RANGKUMAN PROSES PEMBUATAN ASAM SULFAT
Asam sulfat merupakan asam yang sangat kuat, berminyak,viscous, non volatile. Setetes asam sulfat dapat menyebabkan kulit terbakar. Jika dilihat dari MSDS asam sulfat memiliki karakteristik hazardous, extremely corrosive, oxidixer, dan harmful. Asam pekat disimpan dalam tangki baja, asam encer disimpan dalam tangki berlapis lead atau plastic. Asam sulfat merupaka salah satu barometer kekuatan industry suatu Negara. Kegunaan asam sulfat antara lain sebagai:
produk bulk pelarut dehydrating agent reagent dalam proses kimia Bahan Baku asam sulfat yaitu
Katalis Absorben Pupuk ZA, SP 36 dll Asam fosfat
Asam campuran pada proses nitrasi Proses Galvanising dan electropating
H2O sebagai sumber H & O Udara , sebagai sumber O S belerang Belerang diperoleh dari S dalam batuan, Sulfat (Gips CaSO 42H2O, Anhidrid CaSO4, air kawah ijen yang mengandung sulfat) dan Sulfid (sulfide besi / pirit FeS 2, CuS, NiS, ZnS, HgS, CaS, H2S )
Proses Pengambilan S Proses Frasch
Proses Fransch dipakai untuk mengambil belerang dari dalam tanah, caranya yaitu belerang dilebur dan disuspensikan dengan air lewat panas, suspense belerang kemudian dinaikkan ke atas dengan air lift, tidak menggunakan pompa karena kerja pompa akan terlalu berat dan baling- baling pompa cepat rusak karena kekentalan belerang lebur tinggi selain itu sifat asam sulfat yang korosif menyebakan maintenance sulit. Kalor yang dibawa air lewat panas harus cukup untuk melebur belerang padat, dipastikan suhu air yang mengangkut diatas titik lebur belerang yaitu > 120 C, digunakan air agar kekentalan belerang berkurang.
Gambar 1. Proses Frasch
Penambangan Terbuka Sulfid dan Sulfat H2S yang tercampur dengan gas alam diambil dengan reaksi K2CO3 + H2S K2S + H2CO3
(1)
K2S + H2CO3 CO2 + H2O
(2)
Untuk memungut hasil maka keseimbangan digeser kekiri dengan penambahan CO2 pada rekasi 1 K2S + H2CO3 K2Co3 + H2S ↑↓ + C + H
K2CO3 + H2S H2S yang terbentuk dioksidasi dengan udara sehingga diperoleh S dalam bentuk padat H2S + H2S + S
Proses Kontak
Secara garis besar pembuatan asam sulfat yaitu melalui tahap : 1. Mengubah S menjadi SO2. S + O 2 SO2 2. SO2 diubah menjadi SO3. SO2 + O2 2SO3 3. Penyerapan SO3 menjadi Sulfat. SO3 + H2O H2SO4
1. Mengubah S menjadi SO2 S(s) + O2(g) SO2(g) Reaksi pada suhu 800 – 1100 C. reaksi bersifat eksotermis Terjadi reaksi samping SO2 + 0.5 O2 SO3 . Meskipun nantinya dibutuhkan SO 3 tetapi reaksi ini tidak diinginkan karena akan mengurangi yield H 2SO4 Maka dari itu perlu diminimalkan dengan cara
Reaksi pada Suhu yang tinggi Pendinginan gas hasil cepat Excess O2 tidak boleh terlalu banyak Untuk memaksimalkan reaksi utama maka perlu dilakukan hal – hal seperti berikut :
Konsentrasi pereaksi tinggi dengan menggunakan belerang murni Memperbesar konstante laju reaksi, sesuai dengan persamaan Arhenius, maka diperlukan T tinggi, tapi karena reaksi eksotermis T tinggi akan menyebabkan reaksi ke kiri, oleh karena itu digunakan suhu optimal pada 800 – 1100 C Menggunkan serbuk belerang yang halus Udara pengoksidasi harus kering
Belerang dioksida kemudian dioksidasi lebih lanjut menjadi belerang trioksida. 2SO2(g)
+
O2(g)
<====>
2SO 3(g).......
∆H=
-98
kJ
Reaksi ini berlangsung pd suhu sekitar 500 oC, tekanan 1 atm dgn katalisator V2O5. Kemudian gas SO2 dilarutkan dalam asam sulfat pekat hingga menjadi asam sulfat pekat berasap (dsb oleum, H2SO4.SO3 atau H2S2O7). Pada proses kontak digunakan suhu sekitar 500oC dengan katalisator V2O5. sebenarnya tekanan besar akan menguntungkan produksi SO3, tetapi penambahan tekanan ternyata tidak diimbangi penambahan hasil yang memadai. Oleh karena itu, pada proses kontak tidak digunakan tekanan besar melainkan tekanan normal, 1 atm.
SO3(g) + H2SO4(l) -------> H 2S2O7 (l) H2S2O7 (l) + H2O(l) ------> 2 H2SO4 (l)
Dari proses kontak ini lalu akan terbentuk asam sulfat pekat dengan kadar 98% Pada saat pemekatan asam sulfat larutan yang diuapkan harus mendidih agar air dapat dipisahkan dari asam sulfat. Kalor yang terlibat pada saat pemekatan asam sulfat yaitu : 1. Kalor perubahan suhu. 2. Kalor disosiasi
3. Kalor untuk menguapkan air 4. Kalor untuk menjaga agar larutan tetap mendidih.
Diambil referensi dari pabrik asam sulfat Dunia Kimia Utama
Peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan asam sulfat : 1. Sulfur Melter Fungsinya sebagai tempat pencairan atau peleburan belerang dengan bantuan panas steam pada coil. 2. Pompa Sulfur Fungsinya sebagai pengalir sulfur cair ke furnace. Pompa ini mempunyai pipa-pipa penyaluran luar bermantel uap, sehingga belerang tidak menjadi dingin dan membeku, karena titik lebur belerang o adalah 115 C. 3. Main Blower Fungsinya sebagai penyuplai udara untuk proses pembakaran ke furnace. Main blower yang 3 digunakan adalah tipe turbo fun dengan kapasitas 117 m /menit dan tekanan operasi 1800 mmHg. 4. Drying Tower Fungsinya sebagai unit proses tempat terjadinya pengeringan udara oleh sirkulasi asam sulfat (minimal 93%) dari DT Pump Tank. Drying Tower yang dipakai adalah tipe packed column dengan tinggi 8,254 m, diameter dalam 2,62 m dan diameter luar 2,86 m. 5. DT Pump Tank Fungsinya sebagai tangki penampungan sirkulasi asam sulfat yang dari atau ke Absorbing Tower. DT pump tank yang digunakan mempunyai tinggi 1,8 m, diameter dalam 2,76 m, diameter luar 3 m dan 3 kapasitas 8,8 m /menit. 6. AT Pump Tank Fungsinya sebagai tangki penampungan sirkulasi asam sulfat yang dari atau ke absorbing tower dan juga sebagai tangki produksi, yaitu pengenceran (hidrasi) dengan air. AT Pump Tank yang digunakan 3 mempunyai tinggi 1,8 m, diameter dalam 2,76 m, diameter luar 3m, dan kapasitas 8,8 m /menit. 7. Furnace
Fungsinya sebagai tempat berlangsungnya proses pembakaran belerang cair dengan udara menjadi gas SO2. Furnace yang dipakai berbentuk silinder mendatar dengan panjang 7,02 m, diameter luar 2,04 m dan diameter ruang bakar 1,65 m. 8. Boiler Fungsinya sebagai tempat memproduksi steam. Boiler yang digunakan berbentuk silinder mendatar dengan dapur dan pipa-pipa api (fire tube). Boiler ini mempunyai panjang 4,6 m dan tekanan operasi 4 kg/cm2. 9. Absorbing tower Fungsinya sebagai unit proses terjadinya proses penyerapan gas SO 3 oleh sirkulasi asam sulfat (98,3%-99%) Absorbing Tower yang digunakan adalah tipe packed column dengan tinggi 8,875 m, diameter dalam 2,62 m dan diameter luar 2,86 m. 10. AT Pump Fungsinya sebagai alat untuk memompakan sirkulasi asam sulfat dari AT Pump Tank ke Absorbing Tower. AT Pump yang digunakan mempunyai kecepatan putar 1450 Rpm dan kapasitas 1,2 3 m /menit. 11. DT Pump Fungsinya sebagai alat untuk memompakan sirkulasi asam sulfat dari DT Pump Tank ke Drying 3 Tower. DT Pump yang digunakan mempunyai kapasitas 1,2 m /menit. 12. Plug Vlave Fungsinya sebagai pengatur aliran gas dari furnace dan boiler. 13. Heat exchanger (on gas filter) Fungsinya sebagai alat untuk mendinginkan aliran gas dari furnace dan boiler yang akan masuk ke converter. Heat exchanger yang digunakan adalah tipe shell and tube dengan jumlah tube 109 buah dan panjang tube 2,47 m. Heat exchanger mempunyai tinggi 3 m dan diameter 1,40 m. 14. Gas filter Fungsinya sebagai alat penyaring untuk aliran gas yang akan masuk ke converter. Gas filter mempunyai tinggi 1,53 m dan diameter 3,448 m. 15. Converter Fungsinya sebagai unit proses berlangsungnya proses perubahan gas SO 2menjadi gas SO3 dengan bantuan katalis vanadium pentaoksida. Converter yang digunakan mempunyai jumlah bed 4 buah, tinggi 8,5 m, diameter dalam 2,76 m dan diameter luar 3,002 m. st nd 16. 1 and 2 Heat exchanger Fungsinya sebagai tempat mendinginkan aliran gas yang keluar dari converter khususnya dari bed I dan bed II. Tipe yang digunakan adalah tipe shell and tube. 17. SO3 Cooler Fungsinya sebagai tempat pendingin aliran gas SO 3 yang akan masuk ke Absorbing Tower. Cooler yang dipakai adalah tipe shell and tube dengan tinggi 1,78 m. 18. Distributor Fungsinya sebagai alat untuk menyebarkan aliran asam sulfat di dalam absorbing tower dan drying tower. 19. Cooling tower Fungsinya sebagai tempat pendingin air yang keluar dari acid cooler. 20. Cooling water pump Fungsinya sebagai alat untuk memompakan sirkulasi pendingin dari cooling water pit ke acid cooler. 21. Plate Heat exchanger (acid cooler) Fungsinya sebagai unit mendinginkan sirkulasi asam sulfat dari AT/DT Pump Tank ke AT/DT. Plate 2 heat exchanger (acid cooler) yang digunakan adalah tipe plate dengan tekanan operasi 5 kg/cm .
Proses Chamber
Beberapa hal terkait dengan diagram proses kamar timbal : 1. Oksidasi ammonia: 4 NH3 + 5O2 4 NO + 6H2O Pt 2. Chamber acid (asam kamar timbal) : H2SO4 50°Be = 66% yang mengandung gas NO, NO2, dan N2O4 terlarut) 3. Nitrous vitriol = Gay Lussac acid : hasil reaksi antara larutan H2SO4 60°Be dengan NO dan NO2 di menara Gay Lussac. Reaksi: H2SO4 + NO + NO2 2HO.SO2.ONO + H2O 4. Fungsi menara Glover: a. Denitrasi nitrous vitriol. Reaksi: 2HO.SO2.ONO + H2O H2SO4+ NO + NO 2 heat from gas Dilution by chamber acid b. Pemekatan chamber acid c. Pendinginan burner gas d. Produksi H2SO4. Reaksi: 2HO.SO2.ONO + SO2 2H2SO4.NO + H2SO4 e. Pembersihan burner gas 5. Chamber:
3 zone reaksi di reaktor (chamber): a. Reaksi di fase gas 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) 2NO2(g) N2O4(g) + Q b. Reaksi pada gas-liquid interface SO2(g) + H2O(l) H2SO3(l) H2SO3(l) + NO2(g) H2SO4.NO (asam ungu) 2H2SO4.NO(l) + NO2(g) 2HO.SO2.ONO(l) + H2O(l) + NO(g) (nitrosyl sulfuric acid = chamber crystal → sangat korosif terbentuk jika supply air ke chamber kurang). 2HO.SO2.ONO(l) + SO2(g) + 2H2O(l) 2H2SO4.NO(l) + H2SO4(l) c. Reaksi di fase cair H2SO4.NO(l) H2SO4(l) + NO(l) - Q ..(7) 2HO.SO2.ONO(l) + H2O(l) H2SO4(l) + NO(l) + NO2(l) - Q ..(8) Nitrosyl sulfuric acid sangat stabil dalam asam sulfat pekat. Kestabilan ini berkurang dengan naiknya kadar air → reaksi oksidasi SO2 berdasarkan reaksi diatas terjadi secara optimum pada konsentrasi asam sulfat 60 – 82%. Kelemahan: a. Terbentuknya kristal kamar yang sangat korosif. b. Campuran keseluruhan bersifat sangat korosif → bahan konstruksi reaktor: Pb. Digunakan Pb karena merupakan logam yang tahan terhadap asam sulfat encer. PbO akan bereaksi dengan H2SO4 membentuk PbSO4 yang melindungi dinding Pb t erhadap asam. Pb + ½ O2 PbO PbO + H2SO4 PbSO4 Jika asam sulfat terlalu pekat akan terjadi reaksi PbSO4 + H2SO4 Pb(HSO4)2 cairan ini akan larut sehingga tidak ada lapisan pelindung bagi dinding Pb. karena itu konsentrasi asam sulfat pada proses timbal tidak boleh tinggi. Oleh karena itu pembuatan asam sulfat sekarang lebih dipilih menggunakan proses kontak karena kepekatan asam sulfat yang dihasilkan tinggi sehingga tidak perlu dilakukan pemekatan. Pemekatan merupakan proses yang membutuhkan energy sangat banyak sehingga akan menghasilkan cost yang tinggi pula. Dari segi peralatan proses kontak juga lebih baik, karena maintanace yang mudah serta tidak menghasilkan polusi lebih dari proses timbal. Maka proses kontak dianggaplebih baik dan menguntungkan dari kamar timbal.
