Sendjaja, Rafael Ronaldo and Paramastri, Katharina Ajeng (2020) Pra-Desain Pabrik Gliserol Monooleat. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
Preview |
Text
02211640000073_02211640000165-Undergraduate_Thesis.pdf Download (2MB) | Preview |
Abstract
Surfaktan merupakan senyawa kimia yang memiliki aktivitas permukaan yang tinggi, sehingga sering juga disebut sebagai bahan aktif permukaan. Saat ini industri yang memproduksi surfaktan di Indonesia masih menggunakan bahan baku yang berasal dari minyak bumi tak terbarukan (surfaktan sintetis). Padahal surfaktan sintetis ini tidak ramah lingkungan dan menimbulkan masalah kesehatan. Untuk itu perlu substitusi bahan baku surfaktan yang ramah lingkungan dan biodegradable, mengingat pemanfaatan surfaktan yang sangat luas dalam berbagai industri.
Surfaktan terdiri dari beberapa jenis, salah satunya adalah surfaktan nonionik. Gliserol monooleat (GMO) merupakan salah satu jenis surfaktan nonionik yang banyak diaplikasikan di dunia industri seperti industri makanan, tekstil, kosmetik, plastik, cat, oli, dan pengeboran minyak bumi. Namun, banyaknya kebutuhan gliserol monooleat di Indonesia tidak didukung dengan pasokan gliserol monooleat yang mencukupi sehingga Indonesia masih harus mengimpor gliserol monooleat dalam jumlah yang cukup besar tiap tahunnya.
Gliserol monooleat (GMO) yang berfungsi sebagai emulsifier pada industri dapat dibuat dengan bahan baku gliserol dan asam oleat dengan proses esterifikasi atau dari gliserol dan trigliserida dengan proses transesterifikasi. Gliserol dan asam oleat merupakan salah satu jenis produk dari industri oleokimia. Sedangkan trigliserida didapatkan dari proses esterifikasi gliserol dengan fatty acid yang berasal dari industri oleokimia. Industri oleokimia menggunakan bahan baku Crude Palm Oil (CPO) dan Indonesia merupakan negara terbesar kedua penghasil CPO di dunia setelah Malaysia dengan produksi CPO yang terus meningkat setiap tahun. Mengingat besarnya potensi CPO yang dimiliki Indonesia dan masih sedikitnya yang diolah lebih lanjut di dalam negeri, maka bahan baku pembuatan GMO bisa didapat dari hasil pengolahan CPO.
Berdasarkan analisa pasar yang dilakukan oleh Grand View Research (2017), ditinjau dari macam produk pengemulsi makanan, diprediksikan hingga tahun 2025 monogliserida menempati urutan pertama bahan pengemulsi dengan permintaan tertinggi karena kebutuhan pengemulsi berbasis bahan baku alami sangat dipertimbangkan untuk keuntungan jangka panjang. Selain untuk pengemulsi makanan, pengemulsi juga dibutuhkan untuk industri cat. Berdasarkan analisa pasar yang juga dilakukan oleh Grand View Research (2017,) diprediksikan hingga tahun 2025, produksi cat semakin meningkat untuk sektor arsitektur, industri, furnitur, otomotif, dll. Hal ini berarti permintaan akan gliserol monooleat sebagai zat pengemulsi untuk cat terus naik di masa mendatang. Dari data-data yang telah disebutkan di atas, dapat diprediksikan bahwa permintaan gliserol monooleat sebagai salah satu jenis monogliserida akan terus naik di masa mendatang.
Pabrik ini didirikan untuk memenuhi kebutuhan gliserol monooleat dalam negeri, khususnya pada bidang industri cat dan makanan. Kedua industri tersebut merupakan yang paling strategis sehingga produk gliserol monooleat akan disesuaikan dengan spesifikasi bahan baku yang dibutuhkan oleh kedua industri tersebut. Untuk bidang cat, industri yang dituju adalah PT. Nippon Paint Indonesia yang terletak di Purwakarta, Jawa Tengah yang mampu memproduksi 100 juta kilogram per tahun untuk cat dekoratif dan 30-50 juta kilogram per tahun cat industri pada tahun 2017. Sedangkan konsumen yang dituju untuk bidang makanan adalah industri bakery yang ada di Indonesia, yaitu PT. Nippon Indosari Corpindo, Tbk yang merupakan pabrik roti terbesar di Indonesia yang mampu memproduksi 182.092.800 gram (182.092,8 kg) roti per hari
Pabrik direncanakan beroperasi secara kontinyu 24 jam selama 330 hari per tahun dengan kapasitas produksi 15.000 ton/tahun dengan kebutuhan bahan baku asam oleat sebanyak 16.006,32 ton/tahun dan gliserol sebanyak 5.155,92 ton/tahun. Asam oleat yang digunakan memiliki kemurnian 75%, sedangkan gliserol memiliki kemurnian 99,7%. Keduanya diproduksi oleh PT Wilmar yang memiliki kapasitas produksi 2.615.000 ton/tahun. Pabrik direncanakan didirikan di daerah Dumai, Riau pada tahun 2022 karena dekat dengan sumber bahan baku, memiliki posisi pemasaran yang strategis, memiliki akses jalan raya yang baik, dekat dengan pelabuhan, dekat dengan sumber air laut sehingga kebutuhan air mudah terpenuhi, serta mudah dalam proses perizinan pendirian pabrik.
Telah dijelaskan di atas bahwa gliserol monooleat dapat dibuat dengan proses esterifikasi ataupun transesterifikasi. Pada pendirian pabrik gliserol monooleat ini, dipilih proses esterifikasi dengan pertimbangan: kemurnian yang dihasilkan lebih tinggi, rangkaian proses lebih sederhana karena tidak memerlukan separator di awal proses, dan kondisi operasi relatif lebih safety. Proses pembuatan gliserol monooleat dibagi menjadi tiga tahapan proses utama di antaranya:
1. Tahap Pre-treatment
Pada tahap ini bahan baku dikondisikan untuk mencapai kondisi operasi sebelum masuk dalam reaktor esterifikasi. Bahan baku asam oleat, gliserol dan H3PO4 dicampur.
Pada tangki gliserol (F-112), gliserol dipanaskan terlebih dahulu dari 30ºC hingga 135ºC untuk menurunkan viskositas gliserol agar mudah dialirkan menuju mixing tank (M-110). Tangki gliserol dilengkapi dengan coil pemanas dengan sumber panas dari saturated steam.
Pada tangki asam oleat (F-111) yang berisi asam oleat dipanaskan terlebih dahulu dari 30ºC hingga 135ºC dimana tangki dilengkapi coil pemanas seperti tangki gliserol dengan tujuan menurunkan viskositas asam oleat agar mudah dialirkan. Semua bahan baku tercampur dalam mixing tank dan dialirkan ke preheater (E-118) menggunakan pompa. Tujuan dari preheater yaitu untuk menaikkan temperaturnya hingga 240oC yang bertujuan untuk mencapai suhu reaksi yang diinginkan.
2. Tahap Esterifikasi
Pada tahap ini, dalam reaktor esterifikasi akan terjadi reaksi esterifikasi antara asam oleat dan gliserol membentuk gliserol monooleat dengan bantuan katalis H3PO4 dengan konsentrasi yang rendah untuk mencegah kontaminasi asam kuat di dalam produk. Reaktor esterifikasi dioperasikan pada temperatur 240oC dan tekanan 0,13 bar. Untuk menjaga suhu 240oC, reaktor dilengkapi dengan jaket pemanas. Asam oleat diesterifikasi oleh gliserol membentuk gliserol monooleat dengan bantuan katalis H3PO4. Reaksi yang berlangsung di dalam reaktor adalah sebagai berikut.
C18H34O2 + C3H8O3 → C21H40O4 + H2O
asam oleat gliserol GMO air
C18H36O2 + C3H8O3 → C21H42O4 + H2O
asam stearat gliserol GMS air
C18H32O2 + C3H8O3 → C21H38O4 + H2O
asam linoleat gliserol GML air
Produk yang keluar dari reaktor esterifikasi (R-210) berupa campuran gliserol monooleat, gliserol monolinoleat, gliserol monostearat, air, H3PO4, asam oleat, asam stearat, asam linoleat serta gliserol yang tidak habis bereaksi. reaktor esterifikasi dilengkapi dengan system recycle dengan menggunakan kolom distilasi dimana alat ini akan me-recycle gliserol yang berada dalam fasa uap sekaligus menghilangkan air dari reactor yang akan mengganggu terbentuknya produk Gliserol monooleat yang diinginkan.
3. Tahap Pemurnian
Produk keluaran reaktor esterifikasi yaitu gliserol monooleat, gliserol monostearat, gliserol monolinoleat, air akan menuju ke dalam reaktor netralisasi. Pada reaktor netralisasi produk keluaran gliserol monooleat, gliserol monostearat, gliserol monolinoleat, air diumpankan NaOH untuk menetralisasi asam katalis H3PO4. Asam fosfat bereaksi dengan NaOH membentuk Na3PO4. Produk keluaran selanjutnya akan diumpankan ke dalam kolom distilasi untuk memisahkan antara produk gliserol monooleat dengan impuritis serperti asam lemak, gliserol, dan lain-lain. Produk yang telah melalui proses distilasi akan langsung dialirkan ke dalam tangki produk gliserol monooleat.
Sumber dana investasi untuk pendirian pabrik berasal dari modal sendiri sebesar 40% biaya investasi dan pinjaman sebesar 60% biaya investasi dengan bunga sebesar 12,5% per tahun. Berdasarkan perhitungan analisa ekonomi, diperoleh biaya investasi total / Total Cost Investment sebesar Rp. 290.074.624.700 dan total biaya produksi (TPC) sebesar Rp. 461.330.647.600; interest rate sebesar 12,5%; laju pengembalian modal / Internal Rate of Return (IRR) sebesar 40%; laju inflasi sebesar 3,49 % per tahun; waktu pengembalian modal / Pay Out Time (POT) sebesar 4,24 tahun; titik impas / Break Even Period (BEP) sebesar 31,55%; dan periode construction selama 24 bulan. Berdasarkan analisa BEP, POT, dan IRR, pabrik gliserol monooleat ini layak untuk didirikan.
==============================================================
Surfactant is a chemical compound that has surface activity is high, so it is often also referred to as surface-active agents. Current industrial manufacture of surfactants in indonesia is still using the raw materials derived from petroleum non-renewable (surfactant, synthetic). Whereas the surfactants of synthetic is not environment friendly and cause health problems. It is necessary for the substitution of raw materials surfactants that are environmentally friendly and biodegradable, given the utilization of surfactants which are very widespread in various industries. Surfactants consist of several types, one of which is a nonionic surfactants. Glycerol Monooleate (GMO) is one type of nonionic surfactants which are widely used in the industry such as food industry, textile, cosmetic, plastic, paint, oil, and petroleum drilling. however, many needs of glycerol monooleate in indonesia is not supported with the supply of glycerol monooleate sufficient so that indonesia still have to import glycerol monooleate in large enough quantities each year. Glycerol Monooleate (GMO), which serves as an emulsifier in industry can be made with the raw material of glycerol and oleic acid by the process of esterification or of glycerol and triglycerides by the transesterification process. glycerol and oleic acid is one type of product from the oleochemical industry. while the triglyceride obtained from esterification of glycerol with a fatty acid derived from the oleochemical industry. The oleochemical industry uses the raw material of Crude Palm Oil (CPO) and indonesia is the country's second largest cpo producer in the world after Malaysia's CPO production continues to increase every year. Given the magnitude of the potential CPO of indonesia and still at least a further processed in the country, then the raw material for the manufacture of GMO can be obtained from the results of the processing of the CPO. Based on market analysis conducted by grand view research (2017), in terms of kinds of products, emulsifier food, predicted up to year 2025 monoglycerides ranks first emulsifying agent with the highest demand because of the needs of the emulsifier based on natural raw materials is highly considered for long-term profit. In addition to emulsifiers food emulsifiers are also needed for the paint industry. Based on the analysis of the market which is also done by grand view research (in 2017,) is predicted until the year 2025, the paint production is increasing for the sector of architecture, industry, furniture, automotive, etc. This means that the demand will be glycerol monooleate as an emulsifier for paint continue to rise in the foreseeable future. From the data that has been mentioned above, it can be predicted that the demand for glycerol monooleate as one kind of monoglycerides will continue to rise in the foreseeable future. This factory was established to meet the needs of glycerol monooleate in the country, especially in the field of industrial paints and food. the second industry is the most strategic so that the product of glycerol monooleate will be adjusted with the specifications of raw materials required by both industries. to the field of paints, the industry target is PT. Nippon Paint Indonesia located in Purwakarta, Central Java, which is capable of producing 100 million kilograms per year for decorative paints and 30-50 million pounds per year of paint industry in the year 2017. while consumers who go to the field of food is the bakery industry in indonesia, namely PT. Nippon Indosari Corpindo, Tbk which is a bread factory in Indonesia that able to produce 182.092.800 grams (182.092,8 kg) of bread per day. The manufacturing process of glycerol monooleate is divided into three stages of the main process including: 1. The Pre-Treatment stages At this stage the raw material is conditioned to reach operating conditions before entering in the esterification reactor. Raw materials oleic acid, glycerol and H3PO4 are mixed. On the tank glycerol (F-112), glycerol is heated first from 30ºc to 135ºc to lower the viscosity of glycerol to be easily flowed into the mixing tank (M-110). Tank glycerol is equipped with a coil heater with a heat source of saturated steam. On the tank oleic acid (F-111) that contains the oleic acid is heated in advance from 30ºc to 135ºc where the tank is equipped coil heater as the tank of glycerol with the purpose of lowering the viscosity of the oleic acid to be easily streamed. All the raw materials mixed in the mixing tank and fed to the preheater (E-118) using a pump. The purpose of the preheater is to raise the temperature up to 240oc, which aims to reach the reaction temperature desired. The plant is planned to operate continuously 24 hours for 330 days per year with a production capacity of 15.000 tons/year with the raw material needs of oleic acid as much as 16.006,32 tons/year and of glycerol as much as 5.155,92 tons/year. Oleic acid used has a purity of 75%, while the glycerol has a purity of 99,7%. Both are produced by PT. Wilmar, which has a production capacity of 2.615.000 tons/year. The planned plant was established in the area of Dumai, Riau in the year 2022 because of the close proximity to raw material source, has a marketing position located, has good highway access, close to port, close to the source sea water so that the water needs easily met, as well as easy in the process of licensing the establishment of factories has been described above that the glycerol monooleate can be made by a process of esterification or transesterification. On the establishment of plant glycerol monooleate, the selected esterification process with consideration of: the purity of the resulting is high, the circuit process is simple because it does not require the separator at the beginning of the process, and the operating conditions are relatively more safety. 2. The Stage of Esterification At this stage, in the esterification reactor will occur esterification reaction between oleic acid and glycerol to form the glycerol monooleate with the help of catalyst H3PO4 with a concentration of low to prevent the contamination of the strong acid inside the product. The esterification reactor operated at a temperature of 240oc and a pressure of 0.13 bar. To keep the temperature 240oc, the reactor equipped with a jacket heater. Oleic acid esterified by glycerol to form the glycerol monooleate with the help of catalyst H3PO4. The reaction which takes place in the reactor is as follows. C18H34O2 + C3H8O3 → C21H40O4 + H2O
oleic acid glycerol GMO water
C18H36O2 + C3H8O3 → C21H42O4 + H2O
stearic acid glycerol GMS water
C18H32O2 + C3H8O3 → C21H38O4 + H2O
linoleic acid glycerol GML water
The products exit from the esterification reactor (R-210) in the form of a mixture of glycerol monooleate, glycerol monolinoleat, glycerol monostearate, water, H3PO4, oleic acid, stearic acid, linoleic acid and glycerol are not exhausted to react. the esterification reactor equipped with a system to recycle by using the distillation column where this tool will be to recycle the glycerol are in the vapor phase while simultaneously removing water from the reactor which would interfere with the formation of glycerol monooleate desired. 3. The Stage of Purification The output products of the esterification reactor, namely glycerol monooleate, glycerol monostearate, glycerol monolinoleat, the water will be heading to the reactor neutralization. in the reactor the neutralization of the output products of glycerol monooleate, glycerol monostearate, glycerol monolinoleat, water is fed with NaOH to neutralize the acid catalyst H3PO4. Phosphoric acid reacts with NaOH to form Na3PO4. The output products will be further fed to the distillation column for separating products of glycerol monooleate with impurities such as fatty acids, glycerol, and others. Products that have been through the process of distillation will be directly discharged into the product tank glycerol monooleate. Source of investment funds for the establishment of the plant is derived from its own capital of 40% The Investment Cost and a loan of 60% of The Investment Cost with interest of 12.5% per year. Based on the calculation of the economic analysis, The Acquired Cost Total Investment / Total Cost of Investment Amounting to IDR 290.074.624.700 and the Total Production Cost (TPC) amounted to IDR 461.330.647.600; Interest Rate of 12.5%; The Rate of Return on Capital / Internal Rate of Return (IRR) of 40%; The Inflation Rate of 3,49 % per year; The Payback Period / Pay Out Time (POT) by 4.24 years; The Break-Even Point / Break Even Period (BEP) of 31,55%; and The Period of Construction over 24 months. Based on the analysis of the BEP, POT, and IRR, plant glycerol monooleate is feasible to established.
| Item Type: | Thesis (Other) |
|---|---|
| Uncontrolled Keywords: | gliserol, asam oleat, GMO, reaksi esterifikasi |
| Subjects: | Q Science > Q Science (General) > Q180.55.M38 Mathematical models Q Science > Q Science (General) > Q370 Entropy (Information theory) Q Science > QD Chemistry > QD501 Catalysis. Catalysts. Q Science > QD Chemistry > QD502 Chemical kinetics T Technology > TP Chemical technology T Technology > TP Chemical technology > TP156 Crystallization. Extraction (Chemistry). Fermentation. Distillation. Emulsions. |
| Divisions: | Faculty of Industrial Technology > Chemical Engineering > 24201-(S1) Undergraduate Thesis |
| Depositing User: | Katharina Ajeng Paramastri |
| Date Deposited: | 19 Aug 2020 02:50 |
| Last Modified: | 29 May 2023 03:22 |
| URI: | http://repository.its.ac.id/id/eprint/78058 |
Actions (login required)
 |
View Item |