MAKALAH KIMIA INDUSTRI INDUSTRI PEMBUATAN ASAM SULFAT
OLEH KELOMPOK X 1. JUHAD AMRULLAH
(G1C012017)
2. APRIANA SYAFITRI
(G1C012002)
3. BAIQ RIZKIA M. H.
(G1C012006)
4. LINI SUPIANI
(G1C012020)
5. RABIATUL ADAWIYAH
(G1C012)
PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS MATARAM 2014
KATA PENGANTAR Segala puji senantiasa dipanjatkan kehadirat Allah SWT karena berkat limpahan rahmat dan karunia dari Nya penulisan makalah Kimia Industri tentang Industri Pembuatan Asam Sulfat dapat terselesaikan. Adapun maksud dan tujuan dari penyusunan makalah ini adalah untuk memenuhi kelengkapan tugas pada mata kuliah Kimia Industri dan sekaligus sebagai media diskusi antara mahasiswa dengan dosen dan mahasiswa dengan mahasiswa untuk menunjang proses pembelajaran di kelas. Sehingga diharapkan bahwa penyusunan makalah ini dapat memberikan manfaat yang sebesar-besarnya terhadap komponen tersebut. Dalam makalah ini penulis memberikan informasi mengenai industri pembuatan asam sulfat agar para pembaca dapat mengetahui proses pembuatan asam sulfat pada industri-industri mulai dari pemilihan bahan baku hingga proses pendistribusian ke konsumen. Diharapakan setelah membaca makalah ini pembaca memiliki pengetahuan lebih tentang industri pembuatan asam sulfat, dan produk yang dihasilkan dari industri asam sulfat, sehingga pembaca dapat mengetahui manfaat dan bahaya dari produk yang dihasilkan industri belerang dan asam sulfat. Penulis menyadari bahwa di dalam penyusunannya makalah ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun agar di dalam penyusunan makalah yang berikutnya mampu menutupi kekurangan yang ada.
Matara, Oktober 2014 Penulis,
ii
DAFTAR ISI HALAMAN SAMPUL...................................................................................
i
KATA PENGANTAR......................................................................................
ii
DAFTA ISI.......................................................................................................
iii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang....................................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah...............................................................................
2
1.3 Tujuan Penulisan................................................................................
2
1.4 Manfaat Penulisan..............................................................................
2
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Sejarah Perkembangan Industri Belerang dan Asam Sulfat...............
4
2.2 Bahan Baku Industri Belerang dan Asam Sulfat................................
6
2.3 Proses Industri Belerang dan Asam Sulfat.........................................
10
2.4 Produk dalam Industri Asam Sulfat....................................................
23
2.5 Kapasitas Produk yang Dihasilkan pada Industri Belerang dan Asam Sulfat .............................................................................................. .............................................................................................. 24 2.6 Manfaat dan Bahaya Produk yang Dihasilkan dalam Industri Belerang dan Asam Sulfat .............................................................................................. .............................................................................................. 25 BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan .............................................................................................. .............................................................................................. 28 DAFTA PUSTAKA
iii
iv
BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Belerang atau sulfur adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang S dan nomor atom 16. Belerang ditemukan dalam meteorit. R.W. Wood mengusulkan bahwa terdapat simpanan belerang pada daerah gelap di kawah Aristarchus. Belerang terjadi secara alamiah di sekitar daerah pegunungan dan hutan tropis. Sulfur tersebar di alam sebagai pirit, galena, sinabar, stibnite, gipsum, garam epsom, selestit, barit dan lainlain. Bentuknya adalah non-metal yang tak berasa, tak berbau dan multivalent. Belerang dalam bentuk aslinya, adalah sebuah zat padat kristalin kuning. Di alam belerang dapat ditemukan sebagai unsur murni atau sebagai mineral- mineral sulfide dan sulfate. Ia adalah unsur penting untuk kehidupan dan ditemukan dalam dua asam amino. Penggunaan komersilnya terutama dalam fertilizer namun juga dalam bubuk mesiu, korek api, insektisida dan fungisida. Belerang dikenal masyarakat (khususnya para petani) adalah sejenis bahan untuk digunakan pembasmi tikus. Dengan alat khusus, belerang diubah untuk menjadi asap yang dimasukkan pada lubang-lubang tikus di persawahan, sehingga tikus dibuatnya semaput. Manfaat belerang padahal cukup banyak khususnya untuk dunia industri. Asam sulfat adalah suatu bahan penting untuk berbagai proses produksi, antara lain industri pupuk, bahan kimia maupun untuk analisa labotarorium. Asam sulfat merupakan asam anorganik yang bisa diproduksi secara massal dan dalam kapasitas besar. Pada umumnya setiap pabrik memiliki unit pabrik pengolahan asam sulfat agar mengurangi biaya pembelian bahan baku. Oleh karena itu, agar kita lebih memahami mengenai industri belerang dan asam sulfat, maka makalah ini akan membahas mengenai industri belerang dan asam sulfat.
1.2
Rumusan Masalah Rumusan masalah dari makalah ini adalah sebagai berikut. 1
1. Bagaimana sejarah perkembangan industri belerang dan asam sulfat? 2. Apa karakteristik bahan baku yang digunakan dalam industri belerang dan asam sulfat? 3. Bagaimana proses industri belerang dan asam sulfat? 4. Bagaimanakah karakteristik produk dari industri belerang dan asam sulfat? 5. Berapa kapasitas produk yang dihasilkan pada industri belerang dan asam sulfat di Indonesia? 6. Apa manfaat dan bahaya produk yang dihasilkan industri belerang dan asam sulfat? 1.3
Tujuan Penulisan Tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk: 1. Mengetahui sejarah perkembangan industri belerang dan asam sulfat. 2. Mengetahui karakteristik bahan baku yang digunakan dalam industri belerang dan asam sulfat. 3. Memahami proses industri belerang dan asam sulfat. 4. Mengetahui produk dalam industri dan asam sulfat 5. Mengetahui kapasitas produk yang dihasilkan pada industri belerang dan asam sulfat. 6. Memahami manfaat dan bahaya produk yang dihasilkan dalam industri belerang dan asam sulfat.
1.4
Manfaat Penulisan Manfaat dari penulisan makalah ini adalah dapat: 1. Mengetahui sejarah perkembangan industri belerang dan asam sulfat. 2. Mengetahui karakteristik bahan baku yang digunakan dalam industri belerang dan asam sulfat. 3. Memahami proses industri asam sulfat. 4. Mengetahui produk dalam industri belerang dan asam sulfat 5. Mengetahui kapasitas produk yang dihasilkan pada industri belerang dan asam sulfat. 6. Memahami manfaat produk yang dihasilkan dalam industri belerang dan asam sulfat.
2
BAB II PEMBAHASAN 2.1
Sejarah Perkembangan Industri Belerang dan asam sulfat 1. Belerang Belerang mempunyai sejarah yang tidak kalah tua dari bahan kimia manapun dan telah berkembang dari bahan kuning menjadi suatu bahan yang sangat bermanfaat dalam peradaban modern. Dalam upacaraupacara praperadaban, bahan ini dibakar untuk mengusir roh-roh jahat dan bahkan pada masa itu uapnya sudah digunakan untuk memutihkan kain dan jerami. Selama bertahun-tahun, sebuah perusahaan Perancis memonopoli perdagangan belerang dunia dengan menguasai sumber penting yang terdapat di Sisilia. Mungkin karena harganya sangat tinggi dan mungkin karena di Amerika banyak terdapat pirit, penggunaan belerang unsur di Amerika Serikat sedikit sekali sebelum tahun 1914. Walaupun belerang ditemukan di daerah Teluk Meksiko di Amerika Serikat pada tahun 1869, bahan itu sukar ditambang karena adanya lapisan penutup yang terdiri dari pasir hanyut. Penambangan belerang di Texas dan Louisiana dengan proses Frasch berkembang sejak tahun 1914, sedemikian rupa sehingga kemudian merupakan sumber terbesar bagi pemenuhan kebutuhan dalam negeri Amerika Serikat dan juga masuk ke pasaran dunia. Belakangan ini, sumber utama untuk pembuatan belerang unsur adalah H 2S yang merupakan hasil sampingan dari desulfurisasi gas bumi asam (artinya mengandung belerang) dan minyak bumi asam. Kanada, Perancis, dan Amerika Serikat adalah negara-negara penghasil belerang pulihan yang terbesar. Pada tahun 1980, produksi belerang dunia, dalam segala bentuknya, berjumlah 54,6
x
106 t di antaranya 26,1% diproduksi
dengan cara frasch, 32,2% merupakan hasil pulihan, 5,5% belerang-unsur lainnya, dan 36,2% didapatkan dari sumber-sumber bukan unsur seperti pirit dan gas pabrik logam. 2. Asam Sulfat Asam
sulfat
pertama
kali
ditemukan
di Iran oleh Al-
Razi pada abad ke-9. Pembuatannya melalui pembakaran belerang 3
dengan saltpeter, pertama kali dijelaskan oleh Valentinus pada abad kelima belas. Pada tahun 1746, Roebuck dari Birmingham (Inggris) memperkenalkan proses kamar timbal. Proses yang menarik, namun sekarang sudah kuno. Proses kontak pertama kali ditemukan pada tahun 1831 oleh Phillips, seorang Inggris, yang patennya mencakup aspek – aspek penting dari proses kontak yang modern, yaitu dengan melewatkan campuran sulfur dioksida dan udara melalui katalis, kemudian diikuti oleh absorpsi sulfur trioksida di dalam asam sulfat 98,5 % sampai 99 %. Pada tahun 1889, diketahui bahwa proses kontak dapat ditingkatkan dengan menggunakan oksigen secara berlebihan di dalam campuran gas reaksi. Dalam periode 1900 sampai 1925, banyak pabrik asam kontak yang dibangun dengan menggunakan platina sebagai katalis. Pada tahun 1930, proses kontak ini telah dapat bersaing dengan proses bilik timbal pada segala konsentrasi asam yang dihasilkan. Sejak pertengahan tahun 1920-an, kebanyakan fasilitas yang baru dibangun dengan menggunakan proses kontak dengan katalis vanadium. Berbagai penyempurnaan telah dilakukan, baik terhadap peralatan maupun terhadap katalis. Proses kontak sekarang telah banyak mengalami penyempurnaan dan dewasa ini telah menjadi suatu proses industri yang murah, kontinu dan dikendalikan secara otomatis. Semua pabrik asam sulfat yang baru menggunakan proses kontak. Salah satu kelemahan proses kamar yang menyebabkan orang tidak memakainya lagi adalah karena proses ini hanya mampu menghasilkan asam sulfat dengan konsentrasi sampai 78% saja. Pemekatannya merupakan suatu operasi yang mahal, sehingga pada tahun 1980, hanya tinggal satu pabrik saja yang menggunakan proses kamar yang masih beroperasi di Amerika Serikat. 2.2
Bahan Baku Industri Belerang dan Asam Sulfat Belerang terdapat dalam keadaan unsur bebas ataupun dalam senyawa sulfida Bahan baku utama pembuatan asam sulfat adalah sulfur atau belerang, yang berwarna kuning. Belerang di alam terdapat di kulit bumi meliputi kira-kira 0,1% dari massa kulit bumi. Belerang dalam 4
keadaan unsur bebas terdapat di alam (daerah gunung berapi dan dalam tanah). Dalam bentuk senyawa, belerang terdapat pada bijih-bijih seperti pyrit (FeS2), sfalerit (ZnS), kalkoprit (CuFeS2), galena (PbS), atau pada garam-garam sulfat seperti gips CaSO4, barium sulfat (BaSO4), maupun magnesium sulfat (MgSO4). Sekitar 56% belerang diperoleh dengan penambangan dari sulfur alam, 19% diperoleh dari senyawa-senyawa sulfur seperti pyrite atau batuan sulfida/ sulfat lainnya, dan dari gas buangan industri minyak bumi/ batu bara (H2S, SO2) 25%. Penyebaran penambangan endapan belerang di Indonesia saat ini baru diketahui terdapat dienam propinsi, dengan total cadangan sekitar 5,4 juta. Untuk belerang tipe sublimasi, karena proses terjadinya didasarkan kepada aktivitas gunung berapi, maka selama gunung berapi aktif, belerang tipe ini dapat diproduksi. Dengan demikian sumber daya belerang sublimasi dapat dianggap tidak terbatas. Saat ini belerang termurah dihasilkan dari China dan India. Berikut daerah yang memiliki sumber belerang, antara lain: 1. Jawa barat : Gunung Tangkuban perahu, Danau Putri, Galunggung, Ceremai, Telaga bodas 2. Jawa tengah : Gunung Dieng 3. Jawa timur : Gunung Arjuno, Gunung Welirang, kawah Ijen. 4. Sumatera utara : Gunung Namora 5. Sulawesi utara : Gunung Mahawu, Soputan 6. Maluku : Pulau Damar Dari total jumlah sulfur yang diproduksi tersebut, sekitar 70-85% digunakan untuk pembuatan asam sulfat. Sedangkan asam sulfat banyak digunakan untuk industri pupuk (37%), industri bahan kimia (18%), industri bahan warna (8%), pulp dan kertas (7%), besi baja, serat sintetis, minyak bumi dan lain-lain. pupuk Refining minyak bumi Proses kontak Sulfur alam pyrite
SO2
H2SO4
Asam fosfat Alumunium sulfat
Proses bilik
Rayon dan serat
timbal
Pulp Bahan warna dan lain-lain
Gambar 1. Skema bahan baku dan penggunaan asam sulfat
5
Karakteristik Bahan baku dari Industri Belerang dan Asam Sulfat 1. Karakteristik Bahan Baku Penambangan dan Pembuatan Belerang a. Mineral Sulfida 1. Bijih Pyrit (FeS2) Sistem kristal: isometrik seperti dadu atau kubus (striated) Kekerasan : 6 – 6,5 mohs Berat jenis : 4,95 – 5,10 Warna : emas pucat 2. Sfalerit (ZnS) Sistem Kristal : Kekerasan : Berat Jenis : Warna
isomeristik 3,5 – 4 mohs 4,0
:
biasanya tetapi bisa
hitam berwarna
coklat,
kuning,
kemerahan, hijau, dan putih atau kurang umum berwarna. Sifat
: submetalik
Keberadaan
: Joplin, Missouri, Rosiclare, Illinois, Elmwood, Tennessee,
Amerika
Serikat,
Broken
Hill,
Australia, Italia, Spanyol, Burma, Peru, Maroko, Jerman, dan Inggris. 3. Kalkoprit (CuFeS2) Sistem Kristal : tertragonal Kekerasan
: 3,5 – 4 mohs
Berat Jenis
: 4,2
Warna
: kuning keemasan
Sifat
: logam
Keberadaan
: Chile, Peru, Meksiko, Eropa, dan Afrika Selatan, dan USA.
4. Galena (PbS)
6
Sistem Kristal : isometrik heksoktahedral Kekerasan
: 2,5 – 2,75 mohs
Berat jenis
: 7,58
Warna
: abu – abu timah
Sifat
: semikonduktor
Keberadaan
: Perancis, Romania, Austria, Belgium, Italia, Spanyol, Scotland, Inggris, Australia, Mexico, Gunung Hermon (Israel sebelah utara), Amerika Serikat (lembah Mississippi, di bagian tenggara Missouri dan di Illinois, Iowa dan Wisconsin).
b. Gas Buang Minyak Bumi/ Batu Bara 1. Hidrogen sulfat (H2S) Berat molekul : 34.08 g/mol Auto ignition : 2600 C Titik didih : - 60.20 C Berat jenis : 1.189 g/cm3 Kelarutan : 437 ml/100 ml air pada 0 0C dan 186 ml/100 ml air pada 40 0C Sifat : gas beracun, korosif, dan tidak berwarna 2. Belerang dioksida (SO2) Berat molekul : 64,08 g/mol Titik leleh : 280 C Titik didih : -100 C Kelarutan : sekitar 80 volume gas larut dalam satu volume air Sifat
pada 0oC : berbau tajam, beracun, dan tidak mudah terbakar diudara
2.
Karakteristik Bahan Baku Pembuatan Asam Sulfat Sifat fisik dan kimia: 1. Berat atom 2. Titik leleh
: 32,07 g/mol : 112,8oC (rhombik)
3. Titik didih 4. Kekerasan 5. Ketahanan
119,0oC (monoklin) : 446oC : 1,5 – 2,5 skala Mohs : getas/ mudah hancur (brittle)
7
6. 7. 8. 9.
Pecahan Kilap Gores Nyala lampu
: berbentuk konkoidal dan tidak rata : damar : berwarna putih : biru dan jika dibakar menghasilkan gas SO2 yang
10. Warna 11. Daya hantar 12. Kelarutan
berbau busuk : kuning gelap atau kehitaman : penghantar panas dan listrik yang buruk : tidak larut dalam air (larut dalam CS2, CCl4, minyak bumi, minyak tanah, dan anilin).
2.3
Proses Industri Belerang dan Asam Sulfat 1. Penambangan dan Pembuatan Belerang a) Pengambilan belerang alam dari dalam tanah (Proses Frasch) Sebelum proses Frasch dikembangkan, belerang unsur ditambang dengan cara manual, yaitu belerang dalam bijih dikonsentrasi dengan membakar sebagian belerang itu dalm tumpukan agar sebagian belerang lainnya meleburdan zat cairnya ditarik keluar, kemudian dicetak dalam cetakan. Proses Frasch. Sejak akhir tahun 1890-an, Herman Frasch telah menciptakan cara yang cerdik untuk melebur belerang di bawah tanah atau di bawah laut, untuk kemudian dipompakan ke permukaan.
Gambar 2. Skema Penambangan Belerang Lubang-lubang bor digali sampai ke dasar lapisan yang mengandung belerang dengan menggunakan peralatan pemboran minyak biasa, sampai kedalaman 150 – 750 m. Kemudian suatu sarangan yang terdiri dari tiga pipa dengan diameter berkisar antara 3 cm sampai 20 cm dilewatkan melelui strata yang mengandung
8
belerang
dan berhenti di bagian atas
anhidrat
yang
tidak
mengandungnya, seperti pada gambar. Sebuah pipa 10 cm dimasukkan ke dalam pipa 20 cm, sehingga terbentuk sebuah ruang anulus di antara keduanya yang menjangkau sampai hampir ke dasar batuan yang mengandung belerang, dan duduk pada suatu kalung yang menutup rapat ruang anulus antara pipa 20 cm dan 10 cm tersebut. Sebuah pipa dengan diameter 3 cm dijulurkan di tengah-tengah sampai sedikit di atas kalung. Lubang-lubang dibagian atas digunakan untuk air panas keluar dan lubang dibagian bawah untuk belerang lebur masuk. Untuk mengoperasikan proses Frasch ini, air panas bersuhu 160oC dilewatkan melalui ruang anulus antara pipa 20 cm dan pipa 10 cm. Air itu akan keluar melalui perforasi (lubang-lubang) ke dalam formasi berpori di dasar sumur. Batuan yang mengandung belerang di sekitar sumur, yang dilalui oleh sirkulasi air panas tersebut akan menjadi panas dan suhunya naik sampai di atas titik cair belerang, yaitu kira-kira 115oC. Belerang cair yang lebih berat dari air akan tenggelam dan membentuk suatu kolam di sekitar dasar sumur, kemudian masuk melalui perforasi sebelah bawah, lalu naik ke atas melelui ruang antara pipa 10 cm dan pipa 3 cm. belerang cair itu didorong ke atas oleh tekanan air panas sampai kira-kira separuh ketinggian ke permukaan. Udara bekanan air panas dipompakan melalui pipa 3 cm untuk mengaerasi belerang cair dan menurunkan densitasnya sehingga naik kepermukaan. Sedangkan air ditarik keluar dari formasi itu dengan laju aliran kira-kira sama dengan laju injeksinya, agar tidak terjadi peningkatan tekanan yang dapat menyebabkan pemasukannya terhenti. Setelah sampai dipermukaan, belerang cair itu dialirkan melalui pipa-pipa yang dipanaskan dengan uap ke dalam pemisah (separator), dimana udara dikeluarkan. Belerang itu kemudian dibiarkan memadat di dalam tong-tong penimbunan atau tetap dalam keadan cair di dalm tangki penimbunan yang dipanaskan dengan uap.
9
b) Pengambilan belerang alam dari gunung berapi (Indonesia) Deposit sulfur di gunung berapi dapat berupa batuan, lumpur sedimen atau lumpur sublimasi, kadarnya tidak begitu tinggi (30 – 60%) dan jumlahnya tidak begitu banyak (600 - 1000 juta ton). Untuk pemanfaatan sumber alam ini diperlukan peningkatan kadar sulfur terlebih dahulu, antara lain dengan cara flotasi dan benefication proses. Dalam flotasi dilakukan penambahan air dan frother, sehingga sulfur akan terapung dan dapat dipisahkan. Prinsip kerja dari proses flotasi didasarkan pada perbedaan tegangan permukaan dari mineral di dalam air (aqua) dengan cara mengapungkan mineral ke permukaan. Secara garis besar pemisahan dengan cara flotasi dilakukan dalam 2 tahap, yaitu tahap conditioning dan tahap pengapungan mineral (flotasi). Tahap conditioning bertujuan untuk membuat suatu mineral tertentu bersifat hidrofobik dan mempertahankan mineral lainnya bersifat hidrofilik. Pada tahap conditioning ini, ke dalam pulp dimasukkan beberapa reagen flotasi. Sedangakan tahap flotasi atau aerasi adalah tahap pengaliran udara kedalam pulp secara mekanis baik agitasi maupun injeksi udara.
Dari gambar di atas terlihat bahwa pada proses flotasi mineral yang akan dipisahkan bersama dengan reagen akan menempel pada gelembung udara dan naik ke permukaan, sedangkan sisanya berupa pasir halus dan air yang disebut tailing. Sedangkan dalam benefication proses, sulfur setelah ditambahkan air dan reagenreagen dipanaskan dalam autoklaf selama ½ - ¾ jam pada tekanan 3 atm, sehingga setiap partikel kecil sulfur terkumpul, kemudian dilakukan pencucian dengan air untuk menghilangkan tanah, lalu
10
dipanaskan kembali dalam autoklaf sehingga sulfur terpisah sebagai lapisan sulfur dengan kadar 80 – 90% c) Pengambilan belerang dari gas buang bahan bakar Sulfur dapat diperoleh dari gas buang pembakaran batubara atau pengilangan minyak bumi yang tidak boleh dibuang ke udara karena dapat menimbulkan pencemaran. Pengolahan gas buang untuk memperoleh sulfur ini biasa dilakukan dengan menggunakan proses Claus. Pada proses ini, gas-gas tersebut (H2S) terlebih dahulu diadsorpsi dengan menggunakan etanolamin untuk memisahkannya dari gas-gas lain, yang kemudian akan masuk ke unit Claus. Terdapat dua tahapan pada proses Clause, yaitu thermal step dan catalityc step.
Gambar 4. Skema pengambilan belerang dari gas buang Pada thermal step, sebagian gas H2S akan teroksidasi dengan udara, ini dilakukan dalam tungku reaksi pada suhu tinggi (1000 – 1400oC ). Sehingga sulfur akan terbentuk dan akan dihasilakan pula gas SO2, namun beberapa gas H2S tetap tidak bereaksi. Dengan reaksi sebagai berikut: H2S + 3O2
2SO2 + 2H2O
- 24,89 kcal
Kemudian pada catalityc step, gas H2S yang belum teroksidasi pada thermal step direaksikan dengan SO2 pada suhu yang lebih rendah (sekitar 200 – 350oC) selama katalis untuk memperoleh belerang. Dengan reaksi sebagai berikut: 4H2S + 2SO2
S6 +
4H2O
- 42,24 kcal
Pada tahap kedua dibutuhkan katalis untuk membantu gas H2S bereaksi lebih cepat dengan SO2. Tetapi pada tahap ini tidak semua 11
gas H2S dapat cepat bereaksi sehingga dibutuhkan dua atau tiga tahap katalitik, seperti yang terlihat pada gambar. Setelah melalui kedua tahap tersebut masih ada sejumlah kecil gas H 2S yang masih tertinggal dalam tail gas, dan biasanya dapat ditangani dengan proses unit tail gas, sehingga secara keseluruhan akan didapatkan sekitar 99,8% sulfur. Berikut gambar unit pemulihan belerang proses Claus dalam industri pada pabrik Okotoks.
Gambar 5. Proses Clause dalam industri pada pabrik okotoks d) Pengambilan belerang dari batuan sulfide
Sulfur dapat pula diambil dari batuan sulfida atau sulfat, seperti pyrite FeS2, colcopyrite CuFeS2, covelite CuS, galena PbS, Zn blende ZnS, gips CaSO4, anglesite PbSO4, dan lain-lain. Proses yang dapat digunakan untuk pemulihan belerang unsur dari pyrite adalah proses peleburan-kilat Outokumpu, proses Orkla, dan proses Noranda, tetapi dewasa ini hanya proses Outokumpu yang masih beroperasi secara komersial. Pada proses ini akan dihasilkan gas yang mengandung sulfur dioksida (SO2) cukup tinggi untuk pembuatan asam sulfat. Contoh reaksi utama pengolahan pyrite: FeS2 S2(g) + FeS 2FeS + 3 ½ O2 Fe2O3 + 2SO2 2.
+25,98 kcal -295,02 kcal
Proses Pembuatan Asam Sulfat a. Proses kontak Salah satu cara pembuatan asam sulfat melalui proses industri dengan produk yang cukup besar adalah dengan proses kontak.
12
Prinsip proses kontak adalah reaksi oksidasi gas SO2 dengan oksigen dari udara dengan memakai katalis padat dilanjutkan dengan absorpsi gas SO3 yang dihasilkan untuk membentuk asam sulfat. Reaksi Utama : S(s) + O2(g) SO2(g) -70,9 kcal SO2(g)
+ ½ O2(g)
SO3(g)
-23,0 kcal
Pt merupakan katalis yang mula-mula dipakai karena katalis ini aktif pada suhu di atas 4000C. Reaksinya merupakan reaksi keseimbangan dan ekoterm sehingga digunakan sejumlah konverter adiakat yang dipasang secara seri dan dipasang pendingin di antara masing-masing konverter untuk mendapatkan konversi sampai 95%. Konversi reaksi harus tinggi karena SO2 yang tak bereaksi menimbulkan polusi udara. Proses Kontak dengan Absorpsi Tunggal Bila menggunakan bahan baku seperti bijih sulfida, asam bekas pakai atau lumpur asam, diperlukan pemurnian gas yang cukup ekstensif. Kalor yang dilepas pada waktu reaksi katalitik dimanfaatkan untuk memanaskan gas SO2 di dalam penukar kalor sebelum masuk konversi katalitik. Kalor yang keluar dalam pemanggangan bijih atau dalam pembakaran asam bekas biasanya dipulihkan dalam bentuk uap bertekanan rendah. Bahan yang digunakan pada proses ini adalah belerang dan melalui proses berikut. a. Belerang dibakar di udara, sehingga bereaksi dengan oksigen dan menghasilkan gas belerang dioksida. S(s) + O2
SO2(g)
b. Belerang dioksida direaksikan dengan oksigen dan dihasilkan belerang trioksida. SO2(g) + ½ O2(g)
SO3(g)
Reaksi ini berlangsung lambat, maka dipercepat dengan katalis vanadium pentaoksida (V2O5) pada suhu ± 450 °C. c. SO3 yang dihasilkan, kemudian dipisahkan, dan direaksikan dengan air untuk menghasilkan asam sulfat. 13
SO3(g) + H2O(l)
H2SO4(aq)
d. Reaksi tersebut berlangsung hebat sekali dan menghasilkan asam sulfat yang sangat korosif. Untuk mengatasi hal ini, gas SO3 dialirkan melalui menara yang di dalamnya terdapat aliran H2SO4 pekat, sehingga terbentuk asam pirosulfat (H2S2O7) atau disebut “oleum”. Asam pirosulfat direaksikan dengan air sehingga menghasilkan asam sulfat dengan kadar 98%.
Berikut ini adalah diagram alir pabrik asam sulfat kontak yang menggunakan pembakaran belerang dan absorpsi tunggal.
Gambar 6. Diagram alir proses kontak absorpsi tunggal
Proses Kontak dengan Absorpsi Ganda Proses kontak kemudian mengalami modifikasi secara berangsur-angsur dan menggunakan absorpsi ganda (juga disebut katalis ganda), sehingga hasilnya lebih tinggi dan emisi SO2 yang belum terkonversi dari cerobong asap berkurang. Dalam konfigurasi aliran ini, gas yang keluar dari menara absorpsi pertama dipanaskan lagi melalui pertukaran kalor 14
dengan gas konverter bawah dan masuk kembali dalam tahap akhir konverter itu. Oleh karena itu, kadar sulfur trioksidanya rendah, reaksinya: SO2(g) + ½ O2(g)
SO3(g)
Reaksi dapat berlangsung lebih jauh pada arah yang dihendaki dan pemulihan dapat lebih tinggi dan mencapai 98,5%. Berikut ini adalah diagram alir pabrik asam sulfat kontak yang menggunakan pembakaran belerang dan absorpsi ganda.
Gambar 7. Diagram alir asam sulfat dengan menggunakan absorpsi ganda Berikut adalah jalannya proses dari diagram alir asam sulfat dengan menggunakan absorpsi ganda:
Sulfur Handling Alat utamanya adalah Melter
yang berfungsi untuk melebur
belerang degan pemanas Steam tekanan 7 kgf / cm2 dan temperatur 170 C melalui Coil. Untuk meratakan panas dan mengurangi kotoran maka pada dasar Melter dilengkapi pengaduk sedangkan untuk mengatasi terjadinya asam bebas ditambahkan serbuk kapur.
15
Sulfur cair yang terbentuk selanjutnya dialirkan ke Filter untuk disaring kotorannya dan ditambahkan diatomeceous (bahan precoating) supaya penyaringan dapat baik dan mengcoating dari Filter. Sulfur cair dari Filter ditampung dalam Storage Tank yang dilengkapi dengan Steam Coil (4 kgf / cm2) untuk mempertahankan suhu 130 – 140 C.
Pembuatan Gas SO2 Peralatan utamanya adalah Furnace yang fungsinya membakar sulfur cair dengan udara kering sehingga akan terbentuk SO2 gas.Sulfur cair dari Storage Tank dialirkan secara spray kedalam Sulfur Furnace dengan ditambahkan udara kering dari Drying Tower, dengan persamaan reaksi sebagai berikut : S + O2
SO2 + Energi
Gas panas yang dihasilkan 10,5 % volume SO2 temperatur 1042 ºC dan dimanfaatkan untuk Steam Superheater. Gas keluar dari Steam Superheater temperature menjadi 430ºC .
Pengubah SO2 Peralatan utamanya adalah Converter yang terdiri dari 4 Bed dengan fungsi mengkonversi SO2 menjadi SO3 dengan bantuan katalis Vanadium Pentaoksida, dengan reaksi sebagai berikut : SO2 + ½O2
SO3 + Energi
Konversi yang terjadi pada bed 1 s/d 3 adalah 94% dengan temperature 450 ºC dan didinginkan pada Economizer sampai 220 ºC yang selanjutnya dimasukkan ke dalam menara Absorber. Sisa sisa gas gabungan dari Heat Exchanger masuk Bed 4 dengan temperatur 420 ºC dan terjadi konversi sekitar 99,73 %, dan keluar Bed 4 masuk ke Economizer untuk didinginkan sampai 190 ºC, kemudian masuk menara Absorber .
PengeringanUdara&Penyerapan SO3
16
Udara atmosfer dihisap oleh Air Blower lewat Drying Tower dan air yang terkandung diserap dengan H2SO4 98,5% dan udara kering yang dihasilkan dengan suhu 110 ºC digunakan sebagai udara pembakar pada Sulfur Furnace. Penyerapan gas SO3dari Bed 3 dan 4 dilakukan di Absorber Tower dengan H2SO4 98,5% yang merupakan reaksi eksotermis : SO3 + H2O
H2SO4 + Energi
Asam Sulfat dari Drying Tower dan Absorber Tower ditampung dalam tanki penampung, apabila konsentrasi asam sulfat masih terlalu tinggi maka ditambah air sehingga diperoleh H2SO4 98,5% .
Penyimpanan dan Loading Produk H2SO4 yang dihasilkan disimpan dalam Acid Storage Tank dan selanjutnya akan di transfer ke unit - unit yang memerlukan serta sebagian lagi untuk product loading. Produk H2SO4 memiliki temperatur 45 ºC, konsentrasi 98,5 % berat (min.), kadar H 2O 2,0 % berat (max.), Fe 100 ppm dan SO2 150 ppm .
b. Proses Bilik Timbal Proses bilik timbal yang dikembangkan pada pertengahan kedua abad ke-18, membakar sulfur dalam bejana tanah liat. Sejumlah kecil SO3 yang dihasilkan (bersamaan dengan SO2 yang menjadi produk utamanya) diembunkan dan dimasukan ke dalam air untuk membuat asam sulfat. Suatu penemuan yang tak sengaja mengungkapkan bahwa penambahan natrium nitrat dan kalium nitrat meningkatkan rendemen SO3. Garam-garam ini terurai untuk menghasilkan nitrogen dioksida yang bereaksi dengan SO 2 dan menghasilkan SO3 : SO2(g) + NO2(g)
SO3(g)
+ NO(g)
Pada tahun 1736, Joshua Ward mengambil langkah penting berikutnya dengan mengganti bejana tanah liat tempat sulfur dibakar dengan botol kaca besar yang disusun berseri, untuk mempercepat proses. Pengembangan bilik-timbal (lead chamber) berukuran kamar, yang digunakan pertama kali oleh John Roebuck pada tahun 1746,
17
secara dramatis memperluas manufaktur asam sulfat. Produk dari bejana tanah liat yang kuno itu hanya beberapa gram, dan botol kaca Ward dapat menghasilkan beberapa kilogram. Sebaliknya, biliktimbal dapat memproduk asam sulfat dalam jumlah ratusan pound hingga berton-ton, menurunkan harga produk karena skalanya yang besar serta menurunkan biaya tenaga kerja. Dalam proses biliktimbal, campuran sulfur dan kalium nitrat diletakan dalam cedok (ladle) dan dibakar di dalam bilik besar yang dilapisi timbal, lantainya digenangi dengan air. Gas mengembun pada dinding dan diabsorpsi oleh air. Sesudah proses ini diulang beberapa kali, asam sulfat encer diambil dan dididihkan untuk memekatkannya lebih lanjut. Pengembangan terakhir meliputi penghembusan uap air untuk mempercepat reaksi dengan air dan menyebarkan gas serta memisahkan bilik pembakar dari bilik absorpsi. Joseph Gay Lussac mengambil langkah maju yang nyata pada tahun 1835 ketika ia membangun menara untuk mengambil kembali NO yang sebelumnya telah dihembuskan keluar dan dan mengkonversinya kembali menjadi NO2 melalui reaksi dengan oksigen. Tepatnya, dalam menara Gay Lussac, NO dikonversikan menjadi asam Nitrit (HNO2) yang dilarutkan dalam asam sulfat berair; 2NO(g)
+ ½ O2(g)
+
H2O(l)
2HNO2(aq)
Asam nitrit kemudian direaksikan dalam menara kedua yang diberi nama sesuai dengan pengembangannya, John Glover untuk mengoksidasi sulfur dioksida : 2HNO2(aq) + SO2(g) H2SO4(g) + 2NO(g) Reaksi keseluruhan langkah-langkah ini ternyata : SO2(g) + ½ O2(g) + H2O(l) H2SO4(aq) Pendaur ulangan oksida nitrogen sangat mengurangi konsumsi natrium nitrat atau kalium nitrat, yang hanya sekarang diperlukan untuk menggantikan dalam kehilangan dalam proses. Disamping itu, menara Glover memproduksi asam sulfat yang lebih pekat 75 sampai 85 persen H2SO4 berdasar massa dibandingkan 60 sampai 70 persen
18
yang diperoleh dengan metode terdahulu. Berikut adalah proses mendapatkan asam sulfat dengan cara bilik timbal.
Gambar 8. Proses Bilik Timbal
c.
Proses Pemekatan Asam Sulfat Asam encer dapat dipekatkan menjadi asam dengan konsentrasi yang agak lebih tinggi dengan mencelupkan gelungan uap pemanas yang terbuat dari timbal, di dalam tangki timbal atau tangki yang berlapis timbal dan bata. Berdasarkan gambar konsentrator dengan tiupan uap seperti gambar dibawah ini. Gas panas pada suhu sekitar 680 oC diperoleh dari pembakaran minyak atau gas bahan bakar. Gas pembakaran yang panas ini ditiupkan dari arah yang berlawanan terhadap asam sulfat itu di dalam kompartemen pada drum pemekat dan air keluar bersama gelembung-gelembung gas dari asam. Gas keluar paada suhu 230oC sampai 250oC dari kompartemen pertama drum itu, 19
masuk ke dalam kompartemen kedua, bersama dengan sebagaian gas panas dari tanur pembakaran. Kemudian gas yang dihasilkan ini akan keluar pada suhu 170oC sampai 180oC, dan masuk ke dalam drum pendingin gas, dimana gas tersebut didinginkan lagi menjadi 100oC sampai 125oC sambil menaikkans uhu asam encer ke titik didihnya. Oleh karena sebagian asam sulfat itu terbawa ikut sebagai kabut, gas panas dilewatkan melalui pembasuh venture dan separator siklon, kemudian dicuci dengan asam umpan dan air untuk menyingkirkan kabut asam, sebelum dibuang ke udara. Cara ini dapat menurunkan kabut asam sampai sekitar 35 mg/m3 dengan biaya investor yang lebih rendah dari pada bila menggunakan prisipitator-kabut elektrostatik. Prosedur ini akan menghasilkan asam dengan konsentrasi akhir 93%.
Gambar 9. Proses Pemekatan asam sulfat 2.4
Produk dalam Industri Asam Sulfat Produk asam sulfat yang dihasilkan oleh PT. Dunia Kimia Utama memiliki konsentrasi 98,5%. Sifat fisik asam sulfat yang dihasilkan yaitu: No.
Parameter
Sifat Fisik Produk
20
1.
Bentuk
Cairan
2.
Warna
Jernih
3.
Bau
Menyengat
4.
Titik Didih
340oC
5. Titik Leleh 10,49oC Sedangkan sifat kimia asam sulfat yang dihasilkan yaitu: No. Parameter 1. Rumus Molekul
Sifat Kimia Produk H2SO4
2.
BM
98,08 gr/mol
3.
Densitas
1,84 g/cm3
4.
Spgr
1,834
5.
Kelarutan
Larut dalam air dengan semua perbandingan
6.
Viskositas
26,7 cP (20 °C)
Perbandingan produksi dengan menggunakan proses kontak dengan proses bilik timbal. No 1 2 3 4
Karakteristik Tekanan Suhu Konversi
Proses Kontak Proses Bilik Timbal 1 atm 450-5000C 400-6000C Mencapai 99,5% (dari Konversi mencapai
Harga
SO2 menjadi SO3) 78% Rendah, karena dalam Tinggi, karena dengan satu
5 2.5
Katalis
kali
proses kondisi yang hampir
meningkatkan
sama
hanya
bisa
konsentrasi asam.
menghasilkan
V2O5
konversi yang rendah. NO2
Kapasitas Produk yang dihasilkan pada Industri Belerang dan Asam Sulfat 1. Kapasitas Produksi Asam Sulfat di Dunia 1970
1980
1990
Dunia
250,9
430,9
614,5
Amerika Serikat
92,7
152,7
189,1
Eropa
99,1
170,9
200,0
21
Jepang
20,9
27,3
36,4
Kanada
10,0
15,5
22,7
Meksiko
6,8
8,9
5,6
Afrika Utara
4,0
18,6
53+
Brazil
2,3
7,1
16+
Sumber : Monsanto Enviro-Chem 2. Kapasitas Produksi Asam Sulfat di Indonesia Sekarang ini ada 7 pabrik asam sulfat, diantaranya ada yang merupakan unit terpadu dengan pabrik-pabrik pupuk yang sudah ada, rayon, dan detergen. Dengan adanya pabrik-pabrik baru, maka kapasitas sebesar 253.000 ton/tahun pada tahun1983 akan meningkat menjadi 841.000 ton/tahun pada tahun 1988. Jumlah kebutuhan pada tahun 1983/1984 238.000 ton dan pada tahun 1988 diperlukan 800.000 ton. Pemakai dan penghasil terbesar adalah PT. Petrokimia Gresik yaitu 170.000 ton/tahun untuk unit pupuk ZA((NH4)2SO4)) dan akan dipoles menjadi 698.000 ton/tahun dengan mulai beroperasinya unit asam phosport. 2.6
Manfaat Dan Bahaya Produk yang dihasilkan dalam Industri Belerang dan Asam Sulfat Manfaat produk yang dihasilkan, yaitu : 1. Belerang Khasiat belerang bagi tubuh manusia, antara lain: Mengobati dari luka bekas gigitan binatang berbisa Obat gatal-gatal pada kulit Menghilangkan panu/kurap yang menghiasi kulit. Selain berkhasiat bagi tubuh manusia, lebih dari 90% belerang yang digunakan dikonversi menjadi asam sulfat, tetapi penggunaan di industri pun banyak. Di antaranya adalah pembuatan pulp kertas, karbon
disulfida, insektisida,
fungisida, bahan
pemutih,
karet
vulkanisasi, detergen, produk farmasi dan zat warna. 2.
Asam Sulfat Kegunaan asam sulfat adalah untuk pembuatan aluminium sulfat. Alumunium sulfat dapat bereaksi dengan sejumlah kecil sabun pada serat pulp kertas untuk menghasilkan aluminium karboksilat yang 22
membantu mengentalkan serat pulp menjadi permukaan kertas yang keras. Aluminium sulfat juga digunakan untuk membuat aluminium hidroksida. Asam sulfat juga memiliki berbagai kegunaan di industri kimia. Sebagai contoh, asam sulfat merupakan katalis asam yang umumnya digunakan untuk mengubah sikloheksanonoksim menjadi kaprolaktam, yang digunakan untuk membuat nilon. Ia juga digunakan untuk membuat asam klorida dari garam melalui proses Mannheim. Banyak H2SO4 digunakan dalam pengilangan minyak bumi, contohnya sebagai katalis untuk reaksi isobutana dengan isobutilena yang menghasilkan isooktana. Bahaya dari produk yang dihasilkan, yaitu : 1. Belerang Efek dari gas belerang terhadap manusia sangatlah bervariasi. Dimana dengan konsentrasi rendah pada 1 ppm yang telah dihirup manusia akan mengalami pengurangan fungsi paru-paru. Bila kedapatan selama 20 menit mencapai konsentrasi 8 ppm akan memerahkan tenggorokan, gangguan pada hidung, dan iritasi pada tenggorokan. Sekitar 20 ppm merupakan titik kritis dari iritasi konsentrasi SO2. Pada beberapa kasus dimana terdapat konsentrasi SO 2 yang sangat tinggi pada ruangan tertutup, dapat mengakibatkan gangguan saluran udara, hypoxemia (kekurangan oksigen pada darah), dan kematian dalam hitungan menit. 2. Asam Sulfat Asam sulfat dianggap
tidak
beracun
selain
bahaya
korosifnya. Resiko utama asam sulfat adalah kontak dengan kulit yang menyebabkan luka bakar dan penghirupan aerosol asap. Paparan dengan aerosol asam pada konsentrasi tinggi akan menyebabkan iritasi mata, saluran pernafasan, dan membran mukosa yang parah. Iritasi akan mereda dengan cepat setelah paparan, walaupun terdapat risiko edema paru apabila kerusakan jaringan lebih parah. Pada konsentrasi rendah, simtom-simtom akibat paparan kronis aerosol asam sulfat yang paling umumnya dilaporkan adalah pengikisan gigi. 23
24
BAB III PENUTUP 3.1
Kesimpulan Adapun kesimpulan yang diperoleh mengenai Industri Belerang dan asam sulfat antara lain sebagai berikut. 1. Belerang merupakan salah satu bahan dasar yang paling penting dalam 2. 3.
industri pengolahan kimia. Bahan baku yang digunakan dalam industri asam sulfat adalah belerang. Proses industri asam sulfat terdiri dari proses kontak (absorpsi tunggal
4.
dan ganda) dan proses bilik timbal. PT. Dunia Kimia Utama yang terletak di Palembang menggunakan
5.
proses kontak. Proses kontak dan bilik timbal memakai bahan dasar SO2 dari
6.
pembakaran belerang. Asam sulfat dianggap tidak beracun selain bahaya korosifnya. Resiko utama asam sulfat adalah kontak dengan kulit yang menyebabkan luka
7.
bakar dan penghirupan aerosol asap. Kegunaan asam sulfat adalah untuk pembuatan aluminium sulfat.
25
DAFTAR PUSTAKA
Austin, George T. 1996. Industri Proses Kimia Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta : Erlangga. Diawati, Chansyanah. 2010. Diktat Kimia Industri. Bandar Lampung : Universitas Lampung. Laporan Kerja Praktek Petrokimia Gresik Jurusan Teknik Kimia ITS dengan bahasa yg disederhanakan dan kata yg diringkas. Oxtoby, David W. 2003. Kimia Modern Edisi Keempat Jilid 2. Jakarta : Erlangga.
26
