Asam Asetat 1.1. Latar Belakang
Asam Asetat ( Acetic Acid, Ethanoic Acid, Methyl Carboxylic Acid ) adalah senyawa kimia dengan rumus molekul CH 3COOH, berupa cairan jernih tidak berwarna, berbau tajam, dan berasa asam. Bahan kimia ini memiliki titik didih sekitar 117,9 C pada tekanan 1 atm, dan pada konsentrasi tinggi akan menimbulkan korosi pada berbagai jenis logam.
Industri asam asetat merupakan salah satu industri kimia yang berprospek di Indonesia. Kebutuhan asam asetat di dalam negeri terus meningkat seiring dengan meningkatnya permintaan oleh industri penggunanya. Meningkatnya kebutuhan asam asetat ini belum dapat dipenuhi seluruhnya oleh satu-satunya produsen lokal, yaitu PT Indo Acidatama Chemical Industry, sehingga ketergantungan terhadap impor dari tahun ke tahun semakin naik.
Secara ringkas,perkembangan suplai asam asetat Indonesia sampai Tahun 2000 disajikan pada tabel berikut :
Tabel 1.1. Perkembangan Suplai Asam Asetat Indonesia 1996 – 2000 ( dalam ton )
Tahun
Produksi
Ekspor
Impor
Suplai
Perkembangan ( %)
1996
28.840
2.106
21.265
47.999
-
1997
23.540
0
49.264
72.804
51,68
1998
26.500
1.000
69.123
94.623
29,97
1999
29.680
136
100.123
129.667
37,03
2000
32.210
588
107.620
139.242
7,38
( Sumber : PT CIC, Indochemical 330, hal 12 )
Berdasarkan pada penggunaan asam asetat Indonesia sampai tahun 2000, industri PTA ( Purified Terepthalic Acid ) merupakan pengkonsumsi asam asetat terbesar yaitu sekitar 59,1 % dari 139.242 ton total asam asetat yang dikonsumsi ( PT CIC, Indochemical 330, hal 20 ). Konsumsi industri PTA pada tahun 2005 diproyeksikan mencapai kurang lebih 54,1 % dari 194.025 ton total konsumsi asam asetat di Indonesia.
Pemerintah mengeluarkan kebijaksanaan dalam bidang investasi melalui Keputusan Presiden RI N0. 96 tahun 1998, tentang bidang usaha yang tertutup bagi penanaman modal,atau lebih dikenal dengan Daftar Negatif Investasi. Asam asetat tidak termasuk di dalamnya sehingga investasi di bidang industri ini masih terbuka dalam rangka Penanaman Modal Dalam Negeri ( PMDN ).
Kebijaksanaan tersebut diambil untuk mengurangi ketergantungan terhadap negara lain dalam memenuhi kebutuhan dalam negeri, yaitu dengan membangun industri-industri yang dapat
menggantikan peranan bahan impor. Pemerintah mengharapkan, pendirian pabrik asam asetat dapat memacu dan mendukung pertumbuhan industri-industri lain seperti industri ethyl asetat, industri PTA, industri tekstil, industri benang karet, dan industri asam cuka.
1.2. Kapasitas Rancangan
Penentuan kapasitas perancangan pabrik asam asetat mendasarkan pada pertimbanganpertimbangan sebagai berikut :
1. Proyeksi Kebutuhan Pasar
Konsumsi asam asetat menurut sektor industri dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 1.2. Total Konsumsi Asam Asetat di Indonesia 1996 – 2000
Konsumsi Asam Asetat ( ton ) Konsumen 1996
1997
1998
1999
240721
45.538
58.915
76.065
82.294
Industri Ethyl Acetat
4.950
4.172
4.402
5.125
23.912
Industri Benang Karet
2.276
1.558
1.457
2.133
2.286
Industri Asam Cuka
2.445
2.931
2.868
2.796
2.920
Industri Tekstil
9.780
11.274
18.925
23.988
24.367
Industri – industri lain
3.827
7.331
8.056
19.560
3.463
47.999
72.804
94.623
129.667
139.242
Industri PTA
Total
( Sumber : PT CIC, Indochemical 330, hal 20 )
2000
Kebutuhan asam asetat dalam negeri tidak dapat sepenuhnya dipenuhi dari industri lokal sehingga Indonesia mengimpor dari negara-negara lain. Berikut data impor asam asetat Indonesia.
Tabel 1.3. Perkembangan Impor Asam Asetat Indonesia 1996 – 2000
Tahun
Volume ( ton )
Perkembangan ( % )
1996
21.265
-
1997
49.264
131,67
1998
69.123
40,31
1999
100.123
44,85
2000
107.620
7,49
( Sumber : BPS diolah oleh PT CIC, Indochemical 330, hal 11 )
Analisa secara grafis untuk memperkirakan kapasitas impor asam asetat pada tahun 2007 adalah sebagai berikut :
Catatan : Data diambil mulai tahun 1996 ( tahun ke – 1 ) Gambar 1.1. Grafik Perkembangan Impor Asam Asetat Indonesia 1996 – 2000
Dari grafik tersebut didapatkan persamaan : y = 22,357 X + 2,4083 sehingga diperkirakan jumlah kebutuhan asam asetat pada tahun 2007 yang belum dapat dipenuhi oleh produksi dalam negeri adalah sebesar 270.692,3 ton / tahun.
1. Ketersediaan Bahan Baku
Bahan baku methanol dapat diperoleh dari PT Kaltim Methanol Industry, Bontang dengan kapasitas produksi 660.000 ton/tahun atau dari Pertamina di Pulau Bunyu yang mempunyai kapasitas produksi 300.000 ton/tahun. Sedangkan karbon monoksida diperoleh dari PT Pupuk Kaltim di Bontang.
1. Kapasitas Ekonomi Minimal
Pabrik asam asetat yang sudah beroperasi di Indonesia yaitu PT Indo Acidatama Chemical Industry ( PT IACI ), mempunyai kapasitas produksi 36.000 ton/tahun ( PT CIC, Indochemical 330, hal 8 ). Sedangkan jumlah asam asetat yang masih perlu diimpor pada tahun 2007 sesuai perkiraan diatas adalah 270.692,3 ton/tahun. Oleh karena itu, kapasitas produksi dari pabrik yang direncanakan agar dapat beroperasi dan memberikan keuntungan secara ekonomi diperkirakan dari data tersebut di atas.
Berdasarkan ketiga hal tersebut di atas, maka dalam perancangan pabrik asam asetat ini dipilih kapasitas 90.000 ton/tahun. Disamping itu, beberapa alasan menyangkut keuntungan dan kelayakan pendirian pabrik adalah sebagai berikut :
1. Dapat memenuhi kebutuhan asam asetat dalam negeri dan mengurangi ketergantungan impor. 2. Dapat memacu dan mendukung perkembangan industri dengan bahan baku asam asetat di Indonesia. 3. Dapat memberikan keuntungan secara ekonomis karena kapasitas produksi masih berada dalam batas kapasitas yang menguntungkan.
4. Dapat memperluas lapangan kerja dan meratakan kesempatan kerja terutama di luar Pulau Jawa, menyangkut pemilihan lokasi pabrik yang akan didirikan. 5. Dapat menghemat devisa karena bahan baku diperoleh dengan mudah dari industri lokal.
1.3. Lokasi Pabrik
Pemilihan lokasi pabrik secara geografis dapat memberikan pengaruh yang besar terhadap lancarnya kegiatan industri. Oleh karena itu harus dipertimbangkan agar dapat memberikan keuntungan yang sebesar-besarnya pada perusahaan. Pabrik asam asetat ini direncanakan akan didirikan di Bontang, Propinsi Kalimantan Timur.
Pemilihan lokasi di Bontang mempertimbangkan beberapa hal sebagai berikut :
1. Letak Sumber Bahan Baku
Bahan baku utama yaitu methanol dan karbon monoksida masing-masing diperoleh dari PT Kaltim Methanol Industry dan PT Pupuk Kaltim yang semuanya berlokasi di Bontang. Pengadaan bahan baku harus benar-benar diperhatikan karena merupakan kebutuhan utama bagi kelangsungan suatu produksi.
1. Utilitas
Sarana utilitas utama yaitu air dan listrik masing-masing dipenuhi dari pihak pengelola kawasan industri, baik dari sumber air tanah maupun sungai serta jaringan PLN setempat (untuk kebutuhan listrik).
1. Fasilitas Transportasi
Sarana trasportasi sangat penting, berkaitan dengan kelancaran penyediaan bahan baku dan pemasaran produk. Pemasaran produk terutama dilakukan lewat jalur laut dan udara yang dominan. Sedangkan transport bahan baku tidak mengalami banyak permasalahan karena berdekatan dengan pabrik penghasil bahan baku.
1. Tenaga Kerja
Penyediaan tenaga kerja mempertimbangkan beberapa hal, meliputi : jumlah, kualitas, besar upah minimum, keahlian, dan produktifitas tenaga kerja. Jumlah tenaga kerja terlatih dan berpendidikan di Kaltim meningkat seiring berkembangnya sekolah-sekolah kejuruan, akademi, dan perguruan tinggi. Disamping itu terbukanya lapangan kerja baru akan menarik minat tenaga kerja dari luar Kalimantan, khususnya Pulau Jawa juga.
1. Pemasaran
Daerah pemasaran sebagian besar berada di luar Kalimantan sehingga harus ditempuh terutama lewat jalur laut. Hal ini tidak menjadi masalah karena asam asetat adalah bahan baku yang sangat dibutuhkan bagi banyak industri terutama di Pulau Jawa yang selama ini penyediaannya sangat tergantung pada impor.
1. Kebijaksanaan Pemerintah
Pendirian pabrik asam asetat ini mendukung kebijaksanaan pemerintah dalam pengembangan industri dalam kaitannya dengan pemerataan kesempatan kerja dan hasil pembangunan khususnya di luar Pulau Jawa.
1. Perluasan Lahan
Faktor ini berkaitan dengan rencana pengembangan pabrik lebih lanjut. Bontang merupakan kawasan industri, sehingga lahan di daerah tersebut telah disiapkan untuk pendirian dan pengembangan suatu pabrik.
1. Sarana dan Prasarana
Pemilihan lokasi di Bontang telah mempertimbangkan bahwa daerah tersebut telah memiliki sarana dan prasarana yang meliputi jalan, bank, jaringan telekomunikasi, sarana pendidikan dan hiburan sehingga dapat meningkatkan kesejahteraan dan taraf hidup.
1.4. Tinjauan Pustaka
Asam asetat telah lama dikenal oleh bangsa Romawi dan Yunani dengan proses pembuatan yang masih sangat sederhana, yaitu melalui oksidasi alkohol yang terdapat dalam anggur yang ditempatkan dalam tong atau dibiarkan pada udara terbuka. Produksi secara komersial dimulai pada akhir abad ke-19 dengan proses oksidasi langsung hidrokarbon fase cair. Pada tahun 1911, produksi asam asetat melalui oksidasi asetaldehid mulai beroperasi di Jerman. Proses karbonilasi methanol pertama kali diaplikasikan pada tahun 1963 dengan proses BASF, kemudian proses Monsanto mulai diperkenalkan pada tahun 1968.
1.4.1. Macam-macam Proses
Proses-proses pembuatan asam asetat yang banyak digunakan dalam industri dewasa ini adalah sebagai berikut :
1. Karbonilasi Methanol
Reaksi utama yang terjadi pada karbonlasi methanol secara langsung yaitu :
CH3OH + CO CH3COOH
Adapun reaksi samping yang terjadi adalah :
CO + H2O CO2 + H2
Reaksi berlangsung dalam reaktor sparger ( reaktor gelembung ) dengan katalisator Rhodium Iodine atau Cobalt Iodine.
Proses karbonilasi methanol dibagi lagi menjadi dua macam, yaitu proses BASF dan proses Monsanto. Perbandingan kedua pross tersebut di atas di sajikan dalam tabel berikut :
Tabel 1.4. Perbandingan Proses BASF dan Proses Monsanto
No.
Pertimbangan
BASF
Monsanto
1
Bahan baku
Methanol dan CO
Metanol dan CO
2
Yield
90 %
90 - 99%
3
Kondisi operasi
500 bar, 455-515 K
30-60 bar, 425-475 K
4
Katalis
Co / HI
Rh / HI
tidak efektif
efektif
5
Alat Pemurnian
3 kolom destilasi
4 kolom destilasi
6
Biaya investasi
tinggi
tinggi
7
Biaya operasi
rendah
rendah
1. Oksidasi Hidrokarbon ( n-Butana )
n-Butana (secara komersial terdiri dari 95% n-Butana, 2,5% isobutana, dan 2,5% Pentana) dioksidasikan dengan bantuan katalis Cobalt atau Mangan Asetat. Reaksi utama yang terjadi adalah :
½ C4H10 + ¾ O2 CH3COOH + H2O
Proses berlangsung pada kondisi suhu 395 – 475 K dan tekanan 45 - 55 bar, dengan yield 70
– 80 %. 1. Oksidasi Asetaldehid Fase Cair ( Proses Hoechst AG )
Proses oksidasi asetaldehid berlangsung dengan bantuan katalis Co / Mn pada kondisi operasi suhu 335 – 355 K dan tekanan 3 -10 bar. Yield yang dapat diperoleh sebesar 93 - 96%. Reaksi utama yang terjadi adalah :
CH3CHO + ½ O2 CH3COOH
Perbandingan Proses Hoechst AG dengan Proses Oksidasi n-Butana disajikan pada tabel berikut :
Tabel 1.5. Perbandingan Proses Hoechst AG dengan Proses Oksidasi n-Butana
No.
Pertimbangan
Hoechst AG
Oksidasi n-Butana
1
Bahan baku
Asetaldehid
n-Butana
2
Yield
93- 96 %
70 - 80 %
3
Kondisi operasi
3 - 10 bar, 335 – 355 K
45 - 55 bar, 395 - 475 K
4
Katalis
Co / Mn
Co / Mn
5
Alat Pemurnian
3 kolom destilasi
4 kolom destilasi
6
Biaya investasi
rendah
Rendah
7
Biaya operasi
rendah
Rendah
Dari beberapa proses pembuatan asan asetat tersebut di atas, maka dipilih pembuatan asam asetat Proses Monsanto dengan alasan-alasan sebagai berikut :
1. Yield reaksi yang tinggi ( 99% ) dan hasil samping yang rendah 2. Bahan baku yang mudah diperoleh dari dalam negeri dengan harga lebih murah. 3. Reaktor bekerja pada tekanan yang tidak terlalu tinggi ( 30 - 60 bar ) sehingga mudah dicapai.
1.4.2. Kegunaan Produk
Pruduk asam asetat telah banyak digunakan oleh berbagai industri antara lain :
1. Industri PTA merupakan pengkonsumsi asam asetat terbesar yang digunakan sebagai media pelarut katalis. Industri PTA cenderung memilih menggunakan asam asetat yang berbahan baku methanol dengan tingkat kemurnian lebih tinggi yang hingga kini belum diproduksi di dalam negeri. 2. Industri Ethyl Asetat sebagai bahan baku utama, dimana untuk memproduksi 1 ton ethyl asetat diperlukan 680 kg asam asetat. 3. Industri tekstil, terutama industri pencelupan kain dimana asam asetat berfungsi sebagai pengatur pH. 4. Industri asam cuka, asam asetat sebagai bahan baku utama. 5. Industri benang karet, sebagai bahan penggumpal ( co-agulant ) ketika latex dikeluarkan dari extruder.
Disamping itu, asam asetat juga digunakan sebagai bahan setengah jadi untuk membuat bahan-bahan kimia seperti vinyl asetat, selulosa asetat, asam asetat anhydrid, maupun chloro asetat.
1.4.3. Sifat-sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku dan Pruduk
1. Bahan Baku 1. Methanol
Sifat-sifat Fisik Methanol
Tabel 1.6. Sifat Fisik Methanol
Rumus molekul Berat molekul
CH 3 – OH 32,042 gr/gmol
Titik didih pada 1 atm
64,7 C
Titik beku pada 1 atm
-97,7 C
Temperatur kritis Tekanan kritis Densitas (cair, 25 C) Specific gravity Tekanan uap(25 C)
239,43 C 79,9 atm 0,7864 gr/cc 1,11 gr/cm
3
127,2 mmHg
Gf (cair, 25 C)
-39.869 kal/gmol
Hf (cair, 25 C)
-57.130 kal/gmol
Viskositas
( cair, 25 C = 0,541 cp ) ; ( uap, 25 C = 0,00968 cp )
Specific Heat
( cair, 25 C = 0,6054 kal/hC ) ; ( uap, 25 C = 0,3274 kal/hC )
Konduktivitas termal
( cair, 25 C = 163,5 kal/hmC ) ; ( uap, 25 C = 12,1 kal/hmC )
Tegangan muka
( dalam air, 20 C = 22,6 dyne/cm )
Kelarutan dalam air
Larut sempurna
Sifat-sifat Kimia Methanol
Reaksi methanol dengan asam asetat menghasilkan ester
CH3OH + CH3COOH CH3COOCH3 + H2O
Bereaksi dengan karbon monoksida membentuk asam asetat
CH3OH + CO CH3COOH + H2O
Reaksi esterifikasi dengan katalis asam dari isobutylene dan methanol membentuk Methyl Tertier Butyl Ether ( MTBE )
CH3OH + H2C-C(CH 2)2 (CH3)3-C-O-CH3
Reaksi dehidrogenasi oksidatif dari methanol dengan katalis Ag Molybdenum-Fe 2O3 akan menghasilkan formaldehyde
Mo-Fe2O3
CH3OH CHO2 + H2
Reaksi dengan asam karboksilat katalisasi asam dapat membentuk metil ester, dengan penghilangan air secara azeotropik
+
H
CH3OH + C-C=COOH CH3-C-COOCH 3 + H2O
CH3 CH3
1. 1. Karbon Monoksida
Sifat-sifat Fisik Karbon Monoksida
Tabel 1.7. Sifat Fisik Karbon Monoksida
Berat molekul Densitas pada STP
28,01 gr/gmol 1,250 gr/cm
3
Temperatur kritis
-140,23 C
Tekanan kritis
34,529 atm
Volume kritis
93,06 cm
Specific Heat ( volume konstan, 1 atm ) Specific Heat ( tekanan konstan, 1 atm )
Enthropy ( 1 atm )
(-100C = 5,03 kal/mol C); (0C = 4,97 kal/mol C); (100C = 5,01 kal/mol C) (-100C = 7,05 kal/mol C); (0C = 6,97 kal/mol C); (100C = 7,01 kal/mol C) (-100C = 43,457 kal/mol C); (0C = 46,656 kal/mol C); (100C = 48,831 kal/mol C)
3
Enthalpy ( 1 atm )
(-100C = 3130,6 kal/mol C); (0C = 3831,8 kal/mol C); (100C = 4529,8 kal/mol C)
Sifat-sifat Kimia Karbon Monoksida
Bereaksi dengan methanol membentuk asam asetat
CH3OH + CO CH3COOH + H2O
Bereaksi dengan hidrogen membentuk methanol
CO + H2 CH3OH
Bereaksi dengan dimetil amine membentuk dimetil nonamide
(CH3)2NH + CO (CH3)2NHCO
1. Produk Asam Asetat
Sifat-sifat Fisik Asam Asetat
Tabel 1.8. Sifat Fisik Asam Asetat
O Rumus molekul CH3 – C - OH Berat molekul Titik leleh pada 1 atm
60,053 gr/gmol 16,6 C
Titik didih pada 1 atm
117,9 C
Specific Gravity
1,051 gr/cm
3
-3
Koefisien ekspansi ( 20 C )
1,07 x 10
Temperatur kritis ( cair )
594,45 K
Tekanan kritis ( cair )
57,1 atm
Volume kritis ( cair )
2,85 cc/ gr
Surface Tension Viskositas
(20C, udara = 27,6 dyne/cm); (75 C, udara = 22,2 dyne/cm) (20C, udara = 1,22 cp); (110 C = 0,42 cp)
Specific Heat Panas pelarutan dalam air ( 18 C )
0,487 kal/grC 6,3 kal/gr
Hf ( 25 C )
-1.927,1 kal/gr
Gf ( 25 C )
-1.549,9 kal/gr
Sifat-sifat Kimia Asam Asetat
Reaksi dengan alkohol menghasilkan ester
CH3OH + CH3COOH CH3COOCH3 + H2O
Pembentukan garam keasaman
2+
2CH3COOH + Zn (CH3COO)2Zn
+ ½ H2
Reaksi konversi menjadi ester
CH3COOH - - CH2OH CH3COOCH2 Benzyl alcohol Benzyl asetat
Konversi ke klorida-klorida asam 50 C 3CH3COOH + PCl3 3CH3COCl + H3PO3
Substitusi dari alkyl/aryl group Cl2P Cl2P Cl2P CH3COOH ClCH2OH Cl2CHCOOH Cl3CCOOH Chloroacetic Dichloroacetic Trichloroacetic
Pembentukan ester
CH3COOH + CH3CH2OH CH3COOC2H5 + H2O
Reaksi dari halida dengan ammonia
Cl2 NH3 CH3COOH ClCH2COOH NH2CH2COONH4 Chloroacetic acid H
+
NH2CH2COOH Aminoacetic acid 1.4.4. Tinjauan Proses Karbonilasi Secara Umum
Reaksi karbonilasi adalah reaksi antara karbon monoksida dengan gugus fungsional yang mengandung oksigen secara katalitik menjadi senyawa organik. Senyawa organik tersebut dapat berupa senyawa jenuh maupun senyawa tak jenuh dan harus mengandung suatu gugus fungsional seperti hidroksi, alkoksikarbonil, amino, atau halogen.
Reaksi kimia selalu terjadi pada pusat logam selama katalisasi berlangsung dengan tahaptahap sebagai berikut :
1. Dengan senyawa jenuh, terjadi penambahan daya oksidasi pada logam yang secara teori akan meningkatkan tahap oksidasinya menjadi 2 tahap; dengan senyawa tak jenuh, karbonil hidrid ditambahkan ke dalam sistem elektron. Kedua reaksi menghasilkan pembentukan ikatan karbon. 2. Tahap selanjutnya pembentukan intermediate acyl-logam dengan berpindahnya penempatan CO. 3. Tahap terakhir adalah eliminasi reduktif atau solvolisis dari organometalik kompleks untuk menghasilkan produk.
