MAKALAH TEKNIK PENGOLAHAN LIMBAH “LIMBAH INDUSTRI PUPUK UREA”
Disusun oleh : Dian Ratnasari (12.01.4017) Farid Fanani (12.01.4023) Tutut Nurma Sari (12.01.4037) Teknik Kimia
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA POLITEKNIK LPP YOGYAKART2014-2015
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL............................................................................................... i BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .................................................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah ............................................................................................. 3 1.3 Tujuan ............................................................................................................... 3 BAB II PEMBAHASAN 2.1 Proses pembuatan pupuk ................................................................................... 4 2.2 Unit pengeluaran limbah ................................................................................... 7 2.3 Efek limbah terhadap lingkungan ..................................................................... 8 2.4 Cara menangani limbah pabrik pupuk .............................................................. 8 2.5 Efek gas amoniak terhadap manusia dan lingkungan ....................................... 9 2.6 Cara penanggulangan limbah udara .................................................................. 9 BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan ....................................................................................................... 15 3.2 Saran .................................................................................................................. 15 Daftar Pustaka Lampiran
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Sekitar 90% urea industri digunakan sebagai pupuk kimia. Urea dalam bentuk butiran curah (prill) digunakan dalam pertanian sebagai pupuk kimia pemasok unsur nitrogen. Di tanah, urea akan terhidrolisis dan melepaskan ion amonium. Kandungan N pada urea adalah 46%, tetapi yang tergunakan oleh tanaman biasanya separuhnya. Karena penting dalam pembangunan pertanian, pupuk urea seringkali disubsidi oleh pemerintah suatu negara, termasuk Indonesia. Di pasaran Indonesia, pupuk urea dipasarkan dalam dua bentuk: bersubsidi (berwarna merah muda, digunakan untuk bantuan pembangunan) dan tidak bersubsidi (berwarna putih, untuk dipasarkan secara komersial). Pupuk urea dihasilkan sebagai produk samping pengolahan gas alam atau pembakaran batu bara. Karbon dioksida yang dihasilkan dari kegiatan industri tersebut lalu dicampur dengan amonia melalui proses Bosch-Meiser. Dalam suhu rendah, amonia cair dicampur dengan es kering (karbondioksida) menghasilkan amonium karbamat. Selanjutnya, amonium karbamat dicampur dengan air ditambah energi untuk menghasilkan urea dan air Limbah adalah buangan yang dihasilkan dari suatu proses produksi baik industri maupun domestik (rumah tangga). Di mana masyarakat bermukim, di sanalah berbagai jenis limbah akan dihasilkan. Ada sampah, ada air kakus (black water), dan ada air buangan dari berbagai aktivitas domestik lainnya (grey water). Limbah padat lebih dikenal sebagai sampah, yang seringkali tidak dikehendaki kehadirannya karena tidak memiliki nilai ekonomis. Bila ditinjau secara kimiawi, limbah ini terdiri dari bahan kimia Senyawa organik dan Senyawa anorganik. Dengan konsentrasi dan kuantitas tertentu, kehadiran limbah dapat berdampak negatif terhadap lingkungan terutama bagi kesehatan manusia, sehingga perlu 1
dilakukan penanganan terhadap limbah. Tingkat bahaya keracunan yang ditimbulkan oleh limbah tergantung pada jenis dan karakteristik limbah. Berdasarkan karakteristiknya limbah industri dapat dibagi menjadi empat bagian, yaitu: a. Limbah cair biasanya dikenal sebagai entitas pencemar air. Komponen pencemaran air pada umumnya terdiri dari bahan buangan padat, bahan buangan organik dan bahan buangan anorganik b. Limbah padat c. Limbah gas dan partikel Proses Pencemaran Udara Semua spesies kimia yang dimasukkan atau masuk ke atmosfer yang “bersih” disebut kontaminan. Kontaminan pada konsentrasi yang cukup tinggi dapat mengakibatkan efek negatif terhadap penerima (receptor), bila ini terjadi, kontaminan disebut cemaran (pollutant).Cemaran udara diklasifihasikan menjadi 2 kategori menurut cara cemaran masuk atau dimasukkan ke atmosfer yaitu: cemaran primer dan cemaran sekunder. Cemaran primer adalah cemaran yang diemisikan secara langsung dari sumber cemaran. Cemaran sekunder adalah cemaran yang terbentuk oleh proses kimia di atmosfer. Sumber cemaran dari aktivitas manusia (antropogenik) adalah setiap kendaraan bermotor, fasilitas, pabrik, instalasi atau aktivitas yang mengemisikan cemaran udara primer ke atmosfer. Ada 2 kategori sumber antropogenik yaitu: sumber tetap (stationery source) seperti: pembangkit energi listrik dengan bakar fosil, pabrik, rumah tangga, jasa, dan lain-lain dan sumber bergerak (mobile source) seperti: truk, bus, pesawat terbang, dan kereta api. Lima cemaran primer yang secara total memberikan sumbangan lebih dari 90% pencemaran udara global adalah: a. Karbon monoksida (CO), b. Nitrogen oksida (Nox), c. Hidrokarbon (HC), d. Sulfur oksida (SOx) 2
e. Partikulat. Selain cemaran primer terdapat cemaran sekunder yaitu cemaran yang memberikan dampak sekunder terhadap komponen lingkungan ataupun cemaran yang dihasilkan akibat transformasi cemaran primer menjadi bentuk cemaran yang berbeda. Ada beberapa cemaran sekunder yang dapat mengakibatkan dampak penting baik lokal,regional maupun global yaitu: a. CO2 (karbon monoksida), b. Cemaran asbut (asap kabut) atau smog (smoke fog), c. Hujan asam, d. CFC (Chloro-Fluoro-Carbon/Freon), e. CH4 (metana).
1.2. Rumusan Masalah Untuk membatasi penguraian pembahasan, maka penyusun membuat batasan makalah 1. Bagaimana proses pembuatan pupuk urea? 2. Dimanakah unit pengeluaran limbah? 3. Apakah efek limbah terhadap lingkungan? 4. Apakah efek gas amoniak terhadap manusia dan lingkungan? 5. Bgaimana Cara penangulangan limbah udara?
1.3. Tujuan Tujuan penulisan makalah ini adalah untuk mengetahui cara penanggulangan limbah udara pada pabrik pupuk urea.
3
BAB II PEMBAHASAN 2.1. Proses pembuatan pupuk urea Urea adalah pupuk buatan hasil persenyawaan amoniak (NH3) dengan karbondioksida (CO2) dan bahan dasarnya biasanya dari gas alam. Kandungan Nitrogen total berkisar antara 45-46%. Urea mempunyai sifat higroskopis dan pada kelembaban udara 73% urea akan menarik uap air dari udara. Keuntungan menggunakan pupuk urea adalah mudah diserap oleh tanaman. Selain itu, kandungan nitrogen yang tinggi pada urea sangat dibutuhkan pada pertumbuhan awal tanaman. Kekurangannya adalah apabila diberikan kedalam tanah yang miskin hara, urea akan berubah ke wujud awalnya yaitu amoniak (NH3) dan karbondioksida (CO2) yang mudah menguap. Fungsi nitrogen bagi tanaman adalah meningkatkan pertumbuhan tanaman, membuat daun tanaman menjadi lebar dengan warna yang lebih hijau, meningkatkan kadar protein dalam tubuh tanaman,
meningkatkan
kualitas
tanaman
penghasil
daun-daunan,
dan
meningkatkan perkembangbiakan mikroorganisme di dalam tanah. Prinsip pembuatan urea Sintesaurea berlangsung dalam dua bagian, selama bagian reaksi pertama berlangsung dari amoniak dan karbon dioksida akan terbentuk ammonium karbamat. Reaksi ini bersifat eksoterem. 2NH3(g) + CO2(g) NH2COONH4(s)
∆H = -159,7 Kj
Pada bagian kedua dari ammonium karbamat terbentuk urea dan air. Reaksi ini bersifat endoterm. NH2COONH4(s) NH2CONH2(aq)
∆H = 41,43 Kj
Sintesa dapat ditulis menurut persamaan reaksi sebagai berikut
4
2NH3(g) + CO2(g) NH2CONH2(aq) + H2O(i)
∆H = -188,27 kJ
Skema pembuatan pupuk urea
1) Sintesa Unit Unit ini merupakan bagian terpenting dari pabrik urea untuk mensintesa dengan mereaksikan NH3 cair dan gas CO2 di dalam urea reactor dan ke dalam reaktor ini dimasukkan juga larutan recycle carbonat yang berasal dari bagian recovery. Tekanan operasi proses sintesa adalah 175 kg/cm2. Hasil sintesa urea dikirim ke bagian purifikasi untuk dipisahkan ammonium karbamat dan kelebihan amonianya setelah dilakukan stripping oleh CO2.
2) Dekomposisi Unit Ammonium karbamat yang tidak terkonversi dan kelebihan amoniak di unit sintesa diuraikan dan dipisahkan dengan cara penurunan tekanan dan pemanasan dengan 2 langkah penurunan tekanan, yaitu pada 17 kg/cm2 dan
5
22,2 kg/cm2. Hasil penguraian berupa gas CO2 dan NH3 dikirm ke bagian recovery sedangkan larutan urea dikirim ke bagian kristaliser. 3) Konsentrasi Unit Larutan urea dari unit purifikasi dikristalkan di bagian ini secara vakum kemudian kristal urea dipisahkan di pemutar sentrifugal. Panas yang diperlukan untuk menguapkan air diambil dari panas sensibel larutan urea maupun panas kristalisasi urea dan panas yang diambil dari sirkulasi urea slurry ke HP absorber dari recovery.
4) Prilling Granulation Unit Kristal urea kluaran pemutar sentrifugal dikeringkan sampai menjadi 99,8% dari berat dengan udara panas kemudian dikirmkan ke bagian atas prilling tower untuk dilelelehkan dan didistribusikan merata ke distributor, dan dari distributor dijatuhkan ke bawah sambil didinginkan oleh udara dari bawah dan menghasilkan produk urea butiran (prill). Produk urea dikirim ke bulk storage dengan belt conveyor.
5) Recovery Unit Gas amoniak dan gas karbon dioksida yang dipisahkan di bagian purifikasi diambil kembali dengan 2 langkah absorbsi dengan menggunakan mother liquor sebagai absorben kemudian di recycle kembali ke bagian sintesa.
6) Waste Water Treatment Unit Uap air yang menguap dan terpisahkan di bagian kristaliser didinginkan dan dikondensasikan. Sejumlah kecil urea, NH3 dan CO2 kemudian diolah dan dipisahkan di stripper dan hidroliser. Gas CO2 dan gas NH3 dikirim kembali ke bagian purifikasi untuk direcover sedang air kondenatnya di kiirm ke utilitas.
6
2.2. Unit pengeluaran limbah 1) Limbah Cair Limbah cair mengandung amoniak dan urea berasal dari pabrik amoniak dan pabrik urea Limbah cair mengandung minyak berasal dari compressor dan pompa Limbah cair mengandung asam/basa berasal dari unit Demineralisasi Limbah Cair mengandung Lumpur berasal dari pengolahan air Limbah Sanitasi mengandung suspended solid, BOD dan Koliform
2) Limbah Gas dan Kebisingan Limbah gas buang / stack gas berasal dari emisi boiler-boiler dan reformer dari pabrik utilitas dan pabrik amoniak. Diatasi dedngan pengoperasian boiler sesuai SOP dan pembakaran gas alam dengan oksigen berlebih Emis gas NH3 dan debu urea berasal dari bagian atas menara pembutir. Diatasi dengan pengendalian urea dust separator system wet scrubber dan penggantian filter secara kontinyu Limbah gas buang (Purge gas) yang berasal dari daur sintesa pabrik amoniak diatas dengan memasang Unit Hydrogen Recovery untuk memisahkan NH3 dan H2 Sumber kebisingan yang berasal dari pabrik utilitas, pabrik amoniak dan pabrik urea diatasi dengan keharusan setian pekerja memakai alat penyumbat telinga
3) Limbah Padat Limbah katalis bekas berasal dari pabrik amoniak yang mengandung oksida-oksida dari : Ni, Zn, Cu, Fe, Mo, Co. Diatasi dengan penyimpanan sementara ditempat yang aman kemudian dijual kembali.
7
Limbah Debu urea berasal dari unit pengantongan. Diatasi dengan pemasangan peralatan dust collector, dehumidifier dan exhaust fan, urea dust dan waste dilarutkan kembali kemudian direcycle.
2.3. Efek limbah terhadap lingkungan Limbah B3 (Bahan Berbahaya dan Beracun) limbah ini sangat berbahaya bagi lingkungan dan juga manusia. Yang termasuk limbah B3 antara lain adalah bahan baku yang berbahaya dan beracun yang tidak digunakan lagi karena rusak, sisa kemasan, tumpahan, sisa proses, dan oli bekas yang memerlukan penanganan dan pengolahan khusus. Bahan-bahan ini termasuk limbah B3 bila memiliki salah satu atau lebih karakteristik berikut: mudah meledak, mudah terbakar, bersifat reaktif, beracun, menyebabkan infeksi, bersifat korosif, dan lain-lain, yang bila diuji dengan toksikologi dapat diketahui termasuk limbah B3. Limbah Cair berdampak pada ekosistem sungai apabila pembuangan limbah cair tidak ditangani dahulu sebelum dikembalikan ke sungai. Limbah Udara yang dihasilkan adalah gas amoniak dan gas CO2. CO2 berakibat merusak ozon dan gas amoniak menyebabkan hujan asam.
2.4. Cara menangani limbah pabrik pupuk a. Limbah gas yang berpotensi menjadi polusi udara adalah uap asam amoniak (NH3). Limbah gas ini dihasilkan oleh menara pembutir dan sintesa pabrik amoniak. Pada pabrik pupuk gas amoniak dapat di olah kembali dan menjadi bahan baku lagi ketika sudah di tanggulangi dengan Pure Gas Recovery. Pure Gas Recovery merupakan unit pengolah gas buang dari pabrik amoniak. Dalam pabrik pupuk juga terdapat beberapa pabrik dan salah satunya adalah pabrik amonik yang berfungsi untuk menghasilkan amoniak yang digunakan sebagai bahan baku pupuk. Untuk emisi gas NH3 dan debu yang dihasilkan oleh menara pembulir akan ditanggulangi dengan dust separator system wet scrubber. 8
b. Limbah cair dari proses yang didapat di bawa ke hidrolizer untuk dipisahkan air dan off gasnya c. Limbah cair sarana pembantu proses yang juga didapat diolah menggunakan bak pengendapan yang akan meisahkan air dan lumpurnya d. Limbah B3 diproses oleh pihak ke tiga yang berwenang menanganinya
2.5. Efek gas amoniak terhadap manusia dan lingkungan Uap asam amoniak jika tidak ditanggulangi maka dapat menyebabkan radang saluran pernafasan. Efek Jangka Pendek (Akut) apabila menghirup gas amoniak adalah
Iritasi terhadap saluran pernapasan, hidung, tenggorokan dan bisa
menimbulkan kematian. Kontak dengan mata dapat menimbulkan iritasi hingga kebutaan total. Kontak dengan kulit dapat menyebabkan luka bakar (frostbite). Efek Jangka Panjang (Kronis) adalah Menghirup uap asam pada jangka panjang mengakibatkan iritasi pada hidung, tenggorokan dan paru-paru. Termasuk bahan teratogenik.
2.6. Cara penanggulangan limbah udara a. Dust Separator System Wet Scrubber Untuk menagani limbah debu urea berasal dari bagian atas menara pembutir diatasi dengan pengendalian urea dust separator system wet scrubber
9
Wet scrubber adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk mengontrol polusi udara dan memindahkan beberapa partikel berbahaya atau gas dari sistem pembuangan industri. Wetsrubber digunakan karena untuk menghilangkan bahan yang tidak diinginkan dari aliran gasi. Yang paling umum cairan yang digunakan untuk melakukan hal ini adalah air. Gas buang yang disebabkan oleh pembakaran mungkin mengandung bahan-bahan yang berbahaya bagi lingkungan, tetapi wet scrubber akan membersihkan gas buang atau partikel debu dan polutan lainnya dalam berbagai gas. Gas buang, seperti hidrogen klorida atau amonia dapat dihapus oleh wet scrubber. Hal ini sangat penting bahwa scrubber basah dibersihkan secara menyeluruh setelah digunakan karena mereka dapat menularkan bakteri. Wet scrubber membuang polutan partikel dari arus gas dengan menangkap partikel tersebut dalam tetesan/butiran liquid atau lapisan
10
scrubbing liquid (biasanya air) lalu memisahkan tetesan air tersebut dari arus gas. Beberapa variabel proses mempengaruhi penangkapan partikel; variabel tersebut adalah ukuran partikel, ukuran droplet liquid, dan kecepatan relatif partikel dengan droplet liquid, dengan ukuran polutan partikel menjadi parameter yang paling. Secara umum, partikel yang lebih besar lebih mudah untuk ditangkap daripada yang lebih kecil. Kunci dari penangkapan partikel yang efektif pada wet scrubber adalah dengan menciptakan kabut atau droplet kecil yang bertindak sebagai target pengumpul : biasanya, makin kecil droplet dan makin banyak droplet yang tercipta, makin baik kemampuan untuk menangkap partikel berukuran kecil. Penangkapan partikel secara umum meningkat seiring dengan tingginya energi sistem yang digunakan karena energi dibutuhkan untuk memproduksi kabut droplet air. Kecepatan relatif yang tinggi antara partikel dan droplet liquid (partikel bergerak cepat terhadap droplet liquid) juga mendukung pengumpulan partikel. Untuk pengumpulan atau pembuangan polutan gas, polutan tersebut harus mudah terlarut dalam liquid yang dipilih. Sebagai tambahan, sistem harus didesain sedemikian rupa agar dapat menyediakan pencampuran yang baik antara fase gas dan liquid, dan waktu yang cukup (residence time) untuk polutan gas dapat larut. Pertimbangan lain yang cukup penting untuk kedua jenis pengumpulan polutan adalah jumlah liquid yang digunakan atau diinjeksikan ke dalam scrubber pervolume gas yang dihasilkan (disebut juga sebagai liquid-to-gas ratio) dan pembuangan tetesan air yang terbawa dalam gas. liquid-to-gas ratio sangat pentinguntuk menjamin jumlah liquid agar cukup untuk pembuangan polutan yang efektif.
b. Menara Absorben Gas amoniak dan gas karbon dioksida yang dipisahkan di bagian purifikasi diambil kembali dengan 2 langkah absorbsi dengan menggunakan mother liquor sebagai absorben kemudian di recycle kembali ke bagian 11
sintesa. Mother Liquor (cairan induk) adalah cairan induk yang dipakai sebagai absorben (cairan pembersih atau recovery liquor) pada proses absorbsi. Mother Liquor berasal dari unit kristalisasi yang kaya ammonium karbamat. Absorbsi adalah operasi pemisahan solute dari fase gas ke fase cair yaitu dengan mengontakan gas yang berisi solute dengan pelarut cair (absorben) yang tidak menguap. Menara absorpsi adalah suatu menara atau tabung tempat terjadinya proses pengabsorbsi (penyerapan/ penggumpalan) dari zat yang dilewatkan di menara atau tabung tersebut. Struktur yang dapat pada menara absorber dibagi menjadi tiga bagian yaitu; 1. Bagian atas, spray untuk mengubah gas input menjadi fase cair 2. Bagian tengah, packed tower untuk memperluas permukaan sentuh sehingga mudah untuk di absorbs 3. Bagian bawah, input gas sebagai tempat masuknya gas ke dalam reactor.
12
Keterangan a. Input gas b. Gas keluaran c. Pelarut d. Hasil absorbs e. Disperser f. Packed column Prinsip kerja menara absorber Menara absorber adalah sebuah menara dimana ada zat yang berbeda fase mengalir berlawanan arah yang dapat menyebabkan komponen kimia ditransfer dari satu fase cairan ke fase lainnya, terjadi hampir pada setiap
13
reactor kimia. Proses ini dapat berupa absorbsi gas, destilasi, pelarutan yang terjadi pada semua reaksi kimia. Campuran gas yang merupakan keluarkan dari reactor diumpankan ke bawah menara absorber. Didalam absorber terjadi kontak antar dua fasa yaitu fasa gas dan fasa cair, mengakibatkan perpindahan masa diffusional dalam umpan gas dari bawah menara ke dalam pelarut air sprayer yang diumpankan dari bagian atas menara. Peristiwa absorbs ini terjadi pada sebuah kolom yang berisi packing dengan dua tingkat. Keluaran dari absorber pada tingkat satu mengandung larutan dari gas yang dimasukan tadi.
14
BAB III PENUTUP 3.1. Kesimpulan Pabrik pupuk menghasilkan limbah padat, cair, gas dan limbah B3. Limbahlimbah ini harus ditanggulangi karena akan berakibat buruk terhadap manusia dan lingkungan. Untuk menanggulangi limbah gas yang dihasilkan maka diguanakan dust separator system wet scrubber dan menara absorber yang berguna untuk menyerap NH3.
3.2.Saran Sebaiknya dalam menangani limbah harus benar-benar serius karena limbah yang dihasilkan dari industry benar-benar serius, karena efeknya sangat berbahaya untuk manusia dan lingkungan. Baku mutu limbahpun harus diperjelas agar setiap pabrik industry dapat menaatinya dan juga harus selalu diadakan pengawasan.
15
DAFTAR PUSTAKA
1. http://www.chasmtech.in/wetscrubber.php 2. http://en.wikipedia.org/wiki/Dust_collector#Wet_scrubbers 3. http://workshop20.blogspot.com/2012/01/wet-scrubbers.html 4. id.wikipedia.org/wiki/pupuk_urea 5. id.wikipedia.org/wiki/limbah
