Tugas akhir prarancangan pabrik fosgen dari karbon monoksida dan gas klor kapasitas 30. 000 ton/tahun

TUGAS AKHIR 
 
Prarancangan pabrik fosgen dari karbon monoksida dan 
gas klor kapasitas 30.000 ton/tahun 
 
 
Disusun Oleh : 
 
 
          1. Niken Rakhmawati  
NIM. I.0501035 
 
 
          2. RM. Hatmiyarsa D.P. 
NIM. I0501039 
 
 
JURUSAN TEKNIK KIMIA 
FAKULTAS TEKNIK 
UNIVERSITAS SEBELAS MARET 
SURAKARTA 
2007 
 

BAB I 
PENDAHULUAN 
 
1.1
 
Latar Belakang Pendirian Pabrik 
Perkembangan industri di Indonesia, khususnya industri kimia mengalami 
perkembangan  yang  cukup  pesat.  Perkembangan  yang  cukup  pesat  ini  dapat 
dilihat  dari  meningkatnya  jenis  bahan  kimia  yang  diproduksi  dan  kuantitasnya. 
Dengan peningkatan ini, berarti meningkat pula kebutuhan bahan baku dan bahan 
penunjang produksinya. 
Fosgen, dengan rumus molekul COCl
2
 merupakan produk yang dihasilkan 
dari  proses  reaksi  antara  karbon  monoksida  dengan  gas  klor,  cukup  potensial 
untuk  dikembangkan  di  Indonesia  mengingat  semakin  banyak  industri  yang 
menggunakannya  dan  karena  kebutuhannya  di  Indonesia  masih  dipenuhi  dari 
impor.  Penggunaan  fosgen  terbesar  sebagai  bahan  intermediate  untuk 
pembentukan  isocyanat  pada  pembuatan  polyurethane  dan  untuk  pembuatan 
polycarbonate.  Polycarbonate  dan  polyurethane  merupakan  produk  yang  sangat 
dikembangkan  pemanfaatannya,  misalnya  untuk  optical  disc  (cd  dan  dvd),  busa 
pada automotif, roda, perabotan, bahkan untuk lem dan kondom. Selain itu fosgen 
juga  digunakan  pada  industri  farmasi  dan  pestisida  juga  sebagai  chlorinating 
agent.  
Segi-segi positif dengan didirikannya pabrik fosgen ini adalah : 
1.
 
mengatasi masalah pengangguran dengan terciptanya lapangan kerja. 
2.
 
mengurangi ketergantungan akan produk impor. 

3.
 
merangsang pertumbuhan pabrik-pabrik baru 
Fosgen pada suhu kamar dan tekanan atmosfir berupa gas tidak berwarna. 
Senyawa  fosgen  ini  pertama  kali  dibuat  pada  tahun  1812  oleh  J.  Davy  dengan  
reaksi  dari  karbon  monoksida  dan  gas  klor  sebagai  bahan  baku  dan  karbon  aktif 
sebagai katalisatornya. 
Saat ini, kebutuhan fosgen di Indonesia masih diimpor dari negara-negara 
penghasil fosgen. 
   Tabel 1.1. Produsen fosgen di dunia 
Negara 
Jumlah(%) 
Eropa Barat 
Amerika 
Jepang 
Eropa Timur 
Amerika Latin & Timur Jauh 
40 
37 
11 
7 
5 
(Ullman,1985) 
Perencanaan  pendirian  pabrik  fosgen  di  Indonesia  untuk  memenuhi 
kebutuhan pasar dalam negeri yang semakin meningkat setiap tahunnya, sehingga 
hal ini dapat mengurangi ketergantungan pada luar negeri dan dapat merangsang 
pertumbuhan pabrik-pabrik baru di  Indonesia yang membutuhkan fosgen. 
 
1.2
 
Kapasitas Perancangan 
Permintaan  fosgen  di  Indonesia  dari  tahun  ke  tahun  mengalami 
peningkatan. Kebutuhan tersebut dapat dilihat dari impor  fosgen pada tabel 1.2 

 
Tabel 1.2. Impor fosgen di Indonesia 
Tahun 
Impor ( ton ) 
1998 
1999 
2000 
2001 
2002 
8500,387 
10445,821 
12001,761 
13531,213 
14014,093 
( Sumber : Biro Pusat Statistik ) 
Dari  tabel  di  atas  diperoleh  persamaan  garis  lurus  antara  data  tahun 
sebagai sumbu x dan data impor sebagai sumbu y yaitu :  
y =  1411,28 x - 2810862,15.  
 
Grafik 1.1. Kebutuhan Fosgen  Tiap tahun 
0 
2000 
4000 
6000 
8000 
10000 
12000 
14000 
16000 
1997
 
1998
 
1999
 
2000
 
2001
 
2002
 
2003
 
Tahun
( ton ) 

Persamaan di atas dipakai untuk menghitung kebutuhan fosgen pada tahun 
2013, yaitu : 
 
y   = 1411,28 . (2013) – 2810862,15 
   
     = 30044,49 
Direncanakan pendirian pabrik fosgen pada tahun 2013. Dari perhitungan 
di  atas  diperoleh  kapasitas  perancangan  pabrik  sebesar  30.000  ton  /tahun. 
Kapasitas pabrik sebesar 30.000 ton/ tahun sesuai dengan harapan : 
1.
 
Dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri. 
2.
 
Dapat  membuka  kesempatan  berdirinya  industri-industri  lain  yang 
menggunakan fosgen. 
 (Hydrocarbon Processing No 1989) 
1.3
 
Lokasi Pabrik 
Rencananya pabrik akan didirikan di daerah Banten, dengan alasan : 
1.
 
Ketersediaan bahan baku 
Pabrik berusaha untuk memperoleh bahan baku baik secara kualitatif maupun 
kuantitatif  dengan  mudah,  harga  murah  serta  keseimbangan  yang 
berkesinambungan dan biaya pengangkutan yang rendah dan resiko kerusakan 
kecil, sehingga  biaya  produksi dapat ditekan serendah  mungkin, dan  kualitas 
produk  sesuai  dengan  standar.  Bahan  baku  CO  dialirkan  melalui  pemipaan 
langsung  dari  PT  AIR  PRODUCTS  INDONESIA  yang  berlokasi  di  Banten 
dan  Cl
2 
dari  PT  SULFINDO  ADIUSAHA  yang  juga  berlokasi  di  Banten, 
sehingga menghemat biaya transportasi dan penyimpanan. 
 

2.
 
Penyediaan utilitas 
Kebutuhan  listrik  didapatkan  dari  PLN  dan  generator,  di  mana  bahan 
bakarnya  diperoleh  dari  Pertamina.  Dan  untuk  penyediaan  air  dapat  diambil 
dari PAM (Perusahaan Air Minum) yang letaknya tidak jauh. 
3.
 
Penyediaan tenaga kerja 
Tenaga  kerja  di  Indonesia  cukup  banyak  sehingga  penyediaan  tenaga  kerja 
tidak terlalu sulit memperolehnya.  
4.
 
Sarana transportasi 
Transportasi sangat penting bagi suatu  industri. Daerah  Banten  dekat dengan 
pelabuhan  serta  memiliki  jalan  raya  dan  jalan  tol  yang  memadai  sehingga 
memudahkan pengangkutan bahan baku dan produk. 
5.
 
Kemungkinan perluasan pabrik 
Banten 
merupakan 
kawasan 
industri 
yang 
cukup 
luas 
sehingga 
memungkinkan adanya perluasan pabrik. 
6.
 
Pemasaran hasil industri 
Banten merupakan kawasan industri sehingga lokasi itu cocok untuk didirikan 
pabrik fosgen karena merupakan bahan intermediate  yang diperlukan sebagai 
bahan baku untuk pabrik lain.  
 
1.4
 
Tinjauan Pustaka 
1.4.1.
 
 Proses 
Pada pembuatan fosgen, baik di Negara-negara Eropa maupun di Amerika 
yang  telah  memproduksi  fosgen  dengan  kapasitas  mencapai  ratusan  juta  pound 

per  tahun,  hanya  dikenal  satu  macam  proses  yaitu  dengan  menggunakan  karbon 
monoksida dan gas klor sebagai bahan baku dan karbon aktif sebagai katalisator. 
Reaksi  berjalan  pada  fase  gas  dan  dijalankan  dalam  suatu  reaktor  fixed  bed 
multitube. Katalisator diletakkan di dalam tube-tube reaktor sedangkan pendingin 
di dalam shell yang akan membawa panas reaksi yang eksotermik. 
Gas keluar reaktor akan dikondensasikan untuk mendapatkan fosgen cair, 
sedang  fosgen  yang  tidak  terkondensasikan  dan  uncondensable  gas  dibuang 
sebagai gas buang. 
(Ullman,1985) 
 
1.4.2.
 
 Kegunaan produk 
Berbagai kegunaan fosgen adalah sebagai berikut : 
1.
 
Dalam  industri  farmasi  dan  industri  pestisida,  digunakan  untuk 
membentuk chloro formic ester.  
     R-OH   +  COCl
2
  à    RO-COCl        +       HCl 
   Alkohol      Fosgen     Chloroformic ester 
2.
 
Untuk  pembuatan  plastik  polycarbonate  yaitu  dengan  mereaksikan 
fosgen dengan Bhispenol A (BPA) secara langsung atau tidak langsung 
melalui dhipenyl carbonate. 
Kegunaan polycarbonate : 
1.
 
Optical Disc 
Untuk cd dan dvd 
2.
 
Automotif 

Polycarbonate  digunakan  untuk  busa  pada  interior  mobil  dan 
bemper 
3.
 
Electrical dan elektronik 
Sebagai electric conector, outlet box dan kabel jaringan telepon 
4.
 
Perabotan 
Plastik polycarbonate dapat juga digunakan untuk membuat meja, 
kursi termasuk botol susu. 
(Kirk Othmer,1978) 
3.
 
Digunakan  dalam  pembuatan  polyurethane  yaitu  dalam  pembentukan 
isocyanat. 
Kegunaan polyurethane : 
1.
 
Pernis  
Sebagai pelapis terakhir untuk menutupi dan melindungi kayu. 
2.
 
Lem 
Untuk membuat lem perekat kayu. Contohnya Gorilla glue 
3.
 
Roda 
Pembuatan roda pada in line skates, roler blade. 
4.
 
Automotive 
Busa  pada  interior  mobil  seperti  sandaran  kepala,  atap.  Pada 
eksterior mobil seperti bemper dan fender. 
5.
 
Kondom 
Kondom yang dihasilkan antara lain Trojan Supra dan DUREX 
(www.wikipedia.com) 

4.
 
Dalam  kimia  anorganik  fosgen  digunakan  untuk  memproduksi 
aluminium chloride 
5.
 
Dalam  industri  gelas  fosgen  digunakan  sebagai  bleaching  sand  dan 
chlorinating agent. 
 (Ullman,1985) 
 
1.4.3.
 
 Sifat-sifat bahan baku dan produk 
1.4.3.1. Bahan baku  
1.
 
Gas Klor (Cl
2
) 
Sifat fisis : 
§
 
Fasa (pada P dan T lingkungan) 
: gas 
§
 
Berat molekul  
 
 
: 71 kg/kgmol 
§
 
Titik didih (1 atm) 
 
 
: -34,5°C 
§
 
Titik beku (1 atm) 
 
 
: -100,98°C 
§
 
Densitas gas   
 
 
: 0,9425 gr/ml 
§
 
Suhu kritis 
 
 
 
: -144°C 
Sifat kimia : 
·
 
Bereaksi dengan CO membentuk fosgen 
Cl
2
  +  CO à COCl
2
 
·
 
Bereaksi dengan methana membentuk methylchloride 
Cl
2
  +  CH
4
  à CH
3
Cl  + HCl 
 
 

2.
 
Karbon Monoksida (CO) 
Sifat fisis : 
§
 
Fasa (pada P dan T lingkungan) 
: gas 
§
 
Berat molekul  
 
 
: 28 kg/kgmol 
§
 
Titik didih (1 atm) 
 
 
: -192°C 
§
 
Titik beku (1 atm) 
 
 
: -207°C 
§
 
Densitas gas (21°F,1 atm) 
 
: 1.1613 kg/m
3
 
§
 
Suhu kritis 
 
 
 
: -140,22°C 
Sifat kimia : 
·
 
Bereaksi dengan methylamine membentuk dimethyl formamide 
 CO  +  (CH
3
)
2
NH  à  (CH
3
)
2
NHCO 
·
 
 Bereaksi dengan methanol membentuk asam asetat 
CO  + CH
3
OH  à  CH
3
COOH 
·
 
 Bereaksi dengan formaldehid membentuk asam glikol 
CO +  HCHO  à  HOCH
2
COOH 
1.4.3.2. Produk 
       Fosgen (COCl
2
) 
Sifat fisis : 
§
 
Fasa (pada P dan T lingkungan) 
: gas 
§
 
Berat molekul  
 
 
: 99 kg/kgmol 
§
 
Titik didih 
 
 
 
: 8,2°C 
§
 
Densitas gas   
 
 
: 0,26 kg/m
3
 
§
 
Suhu kritis 
 
 
 
: 181,89°C 

Sifat kimia : 
·
 
Bereaksi  dengan  alumunium  bromide  membentuk  carbonyl  dan 
aluminium chloro bromide 
AlBr
3
  +  COCl
2
  à  COBr
2
  +  AlCl
2
Br 
·
 
Bereaksi dengan alkohol membentuk ester 
R-OH  +  COCl
2
  à  ROCCl
2
O  +  HCl 
·
 
Bereaksi dengan amina sekunder membentuk carbonyl chloride 
R
2
NH
2
  +  COCl
2
  à  RNCCl
2
O  +  HCl 
 
1.4.4.
 
 Tinjauan proses secara umum 
Proses  pembuatan  fosgen  dijalankan  pada  fase  gas  dengan  mereaksikan 
karbon monoksida dan gas klor dengan katalis karbon aktif pada reaktor fixed bed 
multitube  pada  tekanan  atmosferis  dan  suhu  125-150
o
C.  Reaktor  dilengkapi 
dengan    pendingin  karena  reaksinya  eksotermis.  Katalisator  diletakkan  dalam 
tube-tube reaktor, sedangkan pendingin di dalam shell. 
   (Ullman,1985) 
Reaksi  : 
 
  CO  +  Cl
2
  à  COCl
2
 
Harga konstanta kesetimbangan adalah : 
                  
]
][
[
2
2
Cl
CO
COCl
K
=
 
(Leidler,1980) 
 

BAB II 
DESKRIPSI PROSES 
 
2.1. 
Spesifikasi Bahan Baku dan Produk 
2.1.1.  Spesifikasi bahan baku Utama 
1.
 
Gas Klor 
·
 
Rumus Molekul 
:  Cl
2
 
·
 
Berat Molekul 
:  71 
·
 
Fase 
:  cair 
·
 
Kemurnian 
:  99,9% 
·
 
Impuritas 
:  0,1 % H
2
 
2.
 
Karbon Monoksida 
·
 
Rumus Molekul 
:  CO 
·
 
Berat Molekul 
:  28 
·
 
Fase 
:  gas  
·
 
Kemurnian 
:  98,5% 
·
 
Impuritas 
:  1,5 % H
2
 
2.1.2.  Spesifikasi bahan pembantu 
1.
 
Katalis karbon aktif 
·
 
Bentuk 
: Butiran 
·
 
Diameter 
: 4 mm 
·
 
Bulk density 
: 1350 kg/m
3
 
 
 

2.1.3.
 
Spesifikasi produk 
 
           1. Fosgen 
·
 
Rumus Molekul 
:  COCl
2
 
·
 
Berat Molekul 
:  99 
·
 
Fase 
:  cair  
·
 
Kemurnian 
:  99,9 % 
·
 
Impuritas 
:  0,1 %  Cl
2
 
 
2.2.
 
Konsep Proses 
2.2.1.   Dasar reaksi 
Pada pembuatan fosgen, baik di Negara-negara Eropa maupun di Amerika 
yang  telah  memproduksi  fosgen  dengan  kapasitas  mencapai  ratusan  juta  pound 
per  tahun,  hanya  dikenal  satu  macam  proses  yaitu  dengan  menggunakan  karbon 
monoksida dan gas klor sebagai bahan baku dan karbon aktif sebagai katalisator. 
Reaksi  berjalan  pada  fase  gas  dan  dijalankan  dalam  suatu  reaktor  fixed  bed 
multitube  pada  tekanan  1  atm  dan  suhu  125-150
o
C.  Katalisator  diletakkan  di 
dalam tube-tube reaktor sedangkan pendingin di dalam shell yang akan membawa 
panas  reaksi  yang  eksotermik.  Reaksi  bersifat  irreversible  (tidak  dapat  balik  / 
searah). 
Reaksi :              CO + Cl
2
    →   COCl
2
  
Dari reaksi diatas akan didapat konversi fosgen sebesar 99%. 
 
 

 
2.2.2.   Mekanisme Reaksi 
Reaksi  pembentukan  fosgen  dari  karbon  monoksida  dan  gas  klor 
berlangsung dengan mekanisme reaksi : 
(1)
 
Cl
2
  
 
 2Cl 
(2)
 
Cl + CO  
  COCl 
(3)
 
COCl + Cl
2 
  
 COCl
2
 + Cl                                                                                                                                                                                                                             
Reaksi no (1) dan (2) berlangsung cepat sedangkan reaksi no (3) berlangsung 
lambat sehingga reaksi yang mengontrol adalah reaksi no (3) 
 
K
1
 
      =  
[ ]
[ ]
2
2
Cl
Cl
 
 
[Cl] 
       = K
1
1/2
 [Cl
2
]
1/2
 
 
K
2
 
       =
[
]
[ ][ ]
CO
Cl
COCl
 
[COCl]       = K
2 
[Cl] [CO] 
 
 
       = K
2
 K
1
1/2
 [Cl
2
]
1/2
 [CO] 
dt
COCl
d
]
[
2
 = k
3 
[COCl] [Cl
2
] 
 
 
       = k
3
 K
2
 K
1
1/2
 [Cl
2
]
1/2
 [CO] [Cl
2
] 
 
 
       = k
3 
K
2
 K
1
1/2
 [Cl
2
]
3/2
 [CO] 
 
 
       = k [Cl
2
]
3/2
 [CO]   
 
 
 
 
  ( Leidler, 1980) 

Dari  mekanisme  reaksi  di  atas  dapat  dibuat  mekanisme  reaksi  katalitik 
antara  zat  reaktan  Cl
2
  dan  CO  pada  katalisator  karbon  aktif
   
berbentuk  padatan 
sebagai berikut : 
Misal reaksi:   A 
+  
B  
à  
D 
Keterangan :  A   = Cl
2 
 
 
B   = CO 
 
 
D  =  fosgen 
 
 
Cv = konsentrasi di puncak kosong katalis 
 
 
C
is
 = konsentrasi i pada permukaan katalis 
 
 
Ct  = konsentrasi di puncak aktif 
1.
 
Adsorbsi 
A + 2S 
 2A.S 
 
 
 
 
(cepat) 
r
AD
 
=  
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
-
1
2
.
2
1
.
K
C
Cv
P
k
S
A
A
 
2.
 
Reaksi permukaan 
A.S + B 
 C.S 
 
 
 
 
 (cepat) 
     r
2
 
 
= 
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
-
2
.
.
2
.
K
C
P
C
k
S
C
B
S
A
 
3.    Reaksi permukaan 
 C.S + A 
 D.S 
 
 
 
 
 (lambat) 
      r
3
 
 
=  
ú
û
ù
ê
ë
é
-
3
.
.
3
.
K
C
C
C
k
S
D
A
S
C
 
4. 
Desorbsi 

 
D.S 
  D + S 
 
 
 
 
   (cepat) 
 
r
DD
 
 = 
ú
û
ù
ê
ë
é
-
DD
D
DS
DD
K
Cv
P
C
k
.
  
 
 
 
Reaksi yang mengontrol adalah reaksi yang ketiga 
 
-r
A
  =  r
s
  = 
ú
û
ù
ê
ë
é
-
3
.
.
3
.
K
C
P
C
k
S
D
A
S
C
 
Reaksi kesatu, dua dan empat sangat cepat sehingga : 
·
 
k
1
 >> 
0
1
=
k
r
AD
 è C
A.S
  =  K
1
1/2
 P
A
1/2
 
Cv 
·
 
k
2
>> 
0
2
2
=
k
r
 è C
C.S  
= K
2
 C
A.S 
P
B 
 
       C
C.S  
= K
1
1/2
 K
2
 P
A
1/2
 
P
B
 Cv 
·
 
k
DD
 >> 
0
=
DD
DD
k
r
  à C
D.S = 
DD
D
K
Cv
P
.
 
Reaksi ketiga berjalan lambat sehingga :
 
·
 
k
3
 << 
r
s
  = 
ú
û
ù
ê
ë
é
-
3
.
.
3
.
K
C
P
C
k
S
D
A
S
C
 
 
= 
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
-
3
2
/
1
2
2
/
1
1
3
.
.
.
.
.
.
K
K
Cv
P
P
Cv
P
P
K
K
k
DD
D
A
B
A
 

 
= 
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
-
3
2
2
/
1
1
2
/
3
2
2
/
1
1
3
.
.
.
.
.
.
.
K
K
K
K
P
P
P
Cv
K
K
k
DD
D
B
A
 
 
 
P
D
  = 0 ( tidak ada pada awal reaksi) 
Sehingga persamaan menjadi : 
 -r
A
    =  
[
]
.
.
.
.
.
2
/
3
2
2
/
1
1
3
B
A
P
P
Cv
K
K
k