18
BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tanah sebagai media tumbuh tanaman mempunyai fungsi menyediakan air, udara dan unsur-unsur hara untuk pertumbuhan tanaman, namun demikian kemampuan tanah menyediakan unsur hara sangat terbatas. Hal ini terbukti dengan pemakaian tanah yang terus menerus secara intensif tanpa penambahan unsur hara mengakibatkan merosotnya produktifitas tanah, menurunkan hasil panenan dan rusaknya sifat fisik, kimia dan biologi tanah dan kesuburan tanah.
Pengambilan sisa tanaman serta bahan-bahan buangan turut membantu suplai nitrogen. Suplai alami demikian ditambah pula dengan pemberian pupuk nitrogen misalnya Za yang mengandung nitrogen dan belerang. Meningkatnya perkembangan populasi manusia yang mendorong meningkatkan kebutuhan pangan dunia akan berarti pula peningkatan suplai nitrogen pada tanah.
Penggunaan pupuk Za merupakan pupuk yang marak digunakan di kalangan para petani karena kegunaan dari pupuk ini adalah membantu proses perumbuhan tanaman para petani, menambah daya tahan tanaman terhadap gangguan hama, penyakit dan kekeringan, memperbaiki rasa dan warna hasil panen. Untuk itu tidak heran jika para petani beralih pupuk ke pupuk Za ini karena macam manfaat tersebut.
Rumusan Masalah
Pada makalah ini ada beberapa masalah yang akan dibahas, seperti :
Apa saja bahan baku utama dan bahan baku tambahan untuk pembuatan pupuk ammonium sulfat ?
Bagaimana proses yang terjadi dalam pembuatan pupuk ammonium sulfat?
Bagaimana kondisi produk yang dihasilkan dalam pembuatan pupuk ammonium sulfat?
Tujuan
Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut :
Mengetahui bahan baku utama dan bahan baku pembantu dari pupuk ammonium sulfat ( ZA )
Mengetahui proses yang terjadi dan kondisi operasi pada proses yang terjadi.
Mengetahui produk yang dihasilkan dari pembuatan pupuk ammonium sulfat.
BAB II
ISI
Pengertian Amonium Sulfat (ZA)
Pupuk ZA adalah pupuk kimia buatan yang dirancang untuk memberi tambahan hara nitrogen dan belerang bagi tanaman. Nama ZA adalah singkatan dari istilah bahasa Belanda, zwavelzure ammoniak, yang berarti amonium sulfat (NH4)2SO4. Pupuk ZA diperlukan tanaman untuk memenuhi kebutuhan unsur hara nitrogen (N) dan belerang (S). Unsur nitrogennya sebesar 21 % dan sulfur (belerang) sebesar 24 % (Ihsan, 2012). Pupuk ZA aman digunakan untuk semua jenis tanaman. Manfaat dari pupuk ZA adalah dapat meningkatkan produksi dan kualitas panen, menambah daya tahan tanaman terhadap gangguan hama, penyakit, dan kekeringan, serta memperbaiki rasa dan warna hasil panen (Horties, 2011).
Ammonium Sulfat (ZA) merupakan salah satu jenis pupuk sintetis yang mengandung unsur hara N. Unsur hara N yang berasal dari Urea dan ZA merupakan hara makro utama bagi tanaman selain P dan K dan seringkali menjadi factor pembatas dalam produksi tanaman. Menurut Gardner dkk, (1991), definisi N membatasi pembesaran sel dan pembelahan sel. N berperan sebagai bahan penyusun klorofil dan asam amino, pembentukan protein, esensial bagi aktivasi karbohidrat, dan komponen enzim, serta menstimulasi perkembangan dan aktivitas akar serta meningkatkan penyerapan unsur-unsur hara yang lain (Aditya et al, 2012).
Wujud pupuk ini butiran kristal mirip garam dapur dan terasa asin di lidah. Pupuk ini higroskopis (mudah menyerap air) walaupun tidak sekuat pupuk urea. Karena ion sulfat larut secara kuat, sedangkan ion amonium lebih lemah, pupuk ini berpotensi menurunkan pH tanah yang terkena aplikasinya. Sifat ini perlu diperhatikan dalam penyimpanan dan pemberiannya.
Pupuk ZA mengandung belerang 24 % dan nitrogen 21 %. Kandungan nitrogennya hanya separuh dari urea, sehingga biasanya pemberiannya dimaksudkan sebagai sumber pemasok hara belerang pada tanah-tanah yang miskin unsur ini. Namun demikian, pupuk ini menjadi pengganti wajib urea sebagai pemasok nitrogen bagi pertanaman tebu karena tebu akan mengalami keracunan bila diberi pupuk urea.
Karakteristik Amonium Sulfat (ZA)
Sifat Fisik Ammonium Sulfat
Menurut Perry RH (1997), ammonium sulfat mempunyai sifat fisik sebagai berikut :
Berat Molekul : 132,14 g/mol
Berat Jenis : 1,77 g/lt
Warna : Dalam keadaan murni bewarna putih
Sifat : Mudah larut dalam air dan mudah menyerap panas
Rumus molekul : (NH4)2SO4
Bentuk : Kristal, higroskopik
Titik lebur : 235oC-280oC
Kelarutan dalam air : 70,6 g/100 mL ( 0oC) 103,8 g/100 mL (100oC)
2.2.2 Sifat Kimia Ammonium Sulfat
Ammonium sulfat mempunyai sifat kimia sebagai berikut :
Mudah larut dalam air
Digunakan sebagai pupuk dasar dan susulan
Senyawa kimianya stabil sehingga tahan disimpan dalam waktu lama
Dapat dicampur dengan pupuk lain
Bahan
Bahan Baku
Ammonia (NH3)
Ammonia (gas) terdiri dari hidrogen dan nitrogen yang mempunyai perbandingan koefisien 3 : 1. Ammonia disintesis menggunakan reaksi reversibel antara hidrogen dengan nitrogen.
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ΔH0 = -92.0 KJ
Komposisi Amonia (NH3) :
Kadar NH3 = 99,97 %
Kadar H2O = 0.03 %
Sifat fisik ammonia (NH3)
Rumus molekul : NH3
Berat molekul : 17,04 gr/mol
Sifat fisik : gas tak berwarna, berbau menyengat, dapat dicairkan melalui kompresi
Titik leleh : -77,70C
Titik didih : -33,350C
Densitas
Pada 00C : 0,771 gr/ml
Pada -790C : 0,817 gr/ml
Tekanan uap : 10 atm pada 25,70C
Densitas uap : 0,6 gr/ml
(Perry RH,1997)
Sifat kimia Ammonia ( NH3)
Sangat larut dalam air dan sedikit larut dalam alkohol
Senyawa NH3 dalam air akan bereaksi menjadi basa yang dapat ditunjukkan dengan cara mencelupkan kertas lakmus merah ke dalamnya, dimana kertas lakmus merah tersebut akan berubah warna menjadi biru. Reaksi yang terjadi sebagai berikut :
NH3(g) + H2O(l) NH4OH(l)
ammonia ammonium hidroksida
(vogel,1985)
Asam Sulfat ( H2SO4)
Menurut GT. Austin (1984), asam sulfat adalah asam kuat yang bervalensi dua, disamping itu asam sulfat merupakan bahan pengoksidasi dan pendehidrasi berlebih terhadap senyawa organik. Larutan asam pekat dapat dipekatkan secara ekonomis sekitar 93% berat H2SO4. Asam yang lebih pekat lagi dibuat dengan melarutkan sulfur trioksida kedalam asam sulfat hingga kepekatannya menjadi 98,5% sampai 99%.
Reaksi pembentukan asam sulfat :
SO3 (g) + H2SO4 (aq) H2S2O7 (aq)
sulfur trioksida as.sulfat oleum
H2S2O7 (aq) + H2O (l) 2 H2SO4 (aq)
oleum air as.sulfat
Komposisi Asam Sulfat ( H2SO4) :
Kadar H2SO4 = 98,71 %
Kadar H2O = 1,29 %
Kadar Fe 3+ = 6, 242 ppm
Sifat Fisik Asam Sulfat ( H2SO4)
Sifat fisik asam sulfat menurut Perry RH,1986 :
Rumus molekul : H2SO4
Berat molekul : 98,08 gr/mol
Sifat fisik : cairan tak berwarna, tak berbau dan bersifat seperti minyak
Titik leleh : 10,490C
Densitas : 1,834 gr/ml
Tekanan uap : 1mm pada 145,80C
Titik didih : 2900C, terdekomposisi pada 3400C
Sifat kimia Asam Sulfat ( H2SO4)
Sifat kimia asam sulfat menurut Vogel,1985 :
Merupakan asam polibasa ( asam berbasa banyak ), yaitu menghasilkan lebih dari satu ion hidrogen per molekul. Asam sulfat merupakan berbasa dua.
H2SO4 H+ + HSO4-
HSO4- H+ + SO42-
Mudah menguap
Sering digunakan sebagai katalis
Akan membentuk endapan PbSO4 nila bereaksi dengan Pb2+
Pb 2+ + SO42- PbSO4
trimbel sulfat timbel sulfat
Bahan Pembantu
Bahan pembantu yang digunakan adalah petrocoat, yaitu larutan anti caking (petrocoat) 5%. Larutan petrocoat ini kemudoan di injeksikan dengan konsentrasi 150 ppm/ton. Larutan petrocoat ini digunakan sebagai zat anticaking dalam dryer, dimana larutan ini akan melapisi tiap – tiap molekul kristal sehingga kristal ammonium sulfat tidak akan menggumpal.
Proses
Persiapan Bahan
Pada departemen produksi I PT. Petrokimia Gresik, pembuatan amonia sulfat menggunakan bahan baku asam sulfat dan amonia, berdasarkana pada rekasi irreversible. Reaksi yang terjadi adalah:
H2SO4 + 2NH3 (NH4)2SO4 H= - 66, 64 kkal/mol
Reaksi yang terjadi di dalam rekasi tersebut bersifat eksotermis karena menghasilkan panas sebesar 66, 64 kkal/mol. Panas yang dilepas dari reaksi akan menaikkan suhu campuran dalam reaktor sehingga terjadi pemekatan dan pengkristalan hasil reaksi. Berdasarkan hasil tersebut reaktor ini disebut juga saturator atau crystalizer.
Panas yang dihasilkan oleh reaksi sebagian besar akan menguapkan air dari larutan dalam saturator, dan sebagian kecil panas hilang melalui dinding saturator. Reaksi pembentukan amonium sulfat dari asam sulfat dan amonia merupakan reaksi gas-cair yang dioperasikan pada suhu 105-1100C, tekanan atmosfer, level larutan 3,5-4,3 meter, dengan perbandingan mol reaktan H2SO4 dan NH3 sebesar 1:2. Kandungan nitrogen dalam amonium sulfat minimal 20,8% berat, asam sulfat bebas maksimal 0,1% berat dan H2O maksimal 0,15% berat.
Persiapan Ammonia (NH3)
Gas ammonia yang digunakan sebagai bahan baku di ambil dari plant ammonia dengan cara mengalirkan langsung ke saturator, tetapi jika plant ammonia tidak berproduksi, ammonia diambil dari tangki ammonia cair (TK 801). Amonia cair yang digunakan mempunyai spesifikasi sebagai berikut:
NH3 : minimal 99, 97%
H2O : maksimal 0, 03%
Apabila diambil dari tangki ammonia cair,ammonia cair tersebut di jadikan uap terlebih dahulu di dalam Vapourizer (E 304) dengan media pemanas adalah Low Pressure Steam (LPS ,10 kg/cm2) dengan suhu 180-195o C dari unit utilitas. Uap yang dihasilkan mempunyai suhu 1o C an bertekanan 3,5-4,5 kg/cm2. Uap ammonia tersebut kemudian dialirkan ke dalam saturator.
Asam Sulfat
Asam Sulfat cair yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut:
H2SO4 : minimal 98, 71%
Fe 3+ : maksimal 6, 242 ppm
Kadar Air : minimal 1,29 %
Asam Sulfat cair yang diambil dari plant Asam Sulfat pabrik III akan ditampung dalam tangki (TK 200) kemudian dipompa dengan pompa P 305 AB pada suhu kamar menuju Saturator.
Persiapan Udara Pengaduk
Udara dalam proses pembuatan ammonium sulfat yaitu berfungsi sebagai homogenizing tau pengaduk larutan dalam saturator. Udara tersebut juga berfungsi untuk mencegah terjadinya endapan Kristal ammonium sulfat pada dasar saturator (bottom cone saturator).
Udara dimbil dari atmosfer (ambient) dan ditekan hingga tekanannya mencapai 1,55 kg/cm2 dan suhunya 60° C dengan Air Compressor (C 303AB), kemudian suhu udara di turunkan dengan didinginkan pada Air after cooler (E 303) sehingga suhunya menjadi 50 °C media pending yang digunakan adalah colling water yang masuk lewat tube side dan udara lewat shell side.
Udara kemudian masuk ke oil separator (D 310) untuk dipisahkan kandungan minyak pelumas yang terbawa dalam udara saat udara ditekan. Udara yang keluar dari oil separator kemudian menuju ke Oil Filter Drum (D 308 ABC) untuk dimurnikan kembali. Udara yang telah murni kemudian masuk ke dalam Compressed Air Drum (D 304) untuk memisahkan airnya yang masih terbawa udara kemudian udara keluar pada suhu 50° C dengan tekanan 1,55 kg/cm2 kemudian masuk saturator.
Persiapan Larutan Induk (Mother Liquor)
Pada proses pembetukan kristal amonium sulfat penambahan larutan induk (Mother Liquor) sangat diperlukan untuk mempercepat pembentukan kristal. Larutan induk (Mother Liquor) tersebut diperoleh dari sisa proses pembentukan kristal amonium sulfat yang dimanfaatkan kembali untuk mempercepat pembentukan kristal. Proses Pembentukan Mother Liquor adalah sebagai berikut :
Kristal Amonium Sulfat bersama larutan induknya (mother liquor) yang dihasilkan dari saturator masuk secara gravitasi ke separator hopper (D 302 AB). Separator hopper (D 302 AB) tersebut akan mendistribusikan ke centriguge separataor (M 301 AB). Centrifuge separator ini akan memisahkan antara kristal amonium sulfat dengan mother liquor, kristal amonium sulfat yang masih bersifat basah akan dibawa ke unit pengeringan dan mother liquornya akan ditampung didalam tangki Mother Liquor (D 301 AB). Mother Liquor ini mengandung impuritas berupa Fe maka sebelum direcycle ke saturator Fe dalam mother liquor perlu diikat terlebih dahulu dengan cara menambahkan larutan Asam Phospat (H3PO4) ke dalam tangki mother liquor. Larutan induk ini kemudian direcycle ke saturator dengan bantuan pompa (P 301 AB).
Reaksi pengikatan Fe :
Fe2O3 + 2H3PO4 2FePO4 + 3H2O
Tahapan Proses
Proses pembuatan pupuk ammonium sulfat (ZA) di Departemen Produksi I PT Petrokimia Gresik dapat digolongkan menjadi 5 tahapan proses,yaitu :
Tahapan Penyiapan Bahan
Tahapan Reaksi Pembentukan Kristal Amonium Sulfat
Tahap Pemisahan Kristal
Tahap Pengeringan Produk Kristal
Tahap Penyimpanan dan Pengantongan Produk
Tahap Penyiapan Bahan Baku
Tahap penyiapan bahan telah dijelaskan diatas. Setelah persiapan bahan adalah tahap reaksi pembentukan ammonium sulfat.
Tahap Reaksi Pembentukan Kristal Amonium Sulfat
Pada reaktor R 301 ABCD terjadi reaksi antara asam sulfat cair dan gas amonia yang masuk secara kontinyu dengan perbandingan mol reaktan 1:2. Reaksi yang terjadi bersifat eksotermis pada suhu 105-110oC. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
105-110oC, 1 atm
H2SO4 (l) + 2NH3(g) (NH4)2SO4(s) ΔH = - 66, 64 kkal/mol
Pembentukan kristal amonium sulfat di dalam reaktor melalui beberapa tahapan berikut:
Pembentukan Larutan Amonium Sulfat Jenuh
Mother liquor atau kondensat dimasukkan ke dalam reaktor, kemudian asam sulfat dan uap amonia dimasukkan secara kontinyu ke dalam reaktor melalui sparger sehingga terjadi reaksi dan membentuk amonium sulfat. Gas amonia dan asam sulfat cair dimasukkan secara terus menerus sehingga tercapai kondisi larutan jenuh.
Pembentukan Kristal Amonium Sulfat
Larutan amonium sulfat yang telah mencapai kondisi jenuh, dialiri gas amonia dan asam sulfat secara terus menerus, sehingga akan diperoleh kondisi lewat jenuh (super saturasi) dari larutan amonium sulfat, yang pada akhirnya akan membentuk kristal amonium sulfat.
Keasaman
Larutan amonium sulfat di saturator dijaga dalam kondisi asam (H2SO4 bebas = 2 - 4 gr/l) dengan pH netral sedikit asam. Hal ini dimaksudkan agar semua gas NH3 dapat bereaksi dengan H2SO4 cair sehingga tidak terjadi kehilangan gas NH3. Larutan Amonium Sulfat tidak boleh terlalu asam karena akan mengganggu pembentukan kristal. Hal yang perlu diperhatikan adalah keasaman larutan tidak boleh lebih dari konsentrasi normal 1%, karena pada posisi ini, larutan amonium sulfat bersifat sangat korosif.
Suhu Reaksi
Suhu reaksi dalam saturator pada kondisi normal operasi dipertahankan pada suhu 1050C – 1060C. Sebagian uap yang terbentuk diembunkan dan dikembalikan kembali ke saturator sebagai kondensat untuk mengatur konsentrasi dan menyerap panas reaksi.
Level
Level dalam saturator harus dijaga antara 70 – 80 % tinggi saturator. Apabila level larutan terlalu tinggi maka akan banyak uap NH3 yang lepas ke udara sehingga akan terjadi pengkristalan pada kondensor. Apabila level terlalu rendah, maka saluran H2SO4 tidak akan terendam dalam larutan di saturator yang menyebabkan jatuhnya H2SO4 akan memercik pada dinding saturator dan sparger yang mengakibatkan korosi. Untuk menjaga level ditambahkan mother liquor atau larutan induk berupa larutan amonium sulfat yang pekat.
Jumlah Kristal
Jumlah kristal didasar saturator tidak boleh lebih dari 50 % volume. Apabila jumlah kristal terlalu banyak akan terjadi gumpalan – gumpalan kristal yang akan menyumbat saluran – saluran dalam saturator.
Tahap Pemisahan Kristal
Produk keluar reactor berupa campuran Kristal dan mother liquor dengan perbandingan 50:50. Kristal ammonium sulfat bersama larutan induknya (mother liquor) masuk secara gravitasi ke separator hopper (D 302 AB). Separator hopper akan menampung slurry dari 4 buat saturator dan kemudian mendistribusikan pada 2 buah centrifuge separator (M 301 AB). Penggunaan separator hopper tergantung dari rate produksi ataupun jumlah saturator yang digunakan. Secara gravitasi, slurry masuk kedalam centrifuge separator (M 301 AB) yang sedang berputar dengan kecepatan 1200-1500 rpm. Slurry masuk melalui pipa stasioner yang merupakan corong pengumpan. Adanya putaran basket yang sangat cepat, menyebabkan terjadinya gaya centrifugal yang melempar slurry ke dinding basket yang dilapisi dengan filter tang berukuran 30 mesh. Cairan akan mengalir keluar dinding basket dan Kristal yang berukuran rata-rata 25 mesh akan tertahan dan membentuk lapisan Kristal setebal 11-30 in.
Kristal ammonium sulfat yang masih bersifat basah akan dibawa ke unit pengeringan dan mother liquornya akan ditampung di dalam tangki Mother Liquor (D 301 AB). Mother liquor ini mengandung impuritas berupa Fe maka sebelum direcycle ke saturator perlu diendakpan dulu impuritasnya. Cara untuk mengendapkan impuritas Fe dengan ditambahkan Asam Phospat (H3PO4) kedalam tangki Mother Liquor. Larutan induk ini direcycle ke saturator dengan bantuan pompa (P 301 AB).
Tahap Pengeringan Produk Kristal
Pengeringan produk dilakukan untuk mengurangi kandungan air dalam kristal amonium sulfat sehingga kandungan air dalam kristal amonium sulfat maksimal 0,15% berat. Alat yang digunakan dalam pengeringan ini adalah rotary dryer (M302) yang bertipe Co-Current denga kapasitas 34.430 kg/jam.
Kristal basah diangkut belt conveyor (M 303) kemudian melalui screw conveyor (M 307) dimasukan dalam rotary dryer (M 302). Pada belt conveyor tersebut diinjeksikan larutan anti caking Petrocoat dengan konsentrasi 150 ppm/ton di peroleh dengan melarutkan cairan Petrocoat yang dilakukan dalam tangki pelarutan (TK 303) dengan perbandingan Petrocoat dengan air adalah 1:50. Larutan ini dengan cara gravitasi dialirkan menuju belt conveyor dengan konsentrasi 150 ppm/ton. Larutan Petrocoat tersebut digunakan sebagai zat anti caking dalam drying, karena larutan ini akan melapisi tiap-tiap molekul kristal sehingga kristal amonium sulfat tidak akan menggumpal. Pengeringan dilakukan dengan penambahan udara panas yang telah dilewatkan filter. Udara panas dan uap air ditarik ke udara dengan bantuan exhaust fan (C 302). Adanya debu amonium sulfat yang terikut dalam udara, maka exhaust fan (C 302) dilengkapi dengan wet cyclone (D 303) dan wet cyclone (D 309) untuk menangkap debu tersebut. Pada wet cyclone tersebut debu panas dari rotary dryer disemprot dengan H2O sehingga debu amonium sulfat tersebut menjadi basah. Debu basah tersebut dialirkan ke tangki (D 307) untuk dilarutkan kembali dan dialirkan ke tangki (D 301). Udara dari wet cyclone cukup bersih dan dihisap oleh exhaust fan (C 302) untuk di buang ke atmosfer.
Tahap Penampungan dan Pengantongan Produk
Kristal amonium sulfat yang telah keluar dari drying kemudian dilewatkan ke vibrating feeder (M 308) menuju bucket elevator (M 306). Pada pengangkutan kristal amonium sulfat di bucket elevator tersebut, debu yang dihasilkan karena proses pengangkutan akan terhisap masuk wet cyclone bersama-sama dengan debu dari rotary dryer. Kristal amonium sulfat diteruskan ke belt conveyor (M 309) dan ditampung dalam hopper (D 306 A) dan dilewatkan kembali dalam belt conveyor (M 309) kemudian ditampung kembali kedalam hopper (D 306 A) dan kemudian dialirkan ke dalam sebuah bin melalui belt conveyor (M 662 AB). Proses selanjutnya dari bin ini adalah kristal amonium sulfat akan masuk ke proses pengantongan (bagging).
Blok Diagram
Flowsheet Pembuatan Ammonium Sulfat (ZA)
BAB III
PENUTUP
Kesimpulan
Bahan baku yang digunakan dalam proses pembuatan pupuk Ammonium Sulfat III atau ZA III adalah ammonia dalam wujud gas dan asam sulfat dalam wujud cair. Ammonia (gas) terdiri dari hidrogen dan nitrogen yang mempunyai perbandingan koefisien 3 : 1. Ammonia disintesis menggunakan reaksi reversibel antara hidrogen dengan nitrogen. Asam sulfat adalah asam kuat yang bervalensi dua, disamping itu asam sulfat merupakan bahan pengoksidasi dan pendehidrasi berlebih terhadap senyawa organik. Proses pembuatan pupuk ammonium sulfat (ZA) terbagi menjadi 5 tahapan proses, yaitu : tahapan penyiapan bahan, tahapan reaksi pembentukan kristal amonium sulfat, tahap pemisahan kristal, tahap pengeringan produk kristal, tahap penyimpanan dan pengantongan produk.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. Proses Kimia Industri. https://www.scribd.com/doc/115626175/Under-Process-Kimia-Industri. diakses pada 2 Maret 2015
Fatmalasari, Ira. 2010. Laporan Kerja Praktek PT. Petro Kimia Gresik Amonium Sulfat plan III. Semarang
