06&18 - Makalah Pik Asam Sulfat.docx

MAKALAH PROSES INDUSTRI KIMIA “PEMBUATAN ASAM SULFAT”

Disusun oleh : KELOMPOK 3 1.

Ari Setya Cahya P

(NIM: 1741420033)

2.

Rahmadina Shafira

(NIM: 1741420085)

JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI MALANG 2018

1|PIK

BAB I PENDAHULUAN I.

LATAR BELAKANG Asam Sulfat mempunyai rumus kimia H2SO4 , merupakan asam mineral yang kuat. Zat ini larut dalam air pada semua kepekatan. Asam sulfat mempunyai banyak kegunaan, termasuk dalam kebanyakan reaksi kimia dan proses pembuatan. Ia digunakan secara meluas sebagai bahan kimia pengilangan. Kegunaan utama termasuk produksi baja, memproses bijih mineral, sintesis kimia, pemrosesan air limbah dan penapisan minyak. Di atmosfer, zat ini termasuk salah satu bahan kimia yang menyebabkan hujan asam. Memang tidak mudah membayangkan bahwa bahan kimia yang sangat aktif, seperti asam sulfat, juga merupakan bahan kimia yang paling banyak dipakai dan merupakan produk teknik yang amat penting. Zat ini digunakan sebagai bahan untuk pembuatan garam – garam sulfat dan untuk sulfonasi, tetapi lebih sering dipakai terutama karena merupakan asam anorganik yang agak kuat dan agak murah. Bahan ini dipakai dalam berbagai industri, tetapi jarang muncul dalam produk akhir. Asam sulfat dipakai dalam pembuatan pupuk, plat timah, pengolahan minyak, dan dalam pewarna tekstil. Asam sulfat merupakan komoditas kimia yang sangat penting, oleh sebab itu, produksi asam sulfat suatu Negara merupakan indikator yang baik terhadap kekuatan industry Negara tersebut. Kegunaan utama (60% dari total produksi di seluruh dunia) asam sulfat adalah dalam "metode basah" produksi asam fosfat, yang digunakan untuk membuat pupuk fosfat dan juga trinatrium fosfat untuk deterjen. Pada metode ini, batuan fosfat digunakan dan diproses lebih dari 100 juta ton setiap tahunnya. Hal ini tentunya sangat berpengaruh besar, kebutuhan asam sulfat tiap waktunya pun akan sangat meningkat mengingat industry diseluruh dunia semakin berkembang, tidak terkecuali di Indonesia yang makin hari makin berkembang pula. Fenomena tersebut patutnya kita manfaatkan dalam rangka memajukan industry dalam negeri yang nantinya akan sangat berdampak pada kemajuan disektor-sektor yang lainnya

2|PIK

BAB II ISI I.

PENGERTIAN Asam sulfat murni yang tidak diencerkan tidak dapat ditemukan secara alami di bumi oleh karena sifatnya yang higroskopis. Asam sulfat terbentuk secara alami melalui oksidasi mineral sulfida, misalnya besi sulfida. Air yang dihasilkan dari oksidasi ini sangat asam dan disebut sebagai air asam tambang. Air asam ini mampu melarutkan logam-logam yang ada dalam bijih sulfida, yang akan menghasilkan uap berwarna cerah yang beracun. Reaksi hidrasi asam sulfat adalah reaksi eksoterm yang kuat. Jika air ditambah kepada asam sulfat pekat, ia mampu mendidih.

II.

PROSES FRASCH Sumber dan bahan baku dari asam sulfat adalah belerang. Belerang atau sulfur adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang S dan nomor atom 16. Belerang merupakan unsur non-logam yang tidak berasa. Belerang, dalam bentuk aslinya, adalah sebuah zat padat kristalin kuning. Di alam, belerang dapat ditemukan sebagai unsur murni atau sebagai mineral-mineral sulfida seperti pirit (FeS2), stibnite (Sb2S2), galena (PbS), cinnabar (HgS),

dan kalkopirit (CuFeS2)

serta sulfat seperti gip (CaSO42(H2O)),epsomit

(MgSO47(H2O)), celestite (SrSO4), anhidrit (CaSO4) dan barite (BaSO4).

Belerang padat mempunyai dua bentuk alotrop yaitu belerang rombik dan belerang monoklinik. Belerang yang berwarna kuning adalah belerang rombik yang stabil pada suhu di bawah 95.5 0C sedangkan belerang monoklinik adalah belerang rombik yang berubah pada suhu di atas 95.5 0C dan mencair pada suhu 113 0C (J.Goenawan,1999:15) Sebagian besar belerang tersimpan antara 150 dan 750 meter di bawah permukaan tanah dengan ketebalan 30 meter yang biasanya terletak pada daerah vulkanik atau sedimentasi. Belerang memiliki kegunaan yang sangat banyak, diantaranya adalah dapat digunakan sebagai komponen produksi pupuk, untuk produksi asam sulfat, sebagai bahan utama disinfektan, untuk pengobatan penyakit, dll. Selain itu belerang adalah sumber utama 3|PIK

untuk menghasilkan asam sulfat, bahan kimia yang paling banyak digunakan di dunia dan asam mineral serbaguna yang digunakan sebagai perantara penting dalam banyak proses dalam industri kimia dan manufaktur Oleh karena kebutuhan belerang yang tinggi, maka ditemukanlah cara yang efektif untuk mengambil belerang. Seorang kimiawan Amerika bernama Herman Frasch (18511914) menemukan metode baru untuk menambang sulfur dari dalam perut bumi dengan menggunakan tiga (3) buah pipa yang hingga kini disebut Proses Frasch. Proses tersebut berhasil dan pada tanggal 24 Desember 1894 untuk pertama kalinya sulfur cair diambil dari permukaan tanah A. Skema Alat Proses Frasch Penambangan dengan cara Frasch dilakukan dengan menginjeksikan air panas ( + 160 oC ) kedalam pipa yang akan digunakan. Air panas ini berfungsi untuk melarutkan belerang dari endapan kubah garam atau sejenisnya pada kedalaman antara 150-170 m. Metode ini dikerjakan

dengan

membuat

lubang

bor

dilengkapi dengan empat macam pipa bergaris tengah 3-20 cm. Adapun karakteristik pipa dan kerja yang dilakukan adalah : 

Pada

pipa

paling

besar

(biasanya

berdiameter = 20 cm) dialirkan air yang super panas berupa campuran air dan uap air dengan tekanan 16 atm dan suhu sekitar 160 0C yang akan mencairkan cadangan belerang.  Pada pipa kecil (biasanya berdiameter = 2.5 cm) dipompakan udara panas bertekanan tinggi sekitar 20-25 atm  Pada pipa sedang (biasanya berdiameter = 10 cm) akan dikeluarkan belerang cair akibat dari aliran yang terjadi pada pipa besar dan kecil menuju ke permukaan tanah. 4|PIK

B. Proses Frasch Langkah-langkah yang dilakukan untuk memulai proses Frasch ini adalah sebagai berikut. Pertama, pengeboran

dilakukan

pada

tempat

yang

teridentifikasi mengandung sulfur. Selanjutnya, tiga buah pipa dengan spesifikasi seperti yang telah dijabarkan diatas dimasukkan ke dalam sumur tersebut. Kemudian, superheated water dengan suhu sekitar 165 oC dan bertekanan sekitar 17,5 kg/cm2 dipompakan melalui pipa berdiameter 8 inch. Sehingga belerang yang ada pada kedalaman tersebut dengan titik leleh sekitar 120

o

C akan meleleh.

Setelah beberapa saat, belerang lebur tersebut dinaikkan

ke

permukaan

tanah

dengan

udara

bertekanan 25 kg/cm2 melalui pipa 1 inch. Belerang cair akan terdorong melalui pipa dengan diameter 3 inch, menuju ke permukaan tanah. Sesaat telah sampai di permukaan tanah, campuran (air, udara, dan sulfur) akan dipompa ke dalam tangki besar untuk selanjutnya didinginkan. Bersamaan dengan proses pendinginan, cairan sulfur yang semula berwarna ungu akan berubah menjadi padatan kuning, dengan posisi mengapung diatas permukaan air. Padatan tersebut kemudian dipisahkan dengan cairan dan udara sisa penambangan. Adapun karakteristik pipa dan kerja yang dilakukan adalah :  Pada pipa paling besar (diameter = ±6 inch) dialirkan air yang super panas berupa campuran air dan uap air dengan suhu sekitar 160-170 0C (diatas titik lebur belerang yang titik leburnya sebesar ±1200C) yang akan mencairkan belerang.  Pada pipa kecil (diameter = ±1 inch) dipompakan udara bertekanan tinggi sekitar 500psi. Gelembung air terperangkap di belarang cair sehingga membuat campuran air dan belerang cair ringan dan lebih mudah untuk memaksa keluar ke permukaan dengan menggunakan tekanan yang diberikan oleh udara terkompresi.

5|PIK

 Pada pipa sedang (biasanya berdiameter = 3 inch) akan dikeluarkan belerang cair akibat dari aliran yang terjadi pada pipa besar dan kecil menuju ke permukaan tanah.

Selain itu, ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam Proses Frasch, salah satunya adalah tentang pemilihan fluida untuk mencairkan padatan belerang di dalam perut bumi. Superheated water dipilih sebagai fluida untuk mencairkan padatan belerang di perut bumi, karena cenderung memiliki volume yang konstan. Berbeda dengan superheated steam jika tidak dapat di kontrol dengan baik dan berubah menjadi cair akan terjadi penurunan volum yang sangat besar atau dengan kata lain terjadi pula penurunan tekanan, sehingga membuat lokasi penambangan rawan akan longsor. Selain itu fluida gas juga tidak dipilih karena agar lelehan belerang dapat dialirkan menuju ke atas permukaan bumi maka harus dalam keadaan tersuspensi di dalam cairan, jika di dalam gas maka padatan belerang tidak dapat terangkat ke permukaan. Selain itu, superheated water yang disuplai harus dijaga suhunya pada kisaran 160 sampai 163 oC. Karena jika terlalu rendah, maka tidak cukup untuk meleburkan padatan belerang, sedangkan jika terlalu tinggi makan akan berpengaruh pada kekentalannya sehingga tidak dapat diangkat ke permukaan bumi.

C. Sulfur Handling Pada tahapan ini, sulfur padat dicairkan dengan tujuan untuk mempermudah reaksi antara sulfur dengan udara kering dan untuk memurnikan sulfur itu sendiri. Alat utama yang digunakan dalam tahapan sulfur handling ini adalah melter. Sebelum masuk ke dalam melter, sulfur padat diangkut dari tempat penyimpanan ke dump hopper dengan menggunakan shovel loader. Kemudian, sulfur padat dimasukkan kedalam melter. Sulfur dicairkan dalam melter dengan menggunakan steam dengan tekanan 7 kg/cm2 dan pada temperatur 170˚C. Setelah keluar dari melter, sulfur yang telah dicairkan dialirkan ke dirty settler sulfur pit untuk mengendapkan kotoran-kotoran yang ada di dalam lelehan sulfur tersebut. Selanjutnya, sulfur yang telah dicairkan dialirkan ke dalam dirty sulfur pumping pit yang bertujuan untuk mengendapkan lebih lanjut kotoran yang masih ada. Kemudian, sulfur cair dipompa ke filter wire net mesh 80 yang 6|PIK

sebelumnya telah diberi diatomaceousearth, tujuannya adalah agar sulfur cair hasil filtrasi memiliki kandungan pengotor >50ppm. Setelah itu, sulfur cair ditampung pada storage tank yang dilengkapi dengan jacket dengan steam pressure 4 kg/cm2 dan temperatur 150˚C, tujuannya adalah untuk menjaga temperatur dari sulfur cair berada di sekitar 153˚C. D. Pembuatan Gas SO2 (SO2 generation) Tahapan proses ini bertujuan untuk mengoksidasi belerang cair sehingga Tahapan proses ini bertujuan untuk mengoksidasi belerang cair sehingga menghasilkan gas SO2. Dari sulfur burner feed pit, sulfur cair dipompa ke dalam sulfur furnace dengan cara di-spray-kan sehingga sulfur cair langsung berubah fase menjadi gas dan mudah untuk direaksikan dengan udara kering yang bertekanan 4275 mm H2O dan suhu 106˚C yang berasal dari drying tower. Untuk menjaga temperatur tinggi tersebut, furnace dipanasi dengan gas alam yang dibakar. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : S + O2 SO2 Gas panas yang keluar dari sulfur burner mengandung SO2 dengan konsentrasi sekitar 10,5% volume dengan temperatur sekitar 1042˚C. Kemudian, panas yang dihasilkan ini dimanfaatkan untuk memanaskan Waste Heat Boiler (WHB) dan steam superheater.

E. SO3 converter section Tahapan proses ini bertujuan untuk mereaksian gas SO2 dengan O2 untuk membentuk SO3. Tahapan proses ini dimulai dengan masuknya gas SO2 ke dalam reaktor yang terdiri dari 4 buah bed catalyst. Tiga bed teratas merupakan konversi tingkat pertama dan bed keempat merupakan konversi tingkat kedua. Katalis yang digunakan berupa vanadium pentoksida (V2O5) dengan suhu sekitar 400˚C - 450˚C. Gas proses yang mengandung SO2 dari furnace dikonversi menjadi SO3 di converter bed dengan reaksi sebagai berikut: SO2 + ½O2  SO3 Temperatur dari bed dijaga pada rentang 430˚C di mana pada temperatur tersebut, katalis berada pada kondisi operasi optimumnya sehingga diharapkan konversi reaksi yang dicapai akan optimum pula. Pada bed catalyst pertama, reaksi berlangsung 7|PIK

dengan konversi sekitar 60% dan keluar dari bed catalyst pertama pada suhu 610˚C. Kemudian gas SO3 yang keluar dari bed pertama dimasukkan ke dalam bagian shell side dari heat exchanger dengan media pendingin gas keluar absorber dengan suhu 78˚C sehingga sekeluarnya dari heat exchanger, gas yang mengandung SO3 bersuhu 440˚C. Kemudian gas SO3 bersuhu 440˚C ini akan masuk ke bed catalyst kedua yang memiliki konversi reaksi sekitar 27%. Gas SO3 yang keluar dari bed catalyst kedua akan bersuhu sekitar 521˚C dan akan didinginkan di shell side heat exchanger dengan media pendingin gas keluar absorber pada suhu 78˚C sama dengan media pendingin gas keluar dari bed catalyst pertama. Sekeluarnya dari heat exchanger, suhu dari gas SO3 ini adalah sekitar 431˚C. Kemudian gas ini akan dialirkan menuju bedcatalyst ketiga yang memiliki konversi reaksi 7%. Gas yang keluar dari bed catalyst ketiga yang banyak mengandung SO3 bersuhu 450˚C dan akan masuk ke economizer dengan media pendingin

boiler

feed

water

sehingga

gas

SO3

akan

didinginkan

hingga

temperatur 220˚C sebelum masuk ke dalam absorber tower. Di absorber tower, gas SO3 diserap dengan H2SO4 dan akan keluar pada temperatur 78˚C. Sebelum masuk ke bed catalyst keempat, gas keluar dari absorber tower akan dipisahkan secara paralel di tube side heat exchanger dan digabungkan kembali sebelum masuk bed catalyst keempat dengan suhu 420˚C. Bed catalyst keempat memiliki konversi reaksi sebesar 5,73%, sehingga konversi total adalah 99,73%. Kemudian, gas yang keluar dari bed catalyst keempat dengan suhu 441˚C akan masuk ke dalam economizer dan didinginkan menjadi 190˚C sebelum akhirnya masuk ke dalam absorption tower yang kedua.

F. Drying Air and SO3 Absorption Section Tahapan proses ini bertujuan untuk menghasilkan udara kering yang bebas pengotor yang akan digunakan sebagai gas pembakar sulfur cair dalam furnace serta mengabsorbsi SO3 menjadi asam sulfat 98,5%. Pada unit drying air, udara atmosfer akan dihisap dengan air blower menuju drying tower. Kandungan air di dalam udara atmosfer akan diserap oleh H2SO4 98,5% yang memiliki sifat higroskopis sehingga dihasilkan udara kering. Kemudian produk dari absorbtion tower pump tank I akan dipompa menuju absorption tower pump tank II. Sisa gas dari absorption tower I, akan dikembalikan ke converter bed IV. Gas yang banyak mengandung SO3 akan keluar dari 8|PIK

bed IV dan diabsorbsi oleh H2SO4 98% yang berasal dari absortion tower pump tank II yang dipompa oleh absorption tower circulation pump II dan dilewatkan absorption tower cooler untuk didinginkan terlebih dahulu.. Produk yang akan dihasilkan adalah berupa H2SO4 berkadar 99,5% dan ditampung di tangki penampung absorption tower pump tank II. Kemudian, H2SO4 dari absorption tower I dan II, ditambahkan air sehingga akan dihasilkan H2SO4 dengan kadar 98,5%.

Flow diagram that illustrates the processes of a sulfur-burning, double-absorption sulfuric acid plant. (Materials Flows of Sulfur by Joyce A. Ober)

III.

PERALATAN DALAM PROSES PEMBUATAN Peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan asam sulfat, yaitu:

1) Sulfur Melter Fungsinya sebagai tempat pencairan atau peleburan belerang dengan bantuan panas steam pada coil.

9|PIK

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 adalah 115oC.

3) Main Blower Fungsinya sebagai penyuplai udara untuk proses pembakaran ke furnace. Main blower yang digunakan adalah tipe turbo fun dengan kapasitas 117 m3/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 kapasitas 8,8 m3/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 mempunyai tinggi 1,8 m, diameter dalam 2,76 m, diameter luar 3m, dan kapasitas 8,8 m3/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. 10 | P I K

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 SO3 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 m3/menit.

11) DT Pump Fungsinya sebagai alat untuk memompakan sirkulasi asam sulfat dari DT Pump Tank ke Drying Tower. DT Pump yang digunakan mempunyai kapasitas 1,2 m3/menit.

12) Plug Valve 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. 11 | P I K

15) Converter Fungsinya sebagai unit proses berlangsungnya proses perubahan gas SO 2 menjadi 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. 16) 1st and 2nd 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 SO3 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 heat exchanger (acid cooler) yang digunakan adalah tipe plate dengan tekanan operasi 5 kg/cm2.

12 | P I K

BAB III I.

Kesimpulan 

Dalam industry pembuatan asam sulfat ada 4 proses utama yaitu pembakaran (burning), converting, dan absorption.

II.

Daftar Pustaka

http://kimiadasar.com/belerang/ diakses pada 23 Februari 2016 pukul 20:36 WIB old.analytical.chem.itb.ac.id/.../frasch_methods.doc diakses pada 23 Februari 2016 pukul 21:36 WIB https://en.wikipedia.org/wiki/Frasch_process diakses pada 23 Februari 2016 pukul 20:42 WIB http://rahmadwioi.blogspot.co.id/2012/11/belerang.html diakses pada 23 Februari 2016 pukul 20: 57 WIB https://abynoel.wordpress.com/2010/01/03/proses-frasch-cara-memperoleh-belerang/ diakses pada 23 Februari 2016 pukul 21:17 WIB https://localwiki.org/oakland/Leona_Heights_Sulfur_Mine diakses pada 23 Februari 2016 pukul 22:02 WIB George T. Austin, Shreve’s Chemical Process Industries, fifth edition, McGraw-Hill, 1976

13 | P I K