KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat rahmat dan hidayah-Nyalah sehingga makalah mengenai Industri Asam Sulfat dapat terselesaikan dengan baik dan tepat waktu. Makalah ini dibuat dengan mengambil berbagai referensi. Penyusun mengakui bahwa makalah ini masih jauh dari kesempurnaan maka dari itu penyusun sangat mengharapkan kritik dan saran dari para pembaca demi kesempurnaan makalah ini di masa yang akan datang. Atas perhatiannya penyusun mengucapkan terima kasih kepada para pembaca. Semoga makalah ini dapat bermanfaat. Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
(Penyusun)
ii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ............................................................................................ ii DAFTAR ISI .......................................................................................................... iii BAB I ...................................................................................................................... 1 PENDAHULUAN .................................................................................................. 1 A. LATAR BELAKANG ................................................................................. 1 B. RUMUSAN MASALAH ............................................................................. 2 C. TUJUAN ...................................................................................................... 2 BAB II ..................................................................................................................... 3 PEMBAHASAN ..................................................................................................... 3 A. ASAM SULFAT .......................................................................................... 3 B. BAHAN BAKU INDUSTRI ASAM SULFAT........................................... 4 C. PROSES PEMBUATAN ASAM SULFAT ................................................ 5 D. URAIAN PROSES ...................................................................................... 9 BAB III ................................................................................................................. 12 PENUTUP............................................................................................................. 12 A. KESIMPULAN .......................................................................................... 12 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 13
iii
BAB I PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG
Sulfonasi adalah reaksi kimia yang melibatkan penggabungan gugus asam sulfonat, -SO3H, ke dalam suatu molekul ataupun ion. Pada saat penambahan anilin ke dalam asam sulfat terjadi reaksi sulfonasi yaitu suatu reaksi substitusi yang mensubstitusikan atom hidrogen dengan gugus asam sulfonat (SO3H) pada molekul organik melalui ikatan kimia pada atom karbonnya. Asam sulfat merupakan bahan kimia yang banyak digunakan sebagai bahan baku dan bahan penolong dalam berbagai industri. Bahan baku utama pembuatan asam sulfat adalah sulfur atau belerang, yang berwarna kuning dan biasanya ditambang dari pegunungan, di Indonesia sendiri terdapat beberapa tempat yang banyak mengandung belerang seperti di tangkuban perahu, dieng, atau bromo, namun saat ini belerang termurah dihasilkan dari China dan India. Asam sulfat digunakan dalam jumlah yang besar oleh industri besi dan baja untuk menghilangkan oksidasi, karat, dan kerak air sebelum dijual ke industry otomotifl. Asam yang telah digunakan sering kali didaur ulang dalam kilang regenerasi asam bekas (Spent Acid Regeneration (SAR) plant). Kilang ini membakar asam bekas dengan gas alam, gas kilang, bahan bakar minyak, atau pun sumber bahan bakar lainnya. Proses pembakaran ini akan menghasilkan gas sulfur dioksida (SO 2) dan sulfur trioksida (SO3) yang kemudian digunakan untuk membuat asam sulfat yang "baru". 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. Juga digunakan untuk membuatasam klorida dari garam melalui proses Mannheim. Selain itu H 2SO4 juga digunakan dalam pengilangan minyak bumi, contohnya sebagai katalis untuk reaksi isobutana dengan isobutilena yang menghasilkan isooktana.
1
B. RUMUSAN MASALAH
Bagaimana proses pembuatan Asam Sulfat dari bahan baku dan sumber sampai proses pengolahannya ?
C. TUJUAN
Untuk mengetahui bagaimana proses pembuatan Asam Sulfat dari bahan baku dan sumber sampai proses pengolahannya.
2
BAB II PEMBAHASAN A. ASAM SULFAT
Asam sulfat pertama kali ditemukan di Iran oleh Al-Razi pada abad ke-9. Pembuatannya melalui pembakaran belerang 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.
3
B. BAHAN BAKU INDUSTRI 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 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 (CuFeS 2), 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
4
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
G ambar1. Skema bahan baku dan penggunaan asam sulfat
C. PROSES PEMBUATAN ASAM SULFAT
Pembuatan asam sulfat terdiri dari 2 macam cara, yaitu : (Proses Chamber dan Proses Kontak). Pada Proses Chamber terdapat 3 peralatan utama, Gay Lussac Tower, Glover Tower dan Lead Chamber. Gas SO 2 masuk menuju Glover Tower bersamaan dengan nitrogen oksida, kemudian keluar menuju Lead Chamber I, II, dan III. Akhirnya menuju ke Glover Tower, didinginkan dan dihasilkan produk asam sulfat dengan konsentrasi 65%-80%. Sedangkan pada Proses Kontak menggunakan Drying Tower, Converter dan Absorber Tower. Sulfur cair bereaksi dengan oksigen dari Drying Tower menjadi gas SO2, kemudian gas SO 2 masuk ke Converter dan mengalami oksidasi menghasilkan gas SO 3. Gas SO3 masuk ke absorber Tower dan bereaksi dengan air membentuk asam sulfat. Pada Proses Kontak, produk asam sulfat yang dihasilkan mempunyai konsentrasi yang lebih tinggi yaitu 98%. (Shreve, 1973) Kedua proses diatas menggunakan bahan baku sulfur, serta mempunyai prinsip pembuatan yang hampir sama, yaitu mengubah gas sulfur dioksida menjadi sulfur trioksida degan penambahan oksigen dan bantuan katalis,
5
kemudian mereaksikan sulfur trioksida dengan air membentuk asam sulfat (H2SO4). 1.
Proses Chamber
Proses ini hampir tidak dipergunakan lagi karena kapasitasnya yang kecil dan hanya dapat memproduksi asam sulfat dengan kadar rendah (65% 80%). Jalannya proses : Gas SO2 panas dari burner dengan komposisi 7-9% SO 2 dan 9-12% O 2, masuk dari bagian bawah glover tower, sedang larutan dingin nitous vitriol (NV) dari Gay Lussac tower masuk lewat atas, sehingga terjadi aliran counter current dan menyebabkan peristiwa oksidasi pada bagian atas glover tower dimana nitrogen oksida bereaksi dengan gas SO 2. Hasil reaksi meninggalkan glover tower pada suhu 70-110 oC dan masuk ke lead chamber yang disusun secara seri. Sebagian besar gas SO 2 teroksidasi menjadi SO3 dan mengalami absorbsi menjadi asam sulfat yang mengembun dan menempel pada dinding timbal. Asam sulfat yang keluar dari lead chamber mempunyai kepekatan 62-68% dikembalikan ke glover tower untuk memperoleh kandungan yang lebih pekat dan untuk menghilangkan kandungan Nitrogen oksida. Dari dasar glover tower, dengan kepekatan 77,7% asam sulfat yang keluar didinginkan. Sebagian dari asam ini disirkulasi ulang ke gay lussac tower dan dengan menggunakan
nitrogen
oksida
yang
keluar
dari
lead
chamber,
membentuk NV yang mengandung 1-2,5% NaO 3 dialirkan ke bagian atas glove tower. Hasil yang keluar didinginkan dengan cooler dan didapat produk asam sulfat dengan konsentrasi 65% - 80%. 2.
Proses Kontak
Salah satu cara pembuatan asam sulfat melalui proses industri dengan produk yang cukup besar adalah dengan proses kontak. Prinsip proses kontak adalah reaksi oksidasi gas SO2 dengan oksigen dari udara dengan memakai katalis padat dilanjutkan dengan absorpsi gas SO 3 yang dihasilkan untuk membentuk asam sulfat.
6
Reaksi Utama : S(s) + O2(g) SO2(g)
+ ½ O2(g)
SO2(g)
∆° =-70,9
SO3(g)
∆° =-23,0
kcal kcal
V2O5 merupakan katalis yang mula-mula dipakai karena katalis ini aktif pada suhu di atas 400 0C. Reaksinya merupakan reaksi keseimbangan dan eksoterm, 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. a.
Proses Kontak Dengan Absorbsi Tunggal
Yaitu proses kontak yang hanya menggunakan sebuah absorber. Gas sulfur trioksida yang keluar dari converter, langsung didinginkan di economizer, kemudian dilewatkan absorber dan keluar produk asam sulfat. Jalannya proses : Sulfur padat dicairkan dalam sulfur melter yang kemudian dipompa ke sulfur burner. Didalam sulfur burner terjadi pembakaran dengan udara panas yang didapat dari drying tower sehingga menghasilkan gas SO 2. Gas SO2 yang dihasilkan kemudian didinginkan dengan heat waste boiler I sebelum masuk ke converter. Pada converter stage I, SO 3 yang terbentuk didinginkan dengan cara dilewatkan heat waste boiler II, kemudian masuk ke converter stage II, lalu masuk ke converter stage III dan selanjutnya ke converter stage IV. Keluar dari converter stage IV gas SO 3 didinginkan dengan economizer, kemudian dialirkan ke absorber. Didalam absorber terjadi reaksi absorbsi gas SO3 dengan air membentuk asam sulfat. Asam sulfat yang terbentuk didinginkan didalam acid cooler tank dan kemudian ditampung di acid storage tank sebagai produk dengan kandungan asam sulfat 98% - 99,5%. Berikut ini adalah diagram alir pabrik asam sulfat kontak yang menggunakan pembakaran belerang dan absorbsi tunggal.
7
G ambar 2. Diagram alir proses kontak absorbsi tunggal
b.
Proses Kontak dengan Absorbsi Ganda
Yaitu proses kontak dengan menggunakan dua buah absorber. Gas sulfur trioksida yang keluar dari converter stage 3 didinginkan di economizer, kemudian dilewatkan absorber I dan gas dikembalikan ke converter stage 4. Keluar dari converter stage 4, gas masuk ke economizer kemudian dilewatkan absorber II dan keluar produk asam sulfat. Jalannya proses : Sulfur padat dicairkan didalam sulfur melter, kemudian dipompa ke sulfur burner. Didalam sulfur burner sulfur cair dibakar dengan udara kering dari drying tower sehingga terbentuk gas SO 2. Gas SO2 didinginkan terlebih dahulu sebelum masuk converter. Konverter terdiri dari bed katalis, 3 bed merupakan konversi tingkat pertama dan bed ke 4 merupakan konversi tingkar ke 2. Setiap tingkat konversi (konversi tingkat pertama dan konversi tingkat kedua) masing masing mempunyai penyerap, yaitu absorber I dan absorber II. Sebelum masuk kedalam absorber gas SO 3 didinginkan terlebih dahulu di economizer. Didalam absorber terjadi reaksi absorbsi gas SO3 dengan air membentuk asam sulfat. Asam sulfat yang
8
terbentuk didinginkan dan kemudian ditampung di acid storage tank sebagai produk dengan kandungan asam sulfat 98% - 99,5%. Berikut ini adalah diagram alir pabrik asam sulfat kontak absorbsi ganda:
Gambar 3. Diagram alir asam sulfat dengan menggunakan
absorbsi ganda D. URAIAN PROSES
Uraian proses pembuatan asam sulfat ini dibagi menjadi 5 bagian : 1. Sulfur Handling Seksi sulfur handling bertugas mencairkan belerang sebelum direaksikan didalam furnace. Proses : Sulfur dari sulfur storage diangkut dengan belt conveyor dan bucket elevator menuju dump hopper. Dari dump hopper, sulfur dimasukkan kedalam sulfur melter, yang dilengkapi dengan steam coil yang bertekanan 10 bar, serta sebuah agitator untuk meratakan panas. Temperatur didalam melter sekitar 140 oC sehingga sulfur dalam keadaan cair.
9
2. SO2 Generation Seksi SO2 generation bertugas mengubah sulfur cair menjadi gas SO 2 dan memanfaatkan panas reaksi yang keluar. Proses : Sulfur cair dibakar dengan O 2 didalam furnace. Didalam furnace ini sulfur cair dispraykan dan direaksikan dengan oksigen menjadi gas SO 2, dengan reaksi sebagai berikut :
Reaksi yang terjadi adalah eksotermis, sehingga temperatur akan naik sampai 1050 oC. Gas SO 2 yang keluar furnace didinginkan dengan waste heat boiler sampai suhu 430 oC sebagai gas inlet untuk converter bed I. 3. Konversi SO2 Seksi SO2 convertion bertugas mengkonversi gas SO 2 menjadi gas SO3. Proses : Converter terdiri dari bed katalis, 3 bed pertama merupakan konversi tingkat I dan bed ke 4 merupakan konversi tingkat II. Gas SO 2 akan terkonversi menjadi gas SO3 dengan reaksi sebagai berikut :
-
Bed I : 48,80% SO 2 terkonversi menjadi SO3. Gas SO2 masuk ke converter bed I pada suhu 430 oC dan keluar 582 oC. Gas outlet didinginkan pada HE I sampai suhu 430 oC.
-
Bed II : 77,60% SO2 terkonversi menjadi SO3. Gas yang telah didinginkan di HE I masuk ke converter bed II pada suhu 430 oC dan keluar pada suhu 520 oC. Gas outlet didinginkan pada HE II sampai suhu 430 oC.
-
Bed III : 92,84% SO 2 terkonversi menjadi SO3. Gas yang telah didinginkan di HE II masuk ke converter bed III pada suhu 430 oC dan keluar pada suhu 478 oC. Sekitar 92,84% gas SO 2 dikonversikan menjadi gas SO3 pada tiga bed tingkat I. Gas outlet didinginkan pada
10
economizer I sampai suhu 180 oC, sebelum masuk ke absorber I. Sisa gas keluar absorber sekitar 80 oC. -
Bed IV : 99,61% SO 2 terkonversi menjadi SO3. Setelah gas SO3 diserap dalam absorber I, sisa gas dengan suhu 80 oC melalui HE III untuk dinaikkan suhunya menjadi 430 oC dan masuk ke bed IV yang merupakan konversi tingkat II dalam proses double kontak ini. Gas outlet dengan suhu 457 oC didinginkan pada economizer II sampai suhu 180oC sebelum masuk ke absorber II.
4.
Absorbsi SO3 dan Air Drying Seksi absorbsi SO3 dan Air drying bertugas menyerap gas SO 3 dari converter bed III dan bed IV dengan menggunakan air untuk menghasilkan asam sulfat dan menyerap kandungan air dalam udara dengan menggunakan asam sulfat untuk menghasilkan udara kering. Proses : Absorber I : Gas SO 3 dari economizer I masuk ke bagian bawah absorber I, sedangkan bagian atas absorber dispraykan air. Reaksi absorbsi diatas membentuk asam sulfat 99,5%, dengan reaksi sebagai berikut :
Pada absorber II dilengkapi dengan stack untuk mengalirkan sisa gas yang tidak terkonversi untuk dibuang ke atmosfer. Air drying : Udara yang digunakan untuk pembakaran sulfur cair berasal dari udara atmosfer yang dikeringkan. Udara dihisap dengan blower kemudian dialirkan melalui bagian bawah drying tower. Pada bagian atas dispr aykan H2SO4 99,5% dari absorber II. Asam sulfat dari drying tower dialirkan ke mixing tank untuk dicampur dengan asam sulfat yang dihasilkan dari absorber I yang kemudian disimpan dalam tangki penampung asam sulfat. 5. Penyimpanan Asam Sulfat (H 2SO4) Seksi
sulfuric
acid
storage
bertugas
untuk
menyimpan
dan
mendistribusikan produk asam sulfat 98%.
11
BAB III PENUTUP A. KESIMPULAN
Asam sulfat merupakan bahan kimia yang banyak digunakan sebagai bahan baku dan bahan penolong dalam berbagai industri. Bahan baku utama pembuatan asam sulfat adalah sulfur atau belerang, Pada pengolahan asam sulfat
menggunakan
beragam
proses,
salah
satunya
yaitu
Proses
Kontak, dimana cara pembuatan asam sulfat melalui proses industri dengan produk yang cukup besar adalah dengan proses kontak. Prinsip proses kontak adalah reaksi oksidasi gas SO2 dengan oksigen dari udara dengan memakai katalis padat dilanjutkan dengan absorpsi gas SO 3 yang dihasilkan untuk membentuk asam sulfat. Pada proses kontak dibagi menjadi 2, yaitu proses kontak dengan absorpsi tunggal dan proses kontak dengan absorpsi ganda.
12
DAFTAR PUSTAKA
Darwati, Winda Mei. 2012. “Pabrik Asam Sulfat dengan Proses Double Contact Absorber”. Jawa Timur: Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri UPN Veteran. dan Asam Sulfat .” Pratama, Radit. 2015. “ Belerang [online].https://www.academia.edu/. Diakses pada tanggal 11 Oktober 2017. Widayanto, Ruri. 2015. “ Asam Sulfat .”[online]. https://dokumen.tips/. Diakses pada tanggal 11 Oktober 2017.
13
