Abstrak—Surfaktan  (Surface  Active  Agent)  merupakan molekul  kimia  dengan  karakteristik  yang  dapat  menurunkan tegangan  permukaan  antara  dua  fasa  cairan  berbeda berdasarkan  sifat  kepolarannya.  Esterquat  adalah  senyawa surfaktan  kationik  berbahan  baku  minyak  kelapa  sawit  yang mengandung ion amonium kuaterner sebagai bagian hidrofilik- nya. Esterquat secara signifikan telah menggantikan surfaktan pendahuluya (dimethyl disteril) karena memiliki karakteristik yang  lebih  mudah  terurai  secara  hayati  dan  menunjukkan tingkat  toksisitas  yang  rendah.  Esterquat  dapat  digunakan sebagai  bahan  aktif  pelembut  (softener)  dan  produk  personal care,  diproduksi  dengan  cara  proses  esterifikasi  dan kuartenerisasi. Pabrik Di-(Palmitic Carboxyethyl) Hydroxyethyl  Methyl  Ammonium  Methyl  Sulfate  (Esterquat) Surfaktan Berbasis Fatty acid direncanakan dengan kapasitas produksi  sebesar  30.000  ton  per  tahun  didirikan  di  Kawasan Ekonomi Khusus (KEK) Sei Mangkei, Sumatera Utara karena dekat  dengan  sumber  bahan  baku,  tersedianya  fasilitas penunjang, transportasi dan tenaga kerja. Berdasarkan analisa neraca  massa  dan  neraca  energi,  pabrik  ini  membutuhkan bahan baku Fatty acid 2111,03 sebanyak kg/jam, triethanolamine  sebanyak  667,49  kg.jam,  HPA  sebanyak  4,22 kg/jam, DMS sebanyak 533,31 kg/jam, dan IPA sebanyak 277,6 kg/jam.  Sedangkan untuk low pressure steam sebanyak 103,184 kg/jam,  medium  pressure  steam  sebanyak 468,39  kg/jam,  dan cooling water sebanyak 34966,59 kg/jam. Pengolahan fatty acid menjadi  esterquat  melalui  2  tahap  reaksi  utama,  yaitu  tahap esterifikasi  dan  tahap  quaternisasi.  Tahap  esterifikasi merupakan tahap pembentukan esteramine dari reaksi antara fatty  acid  dan  triethanolamine  pada  reaktor  batch  dengan tingkat  konversi  mencapai  99%  yang  beroperasi  dengan tekanan  0,2  bar  dan  temperatur  170°C.  Sedangkan  tahap quaternisasi  merupakan  tahap  pembuatan  esteramine  secara batch dari reaksi esteramine dan dimetil sulfat (DMS) reaktor batch untuk mencapai konversi reaksi 91,4%. Hasil dari tahap quaternisasi  merupakan  esterquat  dengan  konsentrasi  84% w/w. Pabrik ini membutuhkan investasi awal Rp 828.939.202.144 dimana setelah proses konstruksi 2 tahun dan produksi  15  tahun,  didapatkan  nilai  IRR  17.580%,  Pay  Out Time 5.86 tahun, dan WACC sebesar 9,318%.
Kata Kunci—Esterquats, Esterifikasi, Fatty acid, Quarternisasi, Surfaktan.

## I. PENDAHULUAN
STERQUAT  merupakan  jenis  surfaktan  kationik  yang digunakan sebagai bahan aktif pelembut (softerner) dan personal care product [1]. Surfaktan (Surface Active Agent) merupakan  molekul  kimia  degan  karakteristik  yang  dapat menurunkan  tegangan  permukaan  antara  dua  fasa  cairan berbeda berdasarkan dari sifat kepolarannya. Pada umumnya, surfaktan  merupakan  turunan  dari  minyak  kelapa  sawit, minyak hewani, petrokimia, dan minyak bumi. Surfaktan dari turunan  kelapa  sawit  akan  lebih  mudah  terdegrasi  secara alami  melalui  proses  hidrolisis  sehingga  tidak  akan
menimbulkan pencemaran lingkungan dibandingkan dengan surfaktan turunan petrokimia dan minyak bumi.
Menurut  Lembaga  Ilmu  Pengetahuan  Indonesia  (LIPI), kebutuhan surfaktan di Indonesia pada tahun 2008 adalah 95 ribu  ton  per  tahun  dengan  kapasitas  produksi  dalam  negeri adalah  55  ribu  ton  per  tahun  sehingga  sebagian  kebutuhan surfaktan  dalam  negeri  saat  ini  masih  bergantung  impor surfaktan  berbasis  minyak  bumi.  Hal  ini  juga  diperkuat dengan  fakta  bahwa  hanya  terdapat  satu  pabrik  esterquat surfaktan di Indonesia, yaitu PT Clariant Indonesia yang telah diakuisisi  oleh  PT  Global  Amine.  Produksi  esterquat  di Indonesia saat ini hanya mencapai 20.000 ton/tahun. Selama ini,  kebutuhan  Esterquat  Indonesia  dipenuhi  dengan pembelian impor dari luar negeri.
Produksi esterquat surfaktan dapat menjadi stimulan bagi Indonesia untuk mengembangkan aplikasi produk hilir sawit ke berbagai jenis industri. Peningkatan permintaan esterquat tidak  diiringi  dengan  peningkatan  produksi  sehingga menyebabkan produksi dalam negeri belum dapat memenuhi kebutuhan  pasar  di  Indonesia.  Sehingga  analisa  pasar esterquat  dilakukan untuk  mengetahui minat  pasar terhadap produk  esterquat  yang  akan  dijual.  Hal  ini  didasarkan  pada data  eskpor,  impor  serta  kebutuhan  dalam  negeri  untuk produk  kationik  surfaktan.  Menurut  data  Badan  Pusat Statistik  (BPS)  dari  tahun  2017-2021  yang  menunjukkan terjadi  peningkatan  kebutuhan  ekspor  dan  impor  [2].  Lalu berdasarkan data dari suatu perusahaan konsultan perdagangan Euromonitor International, terjadi peningkatan konsumsi dari negara-negara international kurang lebih 4,9% dari tahun 2012-2017. Data  Supply-Demand Esterquat dapat dilihat pada Tabel 1.
Berdasarkan data dari BPS dan beberapa literatur, terdapat gap  antara suppy dan demand dari  produksi esterquats di Indonesia. Diprediksi pada tahun 2026, demand esterquats di Indonesia  mencapai  1.029.608  ton  per  tahun,  sedangkan supply esterquats pada tahun tersebut adalah 366.239 ton per tahun. Oleh karena itu, kapasitas produksi pabrik esterquats ini ditetapkan sebesar 30.000 ton per tahun.

## Pra Desain Pabrik Di-(Palmitic Carboxyethyl) Hydroxyethyl Methyl Ammonium Methyl Sulfate (Esterquats) Surfaktan Berbasis Fatty Acid
Fadlilatul Taufany, Merisa Veronika Suparto, Nadhifa Auria Andini, dan Ali Altway Departemen Teknik Kimia, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : f_taufany@chem-eng.its.ac.id
E
Tabel 1. Data Supply-Demand Esterquat Tahun Produksi (TPA) Konsumsi (TPA) Ekspor (TPA) Impor (TPA) 2012 20.000 871,8 - - 2013 20.000 938,0 - - 2014 20.000 993,4 - - 2015 20.000 1033 112.200 159.400 2016 20.000 1099,7 212.400 301.000 2017 20.000 1155 100.200 141.600 2018 20.000 - 146.520 141.200 Rata-rata kenaikan - 4,970 0,275691 0,118646
Esterquat  dapat  diproduksi  berdasarkan  dari  bahan  baku yang  digunakan.  Bahan  baku  yang  dapat  digunakan  untuk proses produksi  esterquat  adalah trigliserida, fatty acid , dan Fatty  acid  Methyl  Ester (FAME).  Bahan  baku  minyak trigiserida dapat diperoleh dari minyak inti kelapa sawit atau disebut  juga  dengan Crude  Palm  Oil (CPO).  Sedangkan bahan baku fatty acid dan FAME merupakan produk turunan CPO yang dilakukan pengolahan lebih lanjut. Perkembangan kedua  bahan  baku  ini  dapat  merujuk  pada  data  dari Kemententerian Perindustrian (2014), rata-rata pertumbuhan ekspor fatty acid sebesar 3,52% dan FAME sebesar 27,72% [3].  Sedangkan fatty  acid mengalami  rata-rata  kenaikan impor  sebesar  118,93%  dan  FAME  mengalami  penurunan rata-rata impor. Oleh karena itu, CPO, fatty acid , dan FAME berpeluang  untuk  diolah  menjadi  produk  turunan  yang mempunyai  harga  jual  lebih  tinggi.  Hal  ini  juga  berperan untuk  mendukung  program  hilirasi  industri  kelapa  sawit  di Indonesia.
Penentuan lokasi pabrik merupakan satu hal penting dalam perancangan  pabrik  karena  akan  mempengaruhi  risiko  dan keuntungan  perusahaan  secara  keseluruhan.  Suatu  lokasi pabrik  dikatakan  ideal  jika  lokasi  yang  dipilih  dapat menunjang kelancaran operasional pabrik dan kegiatan usaha yang terjadi di dalamnya. Lokasi pabrik akan mempengaruhi biaya tetap ( fix cost ) maupun biaya variable ( variable cost ), baik dalam jangka menengah maupun jangka panjang.
Terdapat dua faktor penting yang harus diperhatikan dalam menentukan  lokasi  pabrik,  yaitu  faktor  utama  dan  faktor khusus.  Faktor  utama  merupakan  faktor  yang  akan memengaruhi penyediaan bahan baku, pemasaran (marketing) ,  utilitas  (bahan  bakar,  air,  dan  listrik),  keadaan geografis,  dan  sumber  daya  manusia.  Sedangkan  faktor
khusus  merupakan  faktor  yang  akan  memengaruhi  sarana transportasi,  tenaga  kerja,  upah  minimum  regional  (UMR), buangan pabrik (waste disposal) , pembuangan limbah, letak serta karakteristik lokasi  dan peraturan perundang-udangan. Dengan  menggunakan  metode analytical  hierarchy  process (AHP) didapatkan lokasi pendirian pabrik Esteruqtas berada di  Kawasan  Ekonomi  Khusus  (KEK)  Sei  Mangkei, Simalungun, Sumatera Utara.
Bahan baku utama Fatty acid diperoleh dengan spesifikasi dapat  dilihat  pada  Tabel  2.  Diharapkan  produk  surfaktan esterquat  yang  akan  dihasilkan  memiliki  spesifikasi  dapat dilihat Pada Tabel 3.
Esterquat dapat diproduksi melalui dua tahap reaksi, reaksi tahap pertama untuk pembentukan produk intermediate yaitu senyawa  esteramine,  sedangkan  reaksi  tahap  kedua  untuk pembentukan produk akhir yaitu esterquat.

## A. Tahap Pembentukan Esteramine
Pada  tahap  pertama  terdapat  dua  jenis  reaksi  bergantung pada  bahan  baku  yang  digunakan,  yaitu  reaksi  esterifikasi atau  transesterifikasi  beserta  adanya  katalis.  Reaksi esterifikasi  yang  merupakan  reaksi  tahap  pertama  dalam proses produksi esterquat dapat terjadi jika bahan baku yang digunakan berupa fatty acid . Sedangkan reaksi transesterifikasi  yang  juga  merupakan  reaksi  tahap  pertama dalam proses produksi esterquat dapat terjadi jika bahan baku
Gambar 1. Jalur Produksi Esterquat Dari Fatty Acid Based. Gambar 2 Jalur Produksi Esterquat Dari Fame Based.
Gambar 3. Jalur Produksi Esterquat Dari Triglyceride Based.
Gambar  4.  Mekanisme  Reaksi  Keseluruhan  Proses  Produksi Esterquat.
Tabel 2.
Spesifikasi Bahan Baku Fatty Acid
Parameter Nilai Chemical Formula C 6 H 15 NO 3 Molecular weight (kg/kmol) 149.19 pH 10.5-11.5 Appearance Liquid Yellow Titik lebur/titik beku ( o C) 20.5 o C Titik didih awal ( o C) 335.4 Titik nyala ( o C) 179 o C Density uap 5.15 Density (g/cm 3 ) pada 20 o C 1.124 Evaporation Rate 0.01 Auto-ignition Temperature ( o C) 324 Triethanolamine (%) 99
Water (%) 1 Tabel 3. Spesifikasi Esterquats Parameter Nilai Chemical Formula C 8 H 16 NSO 4 (RCOO) n
pH 3-5 Titik didih ( o C) > 100 o C Titik leleh ( o C) 43 Density (g/cm 3 ) 0.993 at 23 o C Viscosity (cP) 240 at 23 o C Water Solubility Tidak larut Monoesterquat (%) 20% Diesterquat (%) 40% Triesterquat (%) Max. 22% Esteramine (%) Max. 8 FFA (%) Max. 1 Solvent (IPA) (%) 8% Others 1%
yang digunakan adalah Fatty acid Methyl Ester (FAME) atau bahan baku trigliserida [4].

## 1) Reaksi Esterifikasi
Reaksi esterifikasi adalah reaksi menggunakan bahan baku fatty  acid dan  alkanolamine  dengan  penambahan  katalis untuk  membentuk  senyawa  esteramine.  Katalis  yang umumnya  ditambahkan  dalam  proses  esterifikasi  ini  adalah katalis  homogen  asam  seperti  asam  para  toluene  sulfonate, asam fosfor, asam hipofosfosr, asam oksalat dan asam sulfat [5].  Proses  esterifikasi  dengan  katalis  homogen  asam  dapat terjadi pada rentang temperatur 160  –  180 o C dalam  kondisi vakum 1,3 – 200 mbar dan dengan dosis katalis 0.01 – 0.15% [6]. Umumnya reaksi esterifikasi ini berjalan selama kurang lebih  4-6  jam  tergantung  pada  kondisi  operasi  yang  dipilih. Produksi  esterquat  berbahan  baku fatty  acid akan menghasilkan produk akhir dan produk samping berupa air. Secara  umum  reaksi  alkanolamine  dengan  gugus  asam karboksilat  dari fatty  acid merupakan  reaksi  kondensasi irreversible , sehingga air kondensasi perlu dihilangan untuk mencapai  konversi  reaksi  ke  kanan  sesuai  dengan  hukum kesetimbangan reaksi. Proses yang terjadi untuk menghilangkan  air  dari  reaksi  esterifikasi  adalah  melalui simple  distillation,  evaporasi,  dan  proses  pemisahan membrane  [7].  Selain  itu,  proses  penghilangan  air  dapat melalui  proses  stripping  dengan  gas  inert  seperti  nitrogen. Karena titik didih rata-rata komponen senyawa alkanolamine di  atas  kondisi  temperatur  operasi,  sehingga fatty  acid berlebih merupakan opsi untuk mengatasi adanya kandungan alkanolamine  di  dalam  produk  akhir  surfaktan.  Untuk menghindari  waktu  reaksi  yang  terlalu  lama  karena  reaktan
alkanolamine  yang  belum  bereaksi  secara  sempurna,  maka dilakukan proses vakum hingga level tertentu. Jalur produksi Esterquat dari Fatty Acid Based dapat dilihat pada Gambar 1.

## 2) Reaksi Transesterifikasi
Produksi  esterquat  melalui  tahapan  transesterifikasi  tidak berbeda jauh dengan tahapan esterifikasi, di mana fatty acid digantikan oleh Fatty acid Methyl Ester (FAME) yang akan ditransesterifikasi dengan triethanolamine untuk menghasilkan  esteramine  dan  kemudian  dilanjutkan  reaksi kuaterner  dengan  alkylating  agent.  Selain  menggunakan bahan baku FAME, reaksi transesterifikasi dapat berlangsung dengan menggunakan  trigliserida  [8]. Perbedaan utama dari reaksi  esterifikasi  dan  transesterifikasi  adalah  katalis  yang digunakan. Dalam proses esterifikasi, katalis yang digunakan adalah  asam.  Sedangkan  dalam  proses  transesterifikasi, katalis yang digunakan adalah basa.
Pada  umumnya,  katalis  yang  digunakan  untuk  reaksi transesterifikasi  FAME  atau  trigliserida  adalah  potassium hydroxide  dan  sodium  methylate.  Proses  transesterifikasi FAME  dengan  triethanolamine  berlangsung  pada  rentang temperature 80-170 o C dengan kondisi vakum 200 mbar dan lama  waktu  reaksi  adalah  2.25-6  jam  [9].  Kondisi  operasi pada  proses  transesterifikasi  FAME  tidak  boleh  melebihi 185 o C karena titik didih FAME berada pada rentang tersebut, sehingga  akan  berakibat  pada  konversi  produk  dan  warna produk  yang  dihasikan.  Jalur  produksi  esterquat  berbasis FAME akan menghasilkan produk samping berupa methanol dan  air.  Karena  proses  transesterifikasi  juga  merupakan reaksi  kondensasi irreversible ,  sehingga  produk  samping tersebut  perlu dihilangkan melalui proses alcohol dan water removal. Proses penghilangan kandungan impurities ini dapat berlangsung dengan melalui simple distillation atau evaporasi yang  dibantu  dengan  kondisi  vakum.  Air  dan  alcohol  harus dihilangkan  karena  merupakan  komponen  yang  tidak diinginkan  dalam  produk  akhir  surfaktan.  Alkohol  dapat menimbulkan  iritasi  jika  digunakan  pada  produk  surfaktan, produk  Cosmetics  and  Personal  Care  (CPC),  dan  produk home  care.  Jalur  Produksi  Esterquat  dari  Fame  based  dapat dilihat pada Gambar 2.
Sedangkan  proses  transesterifikasi  triglyceride  dengan triethanolamine  berlangsung  pada  rentang  temperatur  120- 180 o C dengan lama waktu reaksi  adalah 1-12 jam dan pada kondisi  tekanan  atmosfer  [10].  Jalur  produksi  esterquat berbasis  triglyceride  akan  menghasilkan  produk  samping berupa triglyceride, diglyceride, dan monoglyceride, serta air.
Gambar 5. Blok Diagram Proses Produksi Esterquat .
Tabel 4. Data Biaya Fc, Vc, Svc Dan S No. Keterangan Jumlah (Rp) 1 Biaya Tetap (FC) Rp 59.890.857.355 2 Biaya Variabel (VC) a. Bahan Baku Rp 468.959.357.547,14 b. Utilitas Rp 77.943.209.905,79 c. Royalty Rp 7.794.320.990,58 Sub-Total Rp 554.696.888.443,51 3 Biaya Semivariabel (SVC) a. Gaji Karyawan Rp 7.537.843.624,13 b. Pegawasan Rp 753.784.362 c. Pemeliharaan dan Perbaikan Rp 14.091.966.436 d. Operating Supplies Rp 1.409.196.644 e. Laboratorium Rp 753.784.362 f. Pengeluaran Umum Rp 62.354.567.925 g. Plant Overhead Cost Rp 77.943.209.905,79 Sub-Total Rp 164.844.353.259,48
4 Total Penjualan (S) Rp 1.110.425.465.727,00 Gambar 6. Grafik Biaya FC,VC,SVC dan S. - 200.000.000.000,00 400.000.000.000,00 600.000.000.000,00 800.000.000.000,00 1.000.000.000.000,00 1.200.000.000.000,00 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% N ilai Uan g (R u p iah ) Kapasitas Produksi GRAFIK BEP Biaya Tetap Total Pengeluaran Hasil Penjualan
Proses  produksi  esterquat  dari  trygliceride  memiliki keuntungan  karena  triglyceride  atau  kombinasi  triglyceride dan fatty acid dapat digunakan sebagai bahan baku pengganti fatty  acid karena  dapat  mengurangi  biaya  produksi  yang mahal  dari  bahan  baku fatty  acid .  Bahwa  campuran  bahan baku fatty  acid dengan  triglyceride  dapat  memperbesar selektivitas produk [11].
Meskipun  dari  aspek  ekonomi  harga  bahan  baku triglyceride lebih terjangkau dibandingkan dengan fatty acid dan FAME, tetapi dalam proses pemurniaan produk samping yang  terbentuk  dari  reaksi  triglyceride  akan  lebih  sulit sehingga  memerlukan  biaya  yang  lebih  besar  dibandingkan dengan  bahan  baku fatty  acid dan  FAME.  Hal  ini dikarenakan, titik didih glyceride tinggi sehingga sulit untuk dilakukan proses pemisahan. Oleh karena itu, proses produksi esterquat  dari  triglyceride  sangat  jarang  ditemui.  Jalur produksi esterquat dari triglyceride based dapat dilihat pada Gambar 3.

## B. Tahap Pembentukan Esterquat
Tahap  terakhir  dalam  produksi  produk  esterquat  adalah tahap  quaternisasi.  Reaksi  quaternisasi  terjadi  antara  gugus amine  tersier  esteramine  dengan  alkylating  agent.  Reaksi quaternisasi  merupakan  reaksi  reversible  dengan  satu- satunya produk berupa esterquat. Esterquat yang terproduksi terdiri dari mono, di, dan tri-esterquat. Alkylating agent yang umumnya  digunakan  dalam  beberapa  paten  dan  penelitian adalah DMS ( dimethyl sulfate ). Reaksi quaternisasi berjalan dalam kondisi operasi temperatur 80-100 o C dan dengan lama waktu reaksi sekitar 4 jam [12].
Pelarut  alcohol  yang  umumnya  digunakan  pada  proses produksi  esterquat  ini  adalah  isopropyl  alcohol  (IPA)  dan dipropylene  glycol.  Akan  tetapi,  pada  proses  produksi esterquat ini akan digunakan pelarut berupa isopropyl alcohol atau  solvent  alcohol  berantai  pendek.  Hal  ini  dikarenakan, jenis pelarut akan berdampak pada kualitas produk terutama pada  kualitas  warna. Isopropyl  alcohol tidak  memberikan dampak  warna  yang  signifikan  pada  produk  dibandingkan dengan  jenis  pelarut  lainnya  [13].  Penambahan  pelarut dilakukan  sebelum  penambahan  alkylating  agent  ke  dalam reaktor  agar  menjaga  campuran  reaksi  tetap  berada  dalam fasa cair.
Kemudian  dilakukan  pengadukan  bahan  baku  untuk mempercepat reaksi. Diperlukan tangki berpengaduk dengan sedikitnya  dua  pengaduk  (blade)  di  atas  permukaan  untuk mnecegah  terbentulnya  gel  dan  di  dalam  campuran  reaksi liquid  untuk  homogenisasi  reaksi  dan  panas  temperatur reactor.  Dalam  kebanyakan  kasus,  pH  dari  produk  reaksi mendekati  kisaran  stabilitas  optimum  yang  berarti  bahwa tidak  diperlukan  penyesuaian  pH  pada  produk  akhir  [14]. Setelah  reaksi  terjadi,  disarankan  untuk  menghancurkan  zat alkilasi  yang  tidak  bereaksi  dengan  dilakukan  penambahan zat  seperti  ammonia,  amina  (alkanol),  asam  amino  atau oligopeptide[15]. Alkylating agent  akan menjadi racun bagi produk  akhir  Cosmetic  and  Personal  Care  (CPC)  dan surfaktan.  Mekanisme  reaksi  keseluruhan  proses  produksi esterquat dapat dilihat pada Gambar 4.
Dalam  pemilihan  proses  terdapat  beberapa  pertimbangan bahan baku, kondisi operasi, produk samping, yield, katalis, dan  aspek  ekonomi.  Dengan  menggunakan  metode  AHP didapatkan  uraian  proses  yang  digunakan  pada  pabrik  ini
menggunakan bahan baku bahan baku Fatty Acid – C16C18 Based .

## II. URAIAN PENELITIAN
Proses yang dipilih dalam desan pabrik ini menggunakan proses  Esterifikasi  dan  Quarternisasi  yang  merupakan produksi  Esterquats.  Proses  produksi  tersebut  terbagi  ke dalam  2  proses  tahapan,  yaitu  tahapan  proses  produksi Esteramine sebagai  produk  intermediat  dan  tahapan  proses produksi Esterquats sebagai produk akhir.

## A. Tahapan Proses Produksi Esteramine
Fatty acid sebagai bahan baku utama pada proses produksi esterquat  surfaktan  disimpan  pada  tangki  penyimpanan  (V- 120).  Selain  berfungsi  sebagai  tangki  penyimpanan  fatty acid,V-120  juga  berfungsi  sebagai  pemanas  dengan meningkatkan  suhu  dari  keadaan  atmosfer  menuju temperature 60 o C. Tujuan tahapan pemanasan fatty acid pada tangki V-120 adalah menjaga agar fatty acid berada pada fase liquid  dan  mempercepat  waktu  yang  diperlukan  untuk mencapai  temperatur  reaksi  esterfikasi  yang  berada  pada temperature  170 o C.  Media  pemanas  yang  digunakan  pada tangki  V-120  adalah Low  Pressure  Steam (LPS)  dengan tekanan 3 bar dimana LPS akan berubah menjadi kondensat (steam  condensate) .  Proses  pemanasan  ini  memerlukan waktu kurang lebih 1 jam.
Sebelum  memasukkan  feed  reaktan  kedalam  reaktor esterifikasi  (R-140),  perlu  dipastikan  bahwa  reaktor esterifikasi  dalam  keadaan  bersih  dan  kosong. Fatty  acid yang  telah  dipanaskan  pada  tangki  V-120  dipompa  dengan menggunakan pompa (P-121) menuju reaktor esterifikasi (R- 140)  bersamaan  dengan  proses purging nitrogen N 2 .  Proses purging nitrogen  bertujuan  untuk  memastikan  tidak  ada oksigen  dan  pengotor  lainnya  di  dalam  reaksi,  sehingga menurunkan  risiko  adanya  percikan  api  pada  reaktor  saat beroperasi. Kemudian Triethanolamine dari tangki penyimpanan  V-130  dipompa  dengan  menggunakan  P-131 menuju  reaktor  R-140.  Proses  pengisian  feed  reaktan triethanolamine  juga  bersamaan  dengan  proses purging nitrogen  kembali.  Sedangkan  katalis  hypophosporous  acid (HPA)  dari  tangki  V-110  dialirkan  secara  gravitasi  menuju aliran masuk fatty acid.
Proses  esterifikasi  dilakukan  di  reaktor  (R-140)  yang dilengkapi dengan cooling jacket untuk menjaga suhu reaktor agar tetap berada di rentang suhu 170 o C. Reaksi esterifikasi antara fatty  acid dengan  trietanolamine  menghasilkan  tiga produk utama yaitu mono-esteramine, di-esteramine, dan tri- esteramine dengan produk samping berupa air. Reaktan yang telah  tercampur  kemudian  akan  dipanaskan  dengan  sistem heating recycle di E-142. Proses pemanasan reaktan di E-142 berlangsung dari suhu reaktan 51 o C menjadi 170 o C. Setelah temperature  feed  campuran  di  dalam  reaktor  mencapai 170 o C,  reaksi  esterifikasi  dijalankan  secara  batch  dalam kondisi  vacuum  0,2  bar  selama  4  jam  disertai  pengadukan 150 rpm.
Proses  esterifikasi  dilakukan  pada  reaktor  (R-140)  yang dilengkapi  dengan  cooling  jacket.  Reaksi  berjalan  selama kurang lebih 4 jam dengan konversi sebesar 99%. Kemudian, temperature dan pressure dipertahankan selama kurang lebih 4 jam atau hingga acid value dari esteramine mencapai < 5mg
KOH g -1 . Selama proses reaksi berlangsung, produk samping berupa  air  ikut  terbentuk  bersamaan  dengan  terbentuknya esteramine (intermediate produk).
Produk  samping  air  yang  terbentuk  harus  dihilangkan untuk  mencegah  terjadinya  reaksi  berkebalikan  yang mengarah  ke  pembentukan  ulang  reaktan.  Hal  ini dikarenakan  reaksi  esterifikasi  antara  fatty  acid  dan triethanolamine  merupakan  reaksi  kesetimbangan,  sehingga dilakukan  proses water  removal untuk  mempercepat  reaksi mengarah  ke  pembentukan  produk  (reaksi forward ).  Steam ejector  (SP-144)  digunakan  untuk  menciptakan  kondisi vakum  di  dalam  reaksi  sehingga  mampu  menguapkan  air yang  terbentuk  selama  reaksi  berlangsung.  Vapor  yang terbentuk  selama  proses  reaksi  di  reaktor  (R-140)  akan dihilangkan  melalui  proses  vakum.  Uap  air,  katalis,  dan beberapa  komponen  lainnya  yang  terbentuk  akan  tervakum menuju condenser (E-143). Komponen yang teruapkan akan terkondensasi  di  vacuum  condenser,  sedangkan  non- condensable  gas  yang  tidak  terkondensasi  (nitrogen)  akan diteruskan menuju ke steam ejector (SP-144).
Kemudian,  intermediate  produk  yang  dihasilkan  akan didinginkan dari suhu 170 o C menjadi 60 o C dengan cooler E- 148. Proses pendinginan ini memerlukan waktu selama 1 jam. Kemudian,  dilanjutkan  dengan  proses  pengosongan  reaktor R-140.  Esteramine  yang  terbentuk  dari  reaktor  R-140  akan ditransfer  menuju  ke gravity  separator V-150,  untuk dilakukan  proses  pemisahan  TEA  dan  esteramine.  Proses pemisahan terjadi karena kedua senyawa ini tidak saling larut (immiscible  solution) dengan  density  TEA  adalah  1,13  dan density  esteramine  1,38.  TEA  merupakan light  component yang  akan  keluar  melalui top  outlet sedangkan  Esteramine merupakan heavy  component yang  akan  keluar  melalui bottom outlet.

## B. Tahapan Proses Produksi Esterquat
Esteramine  yang  telah  terpisahkan  dengan  komponen triethanolamine  akan  dipompa  dengan  pompa  P-151  A/B menuju  ke  hold  up  tank  V-160.  Hold  up  tank  berfungsi sebagai tangki tunggu sebelum memasuki reaktor quaternisasi. Selama proses charging  raw material dimethyl sulfate dan isopropyl alcohol di mixing tank reacatntTK-240 berlangsung,  intermediate  produk  akan  disimpan  terlebih dahulu  di  hold  up  tank.  Dimethyl  Sulfate  (DMS)  sebagai alkylating  agent  dari  tangki  penyimpanan TK-210  dipompa menuju  ke  mixing  tank  reactant  TK-240.  Kemudian  diikuti dengan  Isopropyl  Alcohol  (IPA)  dari  tangki  TK-220  akan dipompa  dengan  pompa  P-221  A/B  menuju  ke  reaktor quartenisasi  R-230.  Proses  charging  raw  material  diiringi dengan blanketing nitrogen di dalam reaktor, sehingga dapat dipastikan tidak terdapat oksigen yang dapat mengoksida dan menimbulkan bahaya selama proses reaksi berlangsung.
Kemudian  esteramine  dari  hold  up  tank  V-160  akan dipompa  dengan  pompa  P-161  A/B  menuju  mixing  tank reactant  (TK-240).  Proses  charging  seluruh  raw  material berlangsung selama kurang lebih 3 jam. Reaktan campuran di dalam  tangki  TK-240  yang  memiliki  suhu  campuran  52 o C akan  dipompa  dengan  pompa  P-241  A/B  menuju  heat exchanger  E-242.  Pre-heating  reaktan  dilakukan  untuk menaikkan  temperature  reaktan  dari  52 o C  menajadi  60 o C. Setelah  suhu  reaktan  mencapi  suhu  yang  diinginkan, campuran  reaktan  akan  dialirkan  menuju  reactor  secara gravitasi  dari  E-242  menuju  reactor  quarternisasi  R-230. Kemudian,  reaksi  akan  berjalan  di  dalam  reaktor  dengan
bantuan pengadukan 100 rpm  dan dengan mempertahankan suhu  reaksi  60 o C  selama  kurang  lebih  6  jam.  Reaktor quarternisasi  R-230  beroperasi  dengan  tekanan  1  atm. Reaktan esteramine dibuat berlebih (esteramine excess) agar dimethyl  sulfate  dapat  terkonversi  sepenuhnya  menjadi esterquats.  Hal  ini  dikarenakan  untuk  menghindari  adanya senyawa sulfate dalam produk akhir esterquats.
Perbandingan  molar  esteramine  dan  dimethyl  sulfate adalah  1:1,  tetapi  perbandingan fatty  acid dan  dimethyl sulfate  adalah  362.3:65.3,  sehingga  didapatkan  esteramine sebagai excess reaktan. Reaksi quarternisasi dapat dianggap selesai apabila final produk esterquats memiliki  ≤ 0.05 mg KOH g-1 sampel kandungan amina dalam esterquat tercapai. Produk esterquats surfaktan yang terproduksi akan dilakukan pengecekan  secara  laboratorium  untuk  mengetahui  kualitas produk  agar  sesuai  dengan  standar  parameter  perusahaan. Kemudian  final  produk  yang  dihasilkan  akan  dipompa menuju ke cooler E-233 untuk didinginkan dari temperature reaksi  60 o C  menjadi  30 o C.  Setelah  dilakukan  proses pendinginan,  produk  dapat  ditransfer  menuju  tangka penyimpanan  akhir  produk  TK-240.  Gambar  5  merupakan blok diagram proses produksi Esterquat dari Fatty acid .

## III. NERACA MASSA
Pada  perhitungan  neraca  massa,  ditetapkan  basis perhitungan sebagai berikut:
1. Kapasitas Produksi = 30.000 Ton/Tahun
2. Waktu Operasi = 330 hari/tahun
3. Jam Operasi = 24 jam/hari
4. Basis Waktu = 1 jam
Perhitungan  neraca  massa  dna  energi  dilakuakn  secara terus-menerus  hingga  mencapai  konvergensi.  Pada  pabrik Esterquats Surfaktan dengan menggunakan bahan baku Fatty acid sebanyak  2111,03 kg/jam,  triethanolamine  sebanyak 667,49 kg/jam, hypophosphorous acid sebanyak 4,22 kg/jam, dimethyl  sulfate sebanyak  533,31  kg/jam  dan isopropanol sebanyak  277,6  kg/jam  sehingga  dapat  memproduksi  final produk Esterquats Surfaktan sebanyak 3436,30 kg/jam.

## IV. ANALISA EKONOMI
Analisa ekonomi merupakan salah satu parameter apakah suatu  pabrik  tersebut  layak  didirikan  atau  tidak.  Untuk menentukan  kelayakan  suatu  pabrik  secara  ekonomi, diperlukan  perhitungan  bahan  baku  yang  dibutuhkan  dan produk  yang  dihasilkan  menurut  neraca  massa,  harga peralatan  untuk  proses  berdasarkan  spesifikasi  peralatan. Selain  itu,  juga  diperlukan  analisa  biaya  untuk  produksi, utilitas,  jumlah  dan  gaji  karyawan,  serta  pengadaan  lahan untuk  pabrik.  Faktor  –  faktor  yang  perlu  ditinjau  untuk memutuskan hal ini adalah:
1. Nilai bersih saat ini, Net Present Value (NPV)
2. Laju pengembalian modal (internal rate of return, IRR)
3. Waktu pengembalian modal minimum (pay out time, POT)
4. Titik impas (break even point, BEP)
A. Nilai Bersih Saat Ini, Net Present Value (NPV)
Net  Present  Value (NPV)  merupakan  perbedaan  antara nilai  sekarang  dari  arus  kas  yang  masuk  dan  nilai  sekarang dari arus kas keluar pada sebuah waktu periode. Jika bernilai positif maka mengindikasikan pabrik memiliki nilai investasi
positif. NPV dihitung dari nilai WACC ( Weight Average Cost Capital ). Dari hasil perhitungan analisa keonomi menggunakan  WACC  sebagai discount  factor sebesar 9.318%, maka didapatkan Net Present Value bernilai positif sebesar Rp 515.287.817.185,19. Hal ini menandakan bahwa pabrik  Esterquats  Surfaktan  layak  didirikan  dan  dapat menghasilkan keuntungan.
B. Laju Pengembalian Modal (Internal Rate Of Return, IRR) Internal Rate of Return berdasarkan discounted cash flow merupakan  tingkat  bunga  tertentu  penerimaan  akan  dapat menutup  seluruh  jumlah  modal.  Hasil  perhitungan  analisa ekonomi  menujukkan  bahwa  hasil Internal  Rate  of  Return (IRR) sebesar 17.58%. Nilai IRR yang didapatkan melebihi nilai  WACC  yang  juga  dibuktikan  oleh  nilai  NPV  bernilai positif,  sehingga  menandakan  bahwa  pendirian  pabrik Esterquats Surfaktan layak untuk dilakukan.

## C. Waktu Pengembalian Modal Minimum (Pay Out Time,

## POT)
Pabrik  esterquat  ini  memiliki  investasi  sebesar  Rp 883.311.230.973  berada  pada  data  tahun  5-6.  Kemudian dilakukan  interpolasi  linear  untuk  mendapatkan  waktu pengembalian  modal  (POT)  sebesar  5.86  tahun.  Hal  ini menujukkan  bahwa  investasi  yang  dilakukan  dalam pembangunan  pabrik  Esterquats  Surfaktan  membutuhkan waktu 6.05 tahun untuk mengembalikan modal awal.

## D. Titik impas (break even point, BEP)
Break Event Point (BEP) atau titik impas merupakan salah satu  analisa  yang  digunakan  untuk  mengetahui  kapasitas prdoduksi  pabrik  disaat  total  biaya  produksi  sama  dengan total  hasil  penjualan.  BEP  dapat  ditinjau  dengan menggunakan  data  biaya  tetap  ( Fixed  Charge ,  FC),  biaya variabel ( Variabel Cost , VC), dan biaya semi variabel ( Semi Variabel Cost , SVC). FC merupakan biaya yang harus tetap dikeluarkan  dengan  beroperasi  atau  tidak  beroperasinya proses produksi pabrik.
Dengan  data  tabel  4  dan  menggunakan  persamaan  (1), didapatkan  bahwa  kapasitas  pabrik  minimum  agar  pabrik tidak rugi berada pada kapasitas sebesar 43.939%.
𝐵𝐸𝑃 = 𝐹𝐶 + 0.3 𝑆𝑉𝐶
𝑆 − 0.7 𝑆𝑉𝐶 − 𝑉𝐶 𝑥 100%
Berdasarkan Tabel 4 dapat dibuatkan Grafik Grafik Biaya FC,VC,SVC dan S dapat dilihat pada Gambar 6.

## V. KESIMPULAN/RINGKASAN
Berdasarkan hasil desain dan tinjauan pabrik, maka dapat disimpulkan  bahwa  Pabrik  Esterquats  Surfaktan  dari Fatty acid dan Triethanolamine akan dibangun dengan percenanaan  operasi continue ,  selama  24  jam/hari,  330 hari/tahun,  kapasitas  produksi  30.000  Ton/Tahun,  umur pabrik 15 Tahun, dan masa konstruksi 2 Tahun. Bahan baku
yang digunakan menggunakan bahan baku fatty acid dengan kebutuhan  2111,029  kg/tahun,  dan  lokasi  pabrik  berada  di Kawasan  Ekonomi  Khusus  SEI  Mangkei,  Sumatera  Utara. Berdasarkan  hasil  analisa  ekonomi,  didapatkan  nilai  IRR sebesar  17.58%  yang  berada  di  atas  nilai  suku  bunga pinjaman  bank  (7,9%)  dan  nilai  WACC  (9.318%).  Jangka waktu  pengembalian  modal (POT)  adalah tahun 5.86,  lebih kecil  dari  waktu  pengembalian  modal  yang  ditetapkan pemberi  pinjaman  (10  tahun).  Kemudian  perhitungan  NPV yang  menunjukkan  NPV  bernilai  positif  sebesar  Rp 515.287.817.185,19.  Hasil  analisa  ekonomi  yang  telah dilakukan  menujukkan  bahwa  pabrik  Esterquats  Surfaktan layak untuk didirikan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Krister  Holmberg,  “Preparation  Applications  and  Biodegradability,” 2nd  ed.United  States:  CRC  Press,  2003,  pp.  1–648.  doi: https://doi.org/10.1201/9780203911730.
[2] Badan Pusat Statistik, “Statistik Kesejahteraan Indonesia 2017,” Badan Pusat Statistika:Jakarta, 2017.
[3] Kemetrian  Perindustrian,  “Profil  Industri  Oleokimia  Dasar  dan Biodiesel,”Kementrian Perindustrian: Jakarta, 2014.
[4] H. A. Aziz, M. K. Aroua, R. Yusoff, N. A. Abas, Z. Idris, and H. A. Hassan, “Production of palm-based esteramine through heterogeneous catalysis,” J Surfactants Deterg , vol. 19, no. 1, pp. 11–18, Jan. 2016, doi: 10.1007/s11743-015-1736-0.
[5] A. Trius, J. Bigorra, and J. Pmares, “Process for Preparing Quaternary Ammonium  Compounds  for  Used  as  Fabric  Softerners,” Patent Application Publication, US, 4,982,00, 1991.
[6] H. A. and I. Z. Aziz, “Milder Process for the Production of Palm-Based Esterquats,”  in AGRIS:  International  Information  System  for  the Agricultural Science and Technology , Malaysia, 2017.
[7] J.  Maslanka,  O.  Springer,  D.  Schuch,  and  R.  Klein,  “Betaines  with Special  Fatty  Acid  Chain  Distribution,” International  Application Published  Under  Patent  Cooperation  Treaty  (PCT),US,  US  Patent 9,963,425 B2, 2018.
[8] Butika,  Renata.,  Bernhardt,  Randall  Jay.,  Kovach,  Elizabeth  Sarah “Esterquat Composition,” International  Application Published Under Patent Cooperation Treaty (PCT), US, WO 2020/014659 A1 (2020).
[9] H. Abdul Aziz, I. Abu Zainab, and H. Hassan, “Transesterification of palm  stearin  methyl  ester  and  triethanolamine:  an  alternative technology for esterquats production,” Int J Appl Sci Technol , vol. 4, no. 7, 2014.
[10]  Bigorra Liosas et.al, “Process for the Production of Esterquats,” Patent Application Publication, US, US 2002/0002298 AI (2002).
[11]  X. Yang, X. Wang, H. Henning Wenk, M. an der Ruhr, J. Wang, and L.  Bao,  “Preparation  Method  for  Esterquats  Based  on  Oil,”  Patent Application  Publication:  US,  Patent  Application  Publication  ,  WO 2020/000172 A1 (2020).
[12]  B. Pi Boleda, C. M. Pey Butierres, J. Sobrevias Alabau, and B. Nogues Lopez,  “Quarternary  Ester  Ammonium  Compound  Compositions,” International  Application Published Under Patent Cooperation Treaty (PCT), US, WO 2022/136700 (2022).
[13]  S.  C.  John,  A.  Fox,  and  P.  Dekock,  “Fatty  Acid  Esters  of Alkanolamines  and  Their  Use  as  Softening  Agents,”  US  Patent  US 2007/0265469 A1 (2007).
[14]  K. Holmberg, B. Jonsson, B. Kronberg, and B. Lindman, Surfactants and Polymers in Aqueous Solution , 2nd ed. New York: 2003, 2003.
[15]  O. P. Obiols, N. Bonastre, and J. B. Llossas, “BASF Personal Care and Nutrition  GmbH,”  Patent  Application  Publication,  US,US 2003/0143181 A1, 2003.