang telah di reduksi ukurannya direndam dalam
air suling didalam alat penyuling pada suhu sekitar 120oF (49oC)
selama semalam, kemudian didistilasi batch selama 5 atau 6 jam.
Distilat dipisahkan menjadi lapisan minyak (atas) dan lapisan air
(bawah). Lapisan air dikembalikan ke alat penyuling. Operasi distilasi
dihentikan apabila air sudah tidak mengandung suspensi minyak. Proses
ekstraksi bahan alam ini harus memenuhi range spesific gravity sebesar
1,176-1,182 dan titik didih 219-284oC untuk mendapatkan yield
10
LokasiPabrik Metil Salisilat
sebesar 99%. Yield minyak yang banyak hanya dapat diperoleh dari
bahan yang segar, sehingga masa penyimpanan bahan maksimal
hanya 2 minggu dan untuk 1 proses batch membutuhkan waktu
sekitar 30 jam (Guenther, 1949).
2. Esterifikasi dengan katalis asam sulfat
Asam salisilat, alkohol berlebih, dan katalis ditambahkan ke
reaktor. Panas ditambahkan ke reaktor sampai mencapai suhu reaksi.
Ketika konsentrasi asam telah berkurang sesuai dengan tingkatan
yang diinginkan (konversi), produk dipisahkan. Karena esterifikasi
antara alkohol dan asam organik merupakan reaksi kesetimbangan
dapat balik, maka untuk mencapai konversi yang tinggi perlu
pemisahan salah satu produk yang terbentuk (ester atau air). Metil
salisilat merupakan ester non volatile, dimana alkoholnya secara
nyata tidak larut dalam air, sehingga metode distilasi dapat
digunakan untuk memindahkan air dari reaksi (Kirk and
Othmer,1979). Adapun reaksi yang terjadi dalam proses
pembentukan metil salisilat adalah sebagai berikut :
C7H6O3 + CH3OH ↔ C8H8O3 + H2O
Asam salisilat methanol metil salisilat air
(Chandavasu,1997)
3. Esterifikasi dengan membrane-integrated reactor
Pemisahan air selain menggunakan distilasi, dapat juga
menggunakan membrane reactor, dimana air yang dihasilkan
dipindahkan melalui permselective membrane dari zona reaksi, proses
reaksi akan terus berlangsung sehingga dapat tercapai konversi yang
tinggi (Chandavasu,1997).
11
Dalam perancangan ini menggunakan proses esterifikasi dengan katalis
asam sulfat, karena :
a. Tidak ada data-data pendukung untuk proses ekstraksi
b. Alkohol berlebih dapat dipergunakan lagi dengan terlebih dahulu
dipisahkan dari produk
c. Saat ini aplikasi esterifikasi dengan membrane-integrated reactor jarang
digunakan.
1.4.2 Tinjauan Proses Secara Umum
Reaksi pembentukan metil salisilat dari methanol dan asam salisilat
merupakan reaksi esterifikasi. Reaksi yang terjadi adalah :
C7H6O3 + CH3OH C8H8O3 + H2O
Kondisi operasi pada temperatur 63 ºC dan tekanan 1 atm dengan
konversi reaksi asam salisilat membentuk metil salisilat sebesar 91,02 %. Karena
esterifikasi metanol dan asam salisilat melibatkan kesetimbangan yang dapat
balik, maka reaksi ini tidak sempurna. Untuk menggeser kesetimbangan kearah
pembentukan produk, maka salah satu reaktan yaitu metanol dibuat pada
kondisi berlebih dengan perbandingan 8 : 1 (Chandavasu,1997).
1.4.3. Kegunaan Produk
Kegunaan utama dari Metil Salisilat ini meliputi untuk pembuatan
pembuatan balsem untuk penyakit otot, pemberi aroma dan pengharum pada
parfum dan kosmetik, zat aditif pada pembuatan pasta gigi dan kosmetik (Kirk
and Othmer, 1979).
1.4.4 Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk
A. Metanol
a. Sifat fisis
Rumus Molekul : CH3OH
Wujud pada 1 atm 25 ºC : cair,tak berwarna
Berat molekul, (g/mol) : 32
Titik didih (boiling point), (ºC) : 64,7
Titik beku (freezing point), (ºC) : -97
Temperatur kritis (K ) : 514,58
12
Tekanan kritis (Bar) : 80,97
Densitas (g/cm3) : 0,79
Viskositas (cP) : 0,541
Δ Hf pada 25 ºC, 1 atm, (kJ/mol) : -201,17
Δ Gf pada 25 ºC, 1 atm, (kJ/kmol) : -162,151
(Kirk and Othmer, 1979)
b. Sifat Kimia
Metanol adalah gugus alkohol aliphatik yang paling sederhana,
reaktifitasnya ditentukan oleh gugus hidroksil. Reaksi dengan methanol
terjadi melalui pecahnya ikatan C-O atau C=H dan bercirikan reaksi
substitusi gugus –H dan –OH.
1) Dehidrogenase
Pelepasan unsur hidrogen dengan bantuan katalis Ag. Reaksi :
2CH3OH 2CH2OH + H2..……………...…………..…...(1-
2)
2) Reaksi esterifikasi
Pembentukan senyawa ester dengan jalan mereaksikan metanol
dengan senyawa asam organik, misal pada reaksi pembentukan
metil salisilat.
Reaksi :
CH3OH + C7H6O3 C8H8O3+ H2O.…….……….…..
(1-3)
3) Reaksi substitusi
Reaksi antara metanol dengan senyawa halida, misal pada reaksi
pembentukan metil klorida
Reaksi :
CH3OH + HCl CH3Cl+ H2O…..………………..….(1-
4)
13
Ag
(Kirk and Othmer, 1979)
B. Asam salisilat
a. Sifat Fisis
Rumus Molekul : C7H6O3
Wujud pada 1 atm 25 ºC : padat,kristal
Berat molekul, (g/ mol) : 138
Titik didih (boiling point), (ºC) : 255,85
Titik beku (freezing point), (ºC) : 159
Temperatur kritis (K ) : 739
Tekanan kritis (Bar) : 51,80
Densitas (g/cm3) : 1,140
Δ Hf pada 25 ºC, 1 atm, (kJ/mol) : -466,35
Δ Gf pada 25 ºC, 1 atm, : 365,21
b. Sifat Kimia
1) Reaksi esterifikasi
Dengan senyawa alkohol dapat membentuk ester, misal pada
reaksi pembentukan metil salisilat.
2) Dapat membentuk salycilamide bila direaksikan dengan aniline
memakai katalis PCl3
3) Dapat membentuk asam benzoat melalui reaksi asam salisilat dan
chloro acetic acid dengan katalis NaOH
(Kirk and Othmer, 1979)
C. Metil Salisilat
a. Sifat-sifat Fisis
Rumus Molekul : C8H8O3
Wujud pada 1 atm 25 ºC : cair, tidak berwarna
Berat molekul, (gr/gr mol) : 152
14
Titik didih (boiling point), (ºC) : 220,5
Titik beku (freezing point), (ºC) : -8,3
Temperatur kritis (K ) : 701
Tekanan kritis (Bar) : 40,9
Densitas (g/cm3) : 1,183
Δ Hf pada 25 ºC, 1 atm, (kJ/mol) : -464,3
Δ Gf pada 25 ºC, 1 atm, : -339
b. sifat - sifat kimia
1) Metil salisilat dalam larutan alkaline bila di mixer dengan acetic
anhydryde menghasilkan methyl o-acetoxy benzoate.
2) Metil salisilat dalam larutan alkaline bila dimixer dengan benzoyl
chloride menghasilkan methyl o-benzoxy benzoate.
3) Metil salisilat direaksikan dengan capryl chloride menghasilkan
methyl 2-capryloxy benzoate sedangkan pada hidrolisis ester
menghasilkan 4-capry salicylic acid.
(Kirk and Othmer, 1979)
15
BAB II
DESKRIPSI PROSES
2.1. Spesifikasi Bahan Baku, Bahan Pendukung, dan Produk
2.1.1. Spesifikasi bahan baku
a. Metanol
Fase (25oC, 1 atm) : cair
Warna : jernih, tidak berwarna
Densitas (25oC) : 0,787 g/cm3
Viskositas (25oC) : 0,541 cp
Impuritas : H2O 0,15% berat
Kemurnian : CH3OH 99,85% berat
(www.kaltimmethanol.com)
b. Asam Salisilat
Fase (25oC, 1 atm) : padat, bentuk powder
Densitas (20oC) : 1,443 g/cm3
Kemurnian : C7H6O3 99,2% berat
(www.jfchem.com)
2.1.2. Spesifikasi bahan pendukung (katalis)
a. Asam Sulfat
Fase (25oC, 1 atm) : cair
Warna : jernih, tidak berwarna
Densitas (18oC) : 1,834 g/cm3
16
Impuritas : H2O 2% berat
Kemurnian : H2SO4 98% berat
(www.petrokimia-gresik.com)
2.1.3. Spesifikasi produk
a. Metil salisilat
Fase (25oC, 1 atm) : cair
Warna : jernih, tidak berwarna
Densitas (25oC) : 1,182 g/ cm3
Impuritas : CH3OH max. 1% berat
Kemurnian : C8H8O3 min. 99% berat
(www.maoyuanchem.com)
2.2. Konsep Proses
2.2.1. Dasar Reaksi
Proses pembuatan metil salisilat dari metanol dan asam salisilat
dengan katalisator asam sulfat pekat dilakukan melalui esterifikasi
dengan reaksi sebagai berikut :
Asam salisilat methanol metil salisilat air
(Chandavasu,1997)
2.2.2. Mekanisme Reaksi
Mekanisme yang terjadi yaitu asam salisilat menerima proton
dari asam sulfat kemudian alkohol akan menyerang gugus karbonil
yang terprotonasi, sebuah proton oksigen hilang dan digantikan
dengan gugus karbon dari alkohol, kemudian terjadi proses eliminasi
air, sehingga pada akhirnya dihasilkan ester yang dimaksud.
17
Asam karboksilat
menerima proton dari
katalis asam sulfat
Alkohol menyerang gugus
karbonil yang
terprotonisasi
Sebuah proton hilang
pada oksigen dan
bergabung
dengan yang lain
Eliminasi air Metil salisilat
Gambar 2.1 Mekanisme Reaksi Pembuatan Metil Salisilat
2.2.3 Tinjauan Kinetika
Konversi kesetimbangan yang dicapai pada kondisi operasi
T = 63oC, P = 1 atm dengan perbandingan mol metanol : asam salisilat
= 8 : 1 dan konsentrasi katalis asam sulfat 1,1 mol/L adalah sebesar
XAe = 0,9581 (Chandavasu,1997). Untuk reaksi reversible, konversi
reaksi diambil 95% dari konversi kesetimbangan, maka diperoleh
konversi reaksi sebesar XA = 0,9102 (Smith, 1985).
18
Secara umum reaksi esterifikasi metanol dan asam salisilat
dapat disimbolkan sebagai berikut :
k1
A + B C + D
k-1
dimana : A = asam salisilat
B = metanol
C = metil salisilat
D = air
Persamaan kecepatan reaksinya :
(-ra) = k1. CA. CB – k-1. CC. CD
dengan : k1 = konstanta kecepatan reaksi esterifikasi
k-1 = konstanta kecepatan reaksi hidrolisa
CA = konsentrasi asam salisilat
CB = konsentrasi metanol
CC = konsentrasi air
CD = konsentrasi metil salisilat
CA = CAO (1 – XA)
CB = CBO –CAO.XA = CAO.(M1 – XA), dengan M1 = CBoCAo
CC = CCO – CAO.XA = CAO.(M2 – XA), dengan M2 = CCoCAo
CD = CDO – CAO.XA = CAO.(M3 – XA), dengan M3 = CDoCAo
Persamaan kecepatan reaksinya menjadi :
(-ra) = k1. CAO2 . (1-XA). (M1-XA) - k-1. CAO2. (M2+XA). (M3+XA)
Dengan nilai, CAO = konsentrasi asam salisilat awal
XA = konversi reaksi
k1 = 0,0233 L/mol.jam
k-1 = 0,007482 L/mol.jam
(Candavasu, 1997)
19
2.2.4. Tinjauan Termodinamika
Pada reaksi esterifikasi asam salisilat dan methanol menghasilkan metil
salisilat. Dengan tinjauan termodinamika, untuk mengetahui reaksi tersebut
berlangsung secara eksotermis atau endotermis dapat diketahui dari perhitungan
∆HR 298.
Pada 298 K, ∆Hf C7H6O3 = -466,341 kJ/kmol
∆Hf CH3OH = -211,429 kJ/kmol
∆Hf C8H8O3 = -464,291 kJ/kmol
∆Hf H2O = -241,817 kJ/kmol
(Yaws,1999)
Reaksi di Reaktor :
C7H6O3 + CH3OH C8H8O3 + H2O
∆HR 298 = ∆Hf (produk) - ∆Hf (reaktan)
Keterangan :
∆HR 298 : Panas reaksi standar pada suhu 298 K, kJ/kmol
∆Hf (produk) : Panas reaksi pembentukan produk, kJ/kmol
∆Hf (reaktan) : Panas reaksi pembentukan reaktan, kJ/kmol
∆HR 298 = ( ∆Hf C8H8O3 + ∆Hf H2O ) – ( ∆Hf C7H6O3 + ∆Hf CH3OH )
= (-464,291 + (-241,817)) - (-466,341 + (-211,429)) kJ/kmol
= -29,4349 kJ/kmol
Tabel 2.1 Nilai Kalor Jenis Tiap Komponen
Komponen A B C D
Metil Salisilat 95,092 1,0367 -0,00247 2,4373.10-6
Air 92,053 -0,03995 -2,11.10-4 5,36.10-7
Asam Salisilat 36,78 0,3199 0,000379
Metanol 40,152 0,31046 -0,00103 1,4598.10-6
(Yaws,1999)
∆HR = ∆HR 298 + ʃCpdT
20
= -29,4349 kJ/kmol + 94,2611 kJ/kmol
= 64,8294 kJ/kmol
Reaksi di atas merupakan reaksi endotermis dengan ∆HR = 64,8294 kJ/kmol.
Sifat reaksi yang reversibel atau irreversibel dapat diketahui dari harga konstanta
kesetimbangan.
Pada 298 K, ∆Gf C7H6O3 = -399,420 kJ/kmol
∆Gf CH3OH = -162,679 kJ/kmol
∆Gf C8H8O3 = -337,066 kJ/kmol
∆Gf H2O = -227,840 kJ/kmol
(Yaws,1999)
ΔG298 = ΣΔGf produk – ΣΔGf reaktan
= [Gf C8H8O3+Gf H2O]-[ Gf C7H6O3+Gf CH3OH]
= [-337,066 +(-227,84)] – [-399,42 + (-162,679)] kJ/ mol
= -2807,12 kJ/kmol
∆G298 = - RT ln K298
ln K298 =
ΔG298
−RT
=
−2807,12 kJ/kmol−8 , 314 k J/kmol K x 298 K
= 1,1330
K298 = 3,1049 ∆HR 298 = - RT ln K
ln K =
ΔH R 298
−RT
ln K2
ln K1 =
ΔH R 298
−R [ 1T 2
− 1T 1
]Keterangan :
∆HR 298 : Panas reaksi standar pada suhu 298 K, kJ/mol
R : Tetapan gas (0,008314 kJ/mol K)
21
T1 : Temperatur referensi (298 K)
T2 : Temperatur operasi (336,15 K)
K1 : Konstanta kesetimbangan pada temperatur referensi
K2 : Konstanta kesetimbangan pada temperatur operasi
ln K336 , 15
ln K298 ,15 =
ΔH R 298
−R [ 1336 , 15
− 1298 ]
ln K336,15 - 1,1330 =
64,8294−8 , 314
[ 1336 ,15
− 1298 ]
ln K336,15 = 1,1359
K336,15 = 3,114
Karena harga konstanta kesetimbangan (K) sangat kecil, maka reaksi
esterifikasi asam salisilat dan metanol bersifat reversibel.
2.3. Diagram Alir Proses
2.3.1. Gambar Diagram Alir Proses
(lihat halaman 24)
2.3.2. Deskripsi Proses
Secara keseluruhan langkah pembuatan metil salisilat dapat dibagi
menjadi tiga tahapan yaitu :
1. Tahap Penyiapan Bahan Baku
Asam salisilat dalam fase padat dari Silo Asam Salisilat (S-01)
diumpankan dengan Metanol fresh feed dari Tangki Penyimpanan Larutan
Metanol (T-01) yang disimpan pada suhu 30oC ke Mixer Metanol-Asam Salisilat
(M-01) untuk melarutkan asam salisilat.
2. Tahap Pembentukan Produk
Asam Salisilat dalam fase padat dari Silo Asam Salisilat (S-01)
diumpankan dengan Metanol fresh feed dari Tangki Penyimpanan Larutan
Metanol (T-01) yang disimpan pada suhu 30°C dan Metanol recycle hasil atas
dari Menara Distilasi (MD-01) pada suhu 62,57°C ke Mixer Metanol-Asam
Salisilat (M-01) untuk melarutkan asam salisilat. Hasil dari Mixer Metanol-Asam
Salisilat (M-01) dan Asam Sulfat pekat 98% (katalisator) dari Tangki
22
Penyimpanan Larutan Asam Sulfat (T-02) diumpankan ke dalam Reaktor 01 (R-
01). Reaktor 01 (R-01) beroperasi secara isotermal pada suhu 68°C dan tekanan
1,5 atm. Hasil keluar reaktor menghasilkan Metil Salisilat dengan konversi Asam
Salisilat sebesar 87,25% . Reaksi ini bersifat endotermis sehingga suhu reaksi
akan turun terus menerus dan diperlukan pemanas agar suhu operasi konstan.
3. Tahap Pemisahan dan Pemurnian Produk
Natrium Hidroksida 48% dari Tangki Penyimpanan Larutan NaOH (T-03)
diumpankan bersama Air ke Mixer NaOH (M-02) untuk mendapatkan larutan
Natrium Hidroksida encer yang akan digunakan untuk netralisasi. Hasil keluar
Reaktor 03 (R-03) selanjutnya dinetralisasi dengan hasil dari Mixer NaOH (M-02)
pada Netralizer (N-01). Reaksi yang terjadi pada Netralizer (N-01) adalah reaksi
antara Asam Sulfat dan sisa reaktan Asam Salisilat dengan larutan Natrium
Hidroksida encer yang menghasilkan garam-garam yang larut dalam air. Kedua
reaksi tersebut bersifat eksotermis maka dibutuhkan pendingin untuk menjaga
agar suhu operasi konstan. Hasil dari Netralizer (N-01) diumpankan ke Dekanter
(D-01) untuk pemisahan pada suhu 40°C. Hasil keluar Dekanter (D-01) berupa
fase berat yang mengandung sebagian besar Metil Salisilat dan fase ringan yang
mengandung sebagian besar Metanol, Air dan soluble salts. Fase berat lalu
dialirkan ke Heat Exchanger Feed Evaporator (HE-01) untuk memanaskan feed
sebelum masuk ke Evaporator double effect dimana akan terjadi penguapan
Metanol dan Air untuk mendapatkan Metil Salisilat dengan kemurnian yang
tinggi. Evaporator 01 (E-01) menguapkan Metanol dan Air pada suhu 132°C dan
tekanan 2 atm, lalu uap tersebut digunakan sebagai pemanas pada Evaporator 02
(E-02) untuk memekatkan Metil Salisilat sampai kemurnian 99,5%. Produk
dialirkan ke Tangki Penyimpanan Metil Salisilat (T-04). Kondensat Metanol dan
Air yang telah digunakan untuk menguapkan pada Evaporator 02 (EV-02)
dialirkan ke Mixer Kondensat-Fase Air (M-03) bersama dengan fase ringan dari
Dekanter (D-01) untuk selanjutnya di proses dengan tujuan recovery Metanol.
Hasil keluar Mixer Kondensat-Fase Air (M-03) diumpankan ke Vaporizer (V-01)
23
yang beroperasi pada suhu 101,5°C dan 1,3 atm. Hasil cair dari Vaporizer (V-01)
masih mengandung Metanol, Air dan soluble salts yang akan diperlakukan pada
unit recovery metanol lainnya. Hasil uap dialirkan ke Menara Distilasi (MD-01)
dan memberi hasil atas berupa larutan Metanol 99,5% yang berfungsi sebagai
Metanol recycle. Hasil bawah dialirkan menuju UPL (Unit Pengolahan Limbah).
24
25