AM
IA
Depa Deparrtem temen Tekn Teknik ik Kimi Kimia, a, Fakul akulta tass Tekn Teknik ik
2013 1
3 , • Sejarah : r
“ ” Ammon di mesir, sekarang Siwa) - Metode Metode penyediaan penyediaan garam-gara garam-garam m amonium telah telah dikenal dikenal sejak dulu kala. - Bangsa Bangsa Mesir kuno kuno telah telah membuat membuat dan dan menggunaka menggunakan n amon um or a ar e aga o oran un a se ar abad ke-4 SM, yang mereka sebut dengan nama “ sal ammoniac”. - Dalam waktu yang hampir hampir sama, sama, bangsa bangsa Arab Arab menggunakan amonium karbonat (hasil distilasi es ru ru er a ap an u – ar , yang mere a 2 sebut hartshorn
- Pertama Pertama kali “free “free ammonia ammonia”” dibuat dibuat pada tahun tahun 1774 oleh J.B. Priestley. . . – - Volum Volum rati ratio o N : H = 1:3 1:3 NH3 (W (W.. Hen Henry ry - 1809 1809)) • - Bulk (curah) (curah),, hasil komodit komoditii industri industri kimia. kimia. - Produk sam in dari distilasi destruktif terhada batubara dalam indutri indutri pembuatan kokas dan gas. - Sintesis Sintesis dari dari nitro nitrogen gen dan dan hidrogen. hidrogen. - apas tas pro u s un a x ton • Di alam : mengandung nitrogen membusuk, oleh sebab itu sedikit terdapat dalam udara (dan terkadang dalam air). 3
3
us n rogen Udara Manusia
a r Haber-Bosch
Hewan Amonia um u an ana
Asam nitrat Pupuk mineral 4
• Sifat suhu kamar : Gas tidak berwarna lebih rin an dari udara, berbau rangsang (menyengat), dan sangat mudah larut dalam air (pada 0 oC, 1 atm : 1150 l. NH 3/L air) • arutan ers at asa : 3 a am a r erea s NH3 + H2O NH4OH NH4+ + OH• ena engan nama on amon um 4 • Karena kebasaannya, Amonia dapat langsung bersenyawa den an asam den an membentuk aram • Jika garam amonium (misal NH 4Cl) dalam keadaan kering dipanaskan, maka akan terurai menjadi NH 3 dan asam ( misal HCl). [ NH4Cl NH3 + HCl ] • Kehadiran amonia di udara ( fasa gas) dapat dikenal dari . , (yaitu : K 2[HgJ4] + KOH) yang akan membentuk endapan merah-tengguli (rood bruin), untuk larutan yang encer, warnanya jingga 5
• • • • • • • • •
= , Densitas gas (STP) = 0,7714 kg/m3 Titik didih normal = -33 43 oC Panas penguapan (1 atm) = 1370 kJ/kg Entalpi pembentukan standar (gas, 25oC) = - 45,72 kJ/mol Entropi standar ( 25oC, 1 atm) = 192,731 J/mol.K LHV (net heating value) = 18,577 kJ/g HHV (Gross heating value) = 22,543 kJ/g Explosive limits : NH3 – O2 (20oC, 1 atm) = 15 – 79% (v) NH3 NH3 – ud. (0oC, 1 atm) = 16 – 27% (v) NH3 (100oC, 1 atm)= 15, 5 – 28% NH3 6
Tekanan parsial amonia dalam larutan amonia
e anan uap o a an ompos s Cairan (—) dan uap (--) dalam – 7
Kelarutan dalam cairan amonia • Cairan amonia adalah pelarut yang baik bagi beberapa garam er at on ogam maupun non- ogam, arena momen po nya (1,5 Debye) hampir sama dengan air (1,84 Debye) •
aram n ra , n r , o a, s an a, os an a, an ase a sangat larut dalam cairan amonia , serta oksida dan sulfida, secara umum tidak larut dalam cairan amonia
• Garam-garam basa, garam amonium larut dalam cairan amonia
8
a an a u an
egunaan
, , , . • Amonia adalah material (bahan baku) terpenting untuk mensintesis sen awa-sen awa bernitro en • Amonia digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan pupuk, penangan panas, pembuatan pulp dan kertas, pem uatan asam n trat an n tr t, serta senyawa-senyawa nitrat, ester dari nitrit, senyawa-senyawa nitro, bahan eledak refri erant urea hidroksilamin hidrazin sen awasenyawa amin dan amida dari zat organik dll. • Penggunaan terbesar (sekitar 68,5%) untuk pupuk menyu ur an area pertan an . negara mengguna an lebih dari 200 kg (campuran N+P2O5+K 2O) /ha . Negara lainn a di bawah 25 k /ha. 9
dunia serta pupuk bernitrogen yang dapat dihasilkan Pupuk nitrogen (max, kandungan N2,%)
Bahan baku Kayu Li nit Batu bara Hidrogen Gas alam LPG Gas ang Nafta Crude oil Fuel oil
Amonia (82 % N2) Amonium nitrat, 33%
Amonia, NH3 82%-N2
Amonium sulfat, 21% Amonium khlorida, 26% Amonium sulfur nitrat, 26% , Mono amonium fosfat, 11% Diamonium fosfat, 16% Nitrofosfat, 20% 10
Kegunaan Asam & basa
Tekstil
Agen pembersih
metalurgi
Pupuk
Kilang minyak
“cracked” amonia
Makanan & minuman
kulit
Amonia
Bahan peledak
Pharmasi
Pulp & kertas
Lain-lain
11
.
-
U/ pemucat, , detergent
oksidasi
Proses Solvay (soda abu)
oksidasi
Amonia oksidasi
Pemurnian dan dehidrasi NaOH Proses kamar timbal (SO2 asam sulfat) 12
2. Agen pembersih : Amonia
Amonium hidroksida 2
Agen pembersih U/ rumah atau abrik drycleaning Sabun khusus
. ,
Amonia
Agen u/ proses “curing”, Agen u/ menghilangkan 13
4. Bahan Peledak : Amonia
Trinitrotoluen (TNT) Nitrostarch
3
mon um n ra Sodium nitrat Nitrogliserin
Senyawa nitrogen a nnya
Bahan peledak Galian/tambang minyak kieselguhr
Dinamit
Bahan pembakar
14
. • Sumber nitro en ada roses fermentasi u/ ertumbuhan yeast dan mikroorganisme) • Pengontrol pH • Agen u/ pereaksi terhadap glycyrrhizin dan sebagai ekstraktan untuk prinsip “ bitter” pada industri minuman makanan/minuman.
6. Refrigeran : • yang besar) • Pendingin udara di plant, pembuatan es, unit pembeku cepat, loker-loker makanan 15
7. Pharmasi : • Amonia chemical penting dalam industri sulfanilamide, sulfathiazole, sulfapyridine dan obat-obatan sulfa lainnya. • Digunakan untuk memproduksi vitamin, antimalaria, methionine dan asam-asam amino • Amonia dan turunannya sering digunakan untuk memproduksi kosmetik dan pasta gigi.
8. Kertas dan Pulp : •
mon um su un u pem ua an pu p engan ua as ngg , meningkatkan perolehan pulp, mengurangi konsumsi kukus
• • Amonia sering digunakan untuk pembuatan kertas pembungkus, karena selama pengeringan akan menyisakan/meninggalkan basa yang rendah pada kertas. 16
. •
Amonia digunakan sebagai agen untuk penyamakan serat logam
•
Amonia digunakan sebagai ektraktan beberapa logam ( tembaga, nikel, molibdenum, tungsten)
•
Garam amon um pyrrhotite
guna an se aga
otas
pyr te an
10. Rubber (karet) : , terkoagulasi •
•
Vulkanisasi karet untuk boots dan se atu serin dilakukan dalam atmosfir amonia untuk mempercepat proses “curing” dan dapat memperbaiki sifat ketahanan karet terhadap air stra tan ag mater a yang ter arut a am a r ar pro u
aret. 17
. •
es n s n e s : Amonia dalam bentuk hexa methylenetetramine sebagai katalis dan pengontrol pH selama polimerisasi (misal ureaformaldehid)
12. Pemurnian air : • •
ersama-sama engan
or n se aga
es n e an.
Agen untuk regenerasi resin
13. Tekstil : •
n u mempro u s rayon)
er s n e s n on, cuprammon um, ,
,
,
. 18
. •
•
Amonia (termasuk agen yang murah) u/ penetral asam dalam min ak tan a men hasilkan molekul air sehin a eralatan terlindung dari korosi. Ekses amonia dihilangkan dengan aerasi. mon a uga apa guna an se aga esu ur sas an stabilisator warna untuk nafta, bensin, dan minyak tanah.
15. Lain-lain : • • •
N2O4 dan hidrazin digunakan dalam industri roket dan pesawat terbang. Amonia dan turunannya u/ blueprinting dalam industri . Amonia bahan baku industri senyawa sianida, amida, amina, nitril, dan lain-lain. 19
• Amonia disimpan umumnya dalam bentuk (fasa) cair (fasa gas untuk eper uan er a as • 2 metode (+ 1 tambahan) untuk penyimpanan cairan amonia : . , bentuk : bola atau silinder, umumnya berkapasitas :± 1500 ton. Tekanan : silinder ± 2,5 MPa ; bola ± 1,6 MPa, posisi : silinder untuk kapasitas > 150 ton horizontal 2. Tangki bertekanan atmosferik, dengan suhu –33 oC , diinsulasi. en u : s n er. Kapasitas : ± 50.000 ton /bejana. Tekanan : 10 – 15 kPa 3. Tangki dengan tekanan agak rendah bersuhu sekitar 0 oC diinsulasi. Biasan a berbentuk bola den an ka asitas sekitar 2500 ton/tangki 20
• ang eng ap engan va ve un u oa an un oa . • Perpipaan khusus (baja dengan Schedule no. 80) untuk semua i a an memakai “screwed oint” ba a standar Schedule no. 40) jika menggunakan sistem las. Pipa galvanisir tidak pernah dipergunakan • Tangki penyimpanan amonia cair adalah aplikasi dari tangki penyimpanan LPG. Untuk menghindari kebocoran, dapat (underground storage) • Larutan amonia dalam air tidak lebih dari 25%. Bentuk tangki penyimpanannya silinder. Kapasitas peralatan transportasi ditentukan berdasarkan volum storage, sedikitnya 40 m 3 untuk 3
• Untuk mengecek kebocoran dapat menggunakan penciuman, kertas yang dibasahi oleh phenolphtalein atau botol terbuka yang diisi HCl. 21
. Botol baja silinder, ditekan sampai memuat 20 – 200 kg amonia anhidrous (biasanya u/ keperluan laboratorium, sistem refrigerasi dan sejenisnya). Kemasan botol (selinder) dari polietilen atau tong metal . 2. Mobil tangki : 3
3
dengan menggunakan metode : a. bejana tekanan u/ amonia anhidrous ( max 2,5 MPa). b. Bejana tekanan atmosferik u/ 25% larutan amonia c. Bejana yang didisain u/ tekanan yang ditingkatkan u/ larutan amonia dengan konsentrasi tinggi (max. 1,6 Mpa) 22
.
emasan esar a am tan er: Pengemasan dengan perahu/tongkang berkapasitas cukup . – . amonia yang dicairkan : 50.000 ton.
. u/ pengiriman dengan kapasitas besar dan kontinyu. Sejak Grigorowski/Odessa menggunakan pipa sepanjang 2424 km.
23
an ar
uu USA
Air % W, max. 0,5 *) Inert ml/g, max. No.spec nya ppm , Bebas : H2S, pyridine, dan naftena
omers a FRG
USA
FRG
0,2 No. spec ,
0,015 0,1 ,
0,2 0,08 o. spec
Inert : H2, N2, CH4, Ar (noncondensable gases dissolved in ammonia) Catatan : Teknis – hasil sintesis amonia Refri erasi – hasil distilasi terhada amonia mentah industrial USA = United State of Am. ; FRG = Federal Rep. Of Germany
24
spe
ermo nam a
# Sintesis Amonia :
1/2 N 2 =-
p
+ 3/2 H2
net a NH3
,
P NH 3 1/ 2
3/ 2
P N 2 P H 2
= NH3 + N2 +H2 = 2 –1-3 = -2 p
T K p
Sehingga : u/ K p perlu P dan T 25
Persen amonia pada saat setimbang u/ ratio N 2/H2 = 1/3 untuk berbagai suhu dan tekanan (Shreve dkk ) 26
(Kirk-Othner dkk + Bakemeier dkk)
r = k1PN (
PH32
)
x
x = 0,5 – 0,75
NH3
sedangkan : T r
27
e
e a ran nert :
Jika x adalah fraksi mol dan P adalah tekanan total maka :
K
atau
x NH 3 P
( x N 2 P)
( x H 2 P) 1/ 2
x NH 3 P K p ( x N 2 P)
N2
( x H 2 P)3 / 2
H2
,
Sehingga : x NH3.P = P NH3 menurun 28
ersen emp.
o amon a saa se m ang (Kirk- Othner) ersen
o
mon a se m ang pa a e anan a m
(oC)
200
300
400
500
400
38,74
47,85
54,87
60,61
,
,
,
,
500
18,86
26,00
32,25
37,79
550
12,82
18,40
23,55
28,31
20% inert 400
25,36
31,44
36,14
40,00
450
17,87
23,49
28,14
32,10
500
12,22
16,92
21,05
24,73
550
8,28
11,92
15,31
18,44 29
aa s • ata s : antung ar p ant proses s ntes s amon a • U/ Konversi yang tinggi butuh tekanan tinggi, temperatur . , sehingga butuh katalis yang baik, yaitu yang bisa memberikan laju tinggi pada temperatur rendah. • Sehingga temperatur dan tekanan operasi juga ditentukan oleh jenis dan keadaan (usia kerja) katalis • on s omers a : empera ur : a as an tekanan : 140 – 250 atm , bagi katalis, sehingga diperlukan unit penukar panas pada reaktor 30
• Kriteria katalis yang diinginkan : * Tidak sensitif terhadap peracunan oleh Oksigen, klorine, , , . * Berumur panjang * Kekuatan mekanik tin i • Katalis yang dapat mengkatalis sintesis amonia dari N 2 dan H2 adalah metal dan metal alloy dari group unsur logam transisi
31
racun bagi katalis ( A. Mittasch dari BASF ) Gol. I II III IV VI VIII
Katalis
Ce, rare earth(RE) Ti, Zr Cr, Mo, W, U n, e Fe, Ni, Co, Ru, Rh ,
Promotor Li, Na, K, Rb, Cs Be, Mg, Ca, Ba, Sr Al, Y, La, Ce, RE Si, Ti, zr, Th , a Cr, Mo, W, U
racun
Cd, Zn B, Ti Sn, Pb, C , s, O, S, Se, Te , , r,
32
Katalis komersial : • Fe yang dipromosikan • Perbandingan penggunaaan katalis : U/ kondisi : P = 100 atm, T = 450 oC, kec. Ruang = 5000 katalis
persen amonia di outlet
Fe
3– 5%
Fe/Al2O3
8– 9%
Fe/K 2O + Al2O3
13- 14 %
33
e e erapa unsur atau o s anya ter a ap keaktifan katalis Fe dalam sintesis amonia (BASF
a.
Positif :
Al, Ba, Be, Ca, Ce, cr, Er, K, La, Li, Mg, Mn, Mo, Na, , , , m, r, a, , , , , , , r b.
Negatif :
s, , c.
, r, ,
,
, , , ,
, ,
, n, e,
, n
Ragu-ragu :
u, o, u,
g, r,
,
s,
, t,
34
Forming
calcining
Melting M e l cr u s t s
Cooling
Crusing (grinding)
F i n s
Screening Oxidized catalyst
Prereducing
Stabilizing
Prereduced formed or crushed catalyst
35
