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

http://www.rmc.in/

http://www.icra.in/

http://www.made-in-china.com/

http://www.novacyl.eu/

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


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


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


B. Asam salisilat

a. Sifat Fisis

Rumus Molekul : C7H6O3

Wujud pada 1 atm 25 ºC : padat,kristal

Berat molekul, (g/ mol) : 138


Titik beku (freezing point), (ºC) : 159

Temperatur kritis (K ) : 739




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


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 beku (freezing point), (ºC) : -8,3

Temperatur kritis (K ) : 701




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.


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


Kemurnian : C7H6O3 99,2% berat

(www.jfchem.com)

2.1.2. Spesifikasi bahan pendukung (katalis)

a. Asam Sulfat




16

Impuritas : H2O 2% berat

Kemurnian : H2SO4 98% berat

(www.petrokimia-gresik.com)

2.1.3. Spesifikasi produk

a. Metil salisilat



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

Documents

Prarancangan pabrik metil salisilat