TUGAS 6 PIK PROSES PRODUKSI PUPUK UREA SKALA INDUSTRI (TUGAS PIK-1_6_SANGGA HADI PRATAMA_CO(NH2)2-UREA)
Disusun oleh: Sangga Hadi Pratama 14/367126/TK/42362
Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik UNIVERSITAS GADJAH MADA
Pupuk urea, disebut juga pupuk nitrogen (N), memiliki kandungan nitrogen 46%. Urea dibuat dari reaksi antara amoniak dengan karbon dioksida dalam suatu proses kimia menjadi urea padat dalam bentuk prill (ukuran 1-3 mm) atau granul (ukuran 2-4 mm) yang keduanya diproduksi oleh Pupuk Kaltim. Urea prill paling banyak digunakan untuk segmen tanaman pangan dan industri, sedangkan urea granul lebih cocok untuk segmen perkebunan, meskipun dapat juga untuk tanaman pangan. Pupuk Urea dipasarkan dan dijual dengan merek dagang Daun Buah dan Pupuk Indonesia. Khusus urea bersubsidi dengan merek Pupuk Indonesia, produk urea berwarna pink. Proses pembuatan Urea dibuat dengan bahan baku gas CO2 dan liquid NH3 yang disupply dari Pabrik Amonia. Proses pembuatan Urea tersebut dibagi menjadi 6 unit seperti yang diterapkan di PT Pusri dan PT Kaltim, yaitu: (1) Sintesa Unit Unit ini merupakan bagian terpenting dari pabrik Urea, untuk mensintesa Urea dengan mereaksikan Liquid NH3 dan gas CO2 di dalam Urea Reaktor dan ke dalam reaktor ini dimasukkan juga larutan recycle karbamat yang berasal dari bagian Recovery. Tekanan operasi di Sintesa adalah 175 Kg/cm2 G. Hasil Sintesa Urea dikirim ke bagian Purifikasi untuk dipisahkan ammonium karbamat dan kelebihan ammonianya setelah dilakukan stripping oleh CO2. (2) Purifikasi Unit Ammonium karbamat yang tidak terkonversi dan kelebihan amonia di unit Sintesa diuraikan dan dipisahkan dengan cara tekanan dan pemanasan dengan dua step penurunan tekanan, yaitu pada 17kg/cm2 G dan 22,2 kg/cm2 G. Hasil peruraian berupa gas CO2 dan NH3 dikirim ke bagian Recovery, sedangkan larutan ureanya dikirim ke bagian kristaliser. (3) Kristaliser Unit Larutan urea dari unit Purifikasi dikristalkan dibagian ini secara vacuum. Kemudian kristal ureanya dipisahkan di Centrifuge. 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 Unit Kristal urea keluaran Centrifuge dikeringkan sampai menjadi 99,8% berat dengan udara panas, kemudian dikirimkan ke bagian atas Prilling Tower untuk dilelehkan dan didistribusikan merata ke seluruh 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 ammonia dan gas CO2 yang dipisahkan dibagian purifikasi diambil kembali dengan 2 step absorbsi dengan menggunakan mother liquor sebagian absorbent kemudian di-recycle kembali ke bagian sintesa.
(6) Proses Kondensat Treatment Unit Uap air yang menguap dan terpisahkan dibagian kristaliser didinginkan dan dikondensasikan. Sejumlah kecil urea, NH3, dan CO2 ikut kondensat kemudian diolah dan dipisahkan di stripper dan hydrolizer. Gas CO2 dan gas NH3-nya dikirim kembali ke bagian purifikasi untuk di-recover. Sedang air kondensatnya dikirim ke utilitas.
Gambar 1. Skema Produksi Pupuk Urea Pupuk Urea adalah pupuk kimia mengandung Nitrogen (N) berkadar tinggi. Unsur Nitrogen merupakan zat hara yang sangat diperlukan tanaman. Pupuk urea berbentuk butir-butir kristal berwarna putih. Pupuk urea dengan rumus kimia NH2 CONH2 merupakan pupu yang mudah larut dalam air dan sifatnya sangat mudah menghisap air (higroskopis), karena itu sebaiknya disimpan di tempat yang kering dan tertutup rapat. Pupuk urea mengandung unsur hara N sebesar 46% dengan pengertian setiap 100kg mengandung 46 Kg Nitrogen, Moisture 0,5%, Kadar Biuret 1%, ukuran 1-3,35MM 90% Min serta berbentuk Prill.
Ciri-ciri pupuk Urea: Mengandung Nitrogen (N) berkadar tinggi.
Berbentuk butir-butir Kristal berwarna putih.
Memiliki rumus kimia NH2 CONH2.
Mudah larut dalam air dan sifatnya sangat mudah menghisap air (higroskopis).
Mengandung unsur hara N sebesar 46%.
Standar SNI-02-2801-1998.
Unsur hara Nitrogen dikandung dalam pupuk urea sangat besar kegunaannya bagi tanaman untuk pertumbuhan dan perkembangan, diantaranya : Membuat daun tanaman lebih hijau segar dan banyak mengandung butir hijau daun (chlorophyl) yang mempunyai peranan sangat penting dalam proses fotosintesa.
Mempercepat pertumbuhan tanaman (tinggi, jumlah anakan, cabang dan lain-lain)
Menambah kandungan protein tanaman
Dapat dipakai untuk semua jenis tanaman baik tanaman pangan, holtikultura, tanaman perkebunan, usaha peternakan dan usaha perikanan.
Dengan pemupukan yang tepat & benar (berimbang) secara teratur, tanaman akan tumbuh segar, sehat dan memberikan hasil yang berlipat ganda dan tidak merusak struktur tanah. Dalam rangka pengamanan dan menghindari penyalahgunaan oleh pihak yang tidak bertanggung jawab untuk Penyaluran Pupuk Bersubsidi, maka dilakukan perubahan pupuk urea berwarna PUTIH menjadi pupuk urea berwarna PINK (merah muda). Pupuk urea pink tidak mengubah komposisi dan kandungannya, pupuk urea pink tetap aman gunakan, ramah lingkungan dan tidak meracuni tanaman. Adapun bahan pewarna yang digunakan terbuat dari bahan kimia organik yang tidak berbahaya bagi tanaman karena larut dalam air.
A. Unit Sintesa Berikut adalah tahapan reaksi yang terjadi pada pembuatan UREA: 2 NH3(l) + CO2 (g) , NH4COONH2 (l) ……………..(1) NH4COONH2 (l) NH2CONH2 (l) + H2O …….(2) - Reaksi pembentukan amonium karbamat (Reaksi 1) bersifat sangat eksothermis, cepat dan sempurna - Amonium karbamat mudah terdekomposisi kembali menjadi komponen penyusunnya - Reaksi dehidrasi amonium karbamat (reaksi 2) membentuk urea dan air bersifat endotermis, lambat dan konversi tidak sempurna - Secara keseluruhan reaksi pembentukan Urea adalah Eksotermis - Temperature yang tinggi akan menaikkan konversi. Temperature yang tinggi akan menaikkan laju korosi, menaikkan tekanan kesetimbangan, menaikkan potensi pembentukan biuret -Tekanan yang tinggi akan menaikkan konversi CO2. Pada tekanan tinggi, perlu energi yang besar, tekanan stripping akan tinggi Temp.
170
190
200
210
X CO2
66.7
69
69.1
67.2
- Ammonia dibuat berlebih untuk menaikkan laju konversi dan menekan pembentukan Biuret. Ekses ammonia yang berlebihan akan menaikkan beban unit recovery Ekses
Teoritis
150
180
220
X CO2
57
71.2
76.8
82.1
- Air diperlukan untuk mengirim larutan karbamat dari Recovery ke Unit Sintesa. Air yang banyak akan menurunkan laju konversi. Air yang sedikit akan berpotensi terjadi solidifikasi larutan karbamat •
Pemilihan Kondisi Operasi Kondisi operasi dipilih dengan pertimbangan Korosi, Energi, dan Konversi. Optimum
•
Pemilihan Material Tahan terhadap Korosi, Biaya, dan kemudahan dalam pengelasan
•
Vessel Carbon steel (pressure vessel) dan dilengkapi dengan lining pada inside vesselnya untuk menghindari korosi
•
Perkembangan material untuk Unit Sintesa Titanium SS-316L-UG
25Cr-22Ni-2Mo DP12 DP28W •
SS-316-UG (dahulu Titanium) lebih mudah dilakukan pengelasan dan low cost (trend pada new design)
•
Dilengkapi dengan alat deteksi kebocoran pada lining (on line atau dengan Methil Red)
•
Diinjeksikan udara untuk mem-pasiv-kan material lining
Reakt
Carba mate
Ste Steam Saturati
Mixed Gas to
Carbama te from Stripp
NH3 CO2 from
Steam Stea
Lar Urea ke
B.
Unit Purifikasi
Fungsi : memurnikan larutan urea dari ammonia ekses dan larutan karbamat dengan menurunkan tekanan dan memanaskan. Hasil produksi unit sintesa adalah : Larutan karbamat, Larutan Urea, Ammonia Ekses, Biuret, dan Air Larutan Karbamant, Ammonia Ekses, dan Air dihilangkan dengan cara menurunkan tekanan (2 – 3 level) dan pemanasan Reaksi yang terjadi : NH4COONH2 NH3 + CO2 Temperature operasi biasanya 120 oC - 165 oC • • • • •
Potensi terjadi Reaksi Hidrolisa Urea dan pembentukan Biuret (tidak dikehendaki) - Temperature tinggi, tekanan rendah, dan residence time yang lama Reaksi hidrolisa NH2CONH2 + H2O CO2 + 2NH3 Ammonia Ekses dari unit sintesa mengurangi potensi terbentuknya Biuret Setiap step decomposisi, hasil atasnya (NH3 & CO2) dikirim ke Absorber Recovery Sistem untuk dikembalikan ke Unit Sintesa Konsentrasi Urea keluar Unit Purifikasi : 68 % wt
Low Press. High Press.
Flash Separa
Dari Dust
Ke Unit Konsent
Urea Solution dari
C Mixed Gas ke Unit
Dari PCT
Ke
Urea
C. Unit Finishing
Fungsi : Memekatkan larutan urea untuk dikirim ke unit finishing (prilling atau granulasi)
Pemekatan dengan penurunan tekanan (vakum) dan menaikkan temperature
Potensi terbentuk larutan biuret karena konsentrasi ammonia yang rendah, temperature tinggi, waktu tinggal lama
Air hasil pemekatan harus diproses kembali sebelum digunakan kembali (dikirim ke Proses Condensate Treatment)
Larutan/molten urea (99.8 %) dikirim ke Urea Prilling Tower untuk dijadikan Product
Beberapa teknologi menggunakan kristal urea (Crystalizer)
Mixed Gas Ke
Final Separato Vacuum Concentr ator Vacuum Concentrator Lower
Lar. Urea Ke Larutan Urea dari
Larutan Urea ke Larutan Urea dari •
Fungsi : Memekatkan larutan urea untuk dikirim ke unit finishing (prilling atau granulasi)
•
Pemekatan dengan penurunan tekanan (vakum) dan menaikkan temperature
•
Potensi terbentuk larutan biuret karena konsentrasi ammonia yang rendah, temperature tinggi, waktu tinggal lama
•
Air hasil pemekatan harus diproses kembali sebelum digunakan kembali (dikirim ke Proses Condensate Treatment)
•
Larutan/molten urea (99.8 %) dikirim ke Urea Prilling Tower untuk dijadikan Product
•
Beberapa teknologi menggunakan kristal urea (Crystalizer)
D. Recovery System •
Fungsi : menyerap gas CO2 dan ammonia dari unit purifikasi untuk dikirim ke unit sintesa
•
CO2 dan NH3 dikembalikan ke Sintesa dalam bentuk larutan
•
Dua metode dalam pengembalian gas yang tidak bereaksi : a. Sebagian gas dalam bentuk larutan dan sebagai tetap sebagai gas b. Semua dalam bentuk larutan
•
Gas NH3 dan CO2 diabsorb dengan air dan larutan karbamat sebelum dikirim kembali ke Unit Sintesa/Reaktor
•
Temperature rendah sehingga harus dijaga diatas temperature solidifikasi/menjaga konsentrasi larutan karbamate
•
Membuang gas-gas yang tidak dapat diserap (gas inert) seperti gas N2, Ar dll
A
Process Kondensat Mixed Gas dari
Was hing
Mixed Gas dari Cooling
To
Lar. Urea Sumber Pustaka
-
Budhijanto, Bahan Kuliah 1 Proses Industri Kimia. Website resmi PT.Pupuk Sriwidjaja dan PT Pupuk Kaltim Kobe, K.A., 1957, Inorganic Process Industries, The MacMillan Company, New York. Maryono, “PIK UGM Urea Filosofi”.
