Web viewTinjauan Thermodinamika 9. Tinjauan Kinetika 10. Langkah Proses dan Diagram Alir 12. Daftar...
Transcript of Web viewTinjauan Thermodinamika 9. Tinjauan Kinetika 10. Langkah Proses dan Diagram Alir 12. Daftar...
TUGAS PROSES INDUSTRI KIMIA
GARAM MEJA
MgCl2
Disusun Oleh:
Apsari Puspita L2C009135
Felicia Ruth L2C009149
Puspita Firsty L. L2C009126
Hilmy Muhammad L2C009167
Cindy K. Putri L2C009165
TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
2010
1
DAFTAR ISI
Halaman Judul ............................................................................................................................1
Daftar Isi ............................................................................................................................2
Latar Belakang ...........................................................................................................................3
Kegunaan MgCl2.................................................................................................................................................................................................................3
Sifat-Sifat Bahan Baku dan Produk pada kondisi 250C, 1 atm....................................................3
Proses-proses pembuatan Magnesium klorida ............................................................................5
1..............................................................................................................................................Pe
mbuatan dari air laut dan kapur (Ca(OH)2) .......................................................................5
2..............................................................................................................................................Pe
mbuatan dari Dolomite dan Air Laut .................................................................................6
3..............................................................................................................................................Pe
mbuatan dari Bittern ..........................................................................................................6
4..............................................................................................................................................Pe
mbuatan dari Carnallitte .....................................................................................................6
5..............................................................................................................................................Pe
mbuatan dari Air Garam Bawah Tanah .............................................................................6
6..............................................................................................................................................Pe
mbuatan dari Magnesium Hidroksida ................................................................................7
7..............................................................................................................................................Pro
ses Pembuatan dan Mekanisme Reaksi ..............................................................................8
Seleksi Proses ..............................................................................................................................8
Deskripsi Proses ..........................................................................................................................9
Tinjauan Thermodinamika ..........................................................................................................9
Tinjauan Kinetika ........................................................................................................................10
Langkah Proses dan Diagram Alir ..............................................................................................12
Daftar pustaka .............................................................................................................................15
2
Latar Belakang
Dalam ilmu kimia, garam adalah senyawa ionik yang terdiri dari ion positif (kation) dan
ion negatif (anion), sehingga membentuk senyawa netral (tanpa bermuatan). Garam terbentuk
dari hasil reaksi asam dan basa. Larutan garam dalam air merupakan larutan elektrolit, yaitu
larutan yang dapat menghantarkan arus listrik. Cairan dalam tubuh makhluk hidup mengandung
larutan garam, misalnya sitoplasma dan darah.
Garam meja yatu jenis garam lain yang kurang populer penggunaannya di Indonesia
biasanya disebut sebagai salt low sodium (garam rendah natrium) merupakan garam dengan
kandungan NaCl yang lebih rendah daripada garam konsumsi biasa. Garam ini mempunyai
komposisi terdiri dari campuran Nacl, MgCl2, dan KCl dengan perbandingan tertentu. Susunan
utama garam meja tersusun dari MgCl2. Oleh karena itu garam meja bisa disebut garam
Magnesium klorida.
Kegunaan MgCl2
1. Bahan tambahan pada industri tekstil, kertas, fireproofing agent, dan semen.
2. Bahan aplikasi medis, yaitu sebagai anestesi pada spesies crustacea.
3. Sebagai koagulan dalam pembuatan tahu dari susu kedelai di Cina dan Jepang.
4. Mencegah pembekuan air di jalan pada saat musim dingin.
5. Mengendalikan erosi debu pada industri tambang.
6. Bahan penyimpanan hidrogen
7. Menurunkan kolestrol dan trigliserida pada tubuh.
8. Mempertahankan alkalinitas di dalam air laut
Sifat-Sifat Bahan Baku dan Produk pada kondisi 250C, 1 atm.
3
1. Magnesium Hidroksida
Sifat fisik
Rumus molekul : Mg(OH)2
Massa molekul : 58,32 g/mol
System kristal : Hexagonal
Densitas : 2,36 g/cm3
Warna : Tidak berwarna
Titik lebur : 350 0C
Sifat kimia :
- Mudah larut dalam HCl
- Tidak larut dalam air
- Mudah larut dalam garam-garam ammonium
- Tidak bereaksi dengan HCl jika pada Mg(OH)2 terdapat garam-garam ammonium
(Vogel, 1979)
2. Asam Klorida
Sifat fisik :
Rumus molekul : HCl
Massa molekul : 36,5 gr/mol
Warna : Tidak berwarna
Titik didih : -85 0C
Titik Beku : -114 0C
Sifat kimia :
- Larut dalam air
- Larut dalam alkohol
- Larut dalam eter
- Melarutkan magnesium hidroksida
3. Kalsium oksida
Sifat fisik :
Rumus molekul : CaO
Massa molekul : 56.077 g/mol
Titik didih : 2850 °C (3123 K)
4
Titik Beku : 2572 °C (2845 K)
5
Mg
ClCl
4. Magnesium klorida
Sifat fisik
Rumus molekul : MgCl2
Massa molekul : 95,211 g/mol (anhidrat)
203,31 g/mol (hexahidrat)
Warna : Putih atau kristal padat tidak berwarna
Densitas : 2,32 g/cm3 (anhidrat)
1,56 g/cm3 (hexahidrat)
Titik lebur : 714 0C
Titik didih : 1412 0C
Kelarutan didalam air : 54,3 g/100 ml (200C)
Sifat kimia :
- Larut dalam air dan alkohol
- Mudah terbakar
- Cukup Mengandung racun
- Rumus Bangun :
- Reaksi Pembentukan : Mg(OH)2 (s) + 2 HCl → MgCl2 (aq) + 2 H2O (l)
- Reaksi Hidrolisa : MgCl2 (l) → Mg (l) + Cl2 (g)
Sumber : (www. Wikipedia.com,1998)
Proses-proses pembuatan Magnesium klorida
1. Pembuatan dari air laut dan kapur (Ca(OH)2)
Sebagai bahan baku utama pembuatan magnesium klorida dipilih air laut, kapur dan asam
klorida. Garam magnesium yang terkandung didalam air laut dimanfaatkan untuk
memperoleh magnesium hidroksida pada temperatur 45 0C dan tekanan 1 atm dengan cara
mereaksikan air laut dengan kapur, kemudian magnesium hidroksida dipisahkan dari
larutannya dan direaksikan dengan HCl menghasilkan magnesium klorida. Dari proses ini
6
dihasilkan magnesium klorida heksahidrat yang kemudian didehidrasi menghasilkan
magnesium klorida anhidrat. (Kirk-Othmer, 1964)
2. Pembuatan dari Dolomite dan Air Laut
Pada proses ini, Dolomite digunakan sebagai bahan untuk menyediakan magnesium
hidroksida pada temperatur 480C dan tekanan 1 atm. Proses selanjutnya sama dengan
proses pembuatan magnesium klorida dari air laut.
Pabrik yang menggunakan teknologi ini adalah Moss Landing California milik Kaiser
Chemical Division. Di Pascagoula, Missisipi, Corning Glass Work membuat garam
magnesium dari sumber yang sama.(Kainer, 2003)
3. Pembuatan dari Bittern
Bittern adalah larutan sisa proses pembuatan garam dari air laut dengan menggunakan
energi matahari. Dalam proses pembuatan garam, komponen yang diambil dari air laut
adalah natrium klorida. Perlakuan yang diterapkan pada bittern untuk memperoleh
magnesium klorida ini sama dengan perlakuan yang diterapkan pada air laut seperti pada
penjelasan sebelumnya. Perbedaan yang ada adalah kandungan magnesium yang terdapat
dalam bittern lebih besar dibandingkan dengan kandungan magnesium yang terdapat
didalam air laut , komposisi bittern sebesar 18,4 % CaCl2, 30,1 % MgCl2, 3,73 % NaCl dan
komposisi air laut sebesar 18,4 % CaCl2, 28,1 % MgCl2, 26,8 % NaCl.
4. Pembuatan dari Carnallitte
Carnallitte adalah salah satu mineral magnesium yang banyak terdapat di kerak bumi.
Proses utama yang terjadi pada pembuatan magnesium klorida dari carnallite (KCl MgCl2
6H2O) pada temperatur 46 0C dan tekanan 1 atm adalah dekomposisi KCl dari mineral
Carnalitte dengan cara pemanasan. Dari proses ini akan diperoleh larutan MgCl2 28 %.
Proses selanjutnya adalah menaikkan konsentrasi MgCl2 dan menghilangkan pengotor yang
masih ada dengan cara evaporasi. Logam besi yang masih terdapat didalam larutan dapat
dipisahkan dengan cara oksidasi dengan menggunakan KCl pada akhir evaporasi
dilanjutkan dengan pemisahan menggunakan Ca(OH)2. (Ettouney, 2002)
5. Pembuatan dari Air Garam Bawah Tanah
Proses ini sedang dikembangkan oleh Dow Chemical Co. yaitu dengan menggunakan air
garam bawah tanah di Michigan dengan komposisi 20,7 % CaCl2, 3,9 % MgCl2, 5,73 %
NaCl pada temperatur 42 0C dan tekanan 1 atm . Proses ini diawali dengan menambahkan
7
sedikit bromine dan chlorine kedalam air garam. Setelah itu Mg(OH)2 diendapkan dengan
slaker dolomite. Larutan Mg(OH)2 yang dihasilkan diendapkan, disaring dan dicuci untuk
menghasilkan lumpur yang mengandung 45 % Mg(OH)2, selanjutnya magnesium
hidroksida direaksikan dengan HCl untuk menghasilkan MgCl2.
Metode lain untuk memperoleh magnesium klorida dari air garam ini adalah dengan
pengendapan menggunakan kalsium hidroksida dan karbonasi lumpur hasil proses dengan
karbon dioksida untuk membentuk magnesium klorida dan magnesium karbonat.
Selanjutnya magnesium klorida dengan magnesium karbonat dipisahkan. (Ettouney, 2002)
6. Pembuatan dari Magnesium Hidroksida
Magnesium hidroksida terdiri dari Fe2O3, SiO2, CaO untuk membentuk produk magnesium
klorida.. Dari proses ini dihasilkan magnesium klorida heksahidrat yang kemudian
didehidrasi menghasilkan magnesium klorida anhidrat seperti terlihat pada tabel 2.3
dibawah ini.
Tabel 2.2 Reaksi yang terjadi selama dehidrasi MgCl2.6H2O
No Range Temperatur Reaksi
1 95-115 0C MgCl2.6H2O MgCl2.4H2O + 2H2O
MgCl2.4H2O MgCl2.2H2O + 2H2O
2 135-180 0C MgCl2.4H2O MgOHCl + HCl +2H2O
MgCl2.2H2O MgCl2.H2O + H2O
3 185-230 0C MgCl2.4H2O MgOHCl + HCl +2H2O
4 >230 0C MgCl2.H2O MgCl2 + H2O
MgCl2.4H2O MgOHCl + HCl
( Sumber : Kirk-Othmer, 1964)
Cara ini sudah diterapkan di Dow Chemical Co di Freepot dan Velasco, Texas oleh Marine
Magnesium Product Co di San Fransisco Selatan. Pembuatan magnesium klorida di Dow
Chemical Co dilakukan dengan menambahkan magnesium hidroksida dengan HCl 10%
untuk memperoleh magnesium klorida. Selanjutnya magnesium klorida dipekatkan dengan
cara evaporasi melalui pemanasan langsung. Hasil akhir adalah magnesium klorida 50%
dengan temperatur 120 0C pada tekanan 1 atm .
8
7. Proses Pembuatan dan Mekanisme Reaksi
Pembuatan garam meja yang berasal dari senyawa magnesium pada air laut sudah lama
dilaksanakan di Jerman. Hasil penelitian kimia dan fisika, International Minerals and
Chemical Corp. adalah pembuatan magnesium klorida dari langbeinit dengan mengeluarkan
kristal kranalit (KCl.MgCl2.6H2O). Garam rangkap ini kemudian diuraikan sehingga
menghasilkan magnesium klorida. Senyawa magnesium dapat diperoleh dari air laut oleh
karena magnesium hidroksida sukar larut di dalam air. Keberhasilan mendapatkan senyawa
magnesium dari proses tersebut bergantung pada
1. Cara melunakkan air laut yang murah, biasanya dengan gamping atau dolomit kalsinasi.
2. Pembuatan bubur gamping murni atau dolomit dengan sifat-sifat tertentu
3. Pengeluaran endapan hidroksida secara ekonomis dari sejumlah besar air.
4. Pemurnian endapan hidro secara murah
5. Pengembangan cara penyaringan lendir
Air laut merupakan sumber utama bagi magnesium dan kalsium. Dalam setiap m3 air
laut diperkirakan terdapat 5.443.080 kg magnesium dan 1.723.642 kg kalsium (Kirk dan
Othmer, 1967). Senyawa magnesium yang terdapat dalam air laut umumnya adalah MgCl2
dan MgSO4 sedangkan senyawa kalsium adalah CaSO4.
Seleksi Proses
Pada prarancangan pabrik pembuatan magnesium klorida ini, proses yang dipilih adalah
pembuatan magnesium klorida dari magnesium hidroksida yang direaksikan dengan HCl untuk
menghasilkan MgCl2. Alasan pemilihan ini karena produk yang dihasilkan menghasilkan
kemurnian produk yang lebih tinggi.
Hal ini sesuai dengan proses Dow dimana reaksinya dapat ditunjukkan sebagai berikut :
Mg(OH)2 (s) + 2 HCl (aq) MgCl2 (aq) + 2 H2O (l)
Magnesium klorida ini juga dapat dibuat dari magnesium karbonat dengan reaksi yang sama.
(Sumber : www. Wikipedia.com,1998)
Karena beberapa alasan tersebut maka proses inilah yang dipilih dalam perancangan pabrik ini.
9
Deskripsi Proses
Mula-mula, ion Magnesium yang terdapat di air laut di presipitasi sebagai Magnesium
hidroksida dengan menambahkan slaked lime, atau Ca(OH)2 pada air laut.
Kemudian Magnesium hidroksida dipisahkan, dan direaksikan dengan Asam klorida untuk
mendapatkan MgCl2. Proses ini dikenal dengan nama Dow Process.
Reaksi: Mg(OH)2 (s) + 2 HCl (aq) MgCl2 (aq) + 2 H2O (l)
Pada temperatur 50oC, tekanan 1 atm.
Konversi 64 %
Tinjauan Thermodinamika
Reaksi: Mg(OH)2 (s) + 2 HCl (aq) MgCl2 (aq) + 2 H2O (l)
Diketahui data-data sebagai berikut:
ΔH298 Mg(OH)2 (s) : -223,9 kcal/mol Cp: 18,2
ΔH298 HCl (aq) : -39,85 kcal/mol Cp: 6,7+0,00084T
ΔH298 MgCl2 (aq) : -189,76 kcal/mol Cp: 17,3+0,00377T
ΔH298 H2O (l) : -68,3178 kcal/mol Cp: 4,1840
ΔHReaksi= ∑ΔH298 + ∑m ∫Cp dT
ΔHReaksi= (ΔH298 Mg(OH)2 (s) + 2 ΔH298 HCl (aq)) - (ΔH298 MgCl2 (aq) + 2 ΔH298 H2O (l))
+ ∑ m ∫Cp dT
ΔHReaksi= 4307,74 kcal/mol
Dari hasil perhitungan ΔH reaksi pada suhu 50oC 1 atm di atas, diperoleh ΔH reaksi =
4307,74 kcal/mol. Reaksi termasuk eksotermis.
Diketahui data-data sebagai berikut:
ΔG298 Mg(OH)2 (s) : -193,3 kcal/mol
ΔG298 HCl (aq) : -31,33 kcal/mol
ΔG298 MgCl2 (aq) : -143,77 kcal/mol
ΔG298 H2O (l) : -56,6899 kcal/mol
ΔGReaksi= ∑ΔG298 produk - ∑ΔG298 reaktan
ΔGReaksi= (ΔG298 Mg(OH)2 (s) + 2 ΔG298 HCl (aq)) - (ΔG298 MgCl2 (aq) + 2 ΔG298 H2O (l))
ΔGReaksi= -1,1898 kcal/mol
10
Konstanta kesetimbangan reaksi pada suhu 25oC dapat dihitung, dengan:
K=exp(−ΔGRT )
K=exp( 1 ,1898 calmol
1 ,987 calmolo K×298o K
)K=exp (2 ,009×10−3 )
K=1,002Pada konsidi operasi (50oC, 1 atm):
ln ( KK ' )=−ΔH
R ( 1T
− 1T ' )
ln (1 , 002K ' )=−4307 ,73
1 , 987 ( 1298
− 1323 )
K '=1, 759Dari perhitungan tersebut, diketahui bahwa reaksi bersifat irreversible.
Tinjauan Kinetika
Tinjauan kinetika ini bertujua untuk mengetahui harga konstanta kecepatan reaksi pembentukan magnesium chloride, yag dapat diprediksi dengan persamaan berikut :
1. Persaman Arhenius:
k=A e−EaRT
Dengan :
k = Konstanta kecepatan reaksi
A = Faktor frekuensi tumbukan,17.9kJ/mol
Ea = Energi aktivasi,13.5kJ/mol
R = Konstanta gas ideal, 8.314 J/mol K
T = Suhu, 323 K
Dari persamaan diatas, harga A, Ea, R adalah tetap, sehingga harga k hanya dipengaruhi oleh suhu, dengan kenaikan suhu maka kecepatan reaksi akan semakin besar, pembentukan
11
MgCl2 juga makin besar (konversi makin besar). Dari pertihungan menggunakan persamaan arhenius diatas, didapat harga k = 1,6789. Karena harg k> 1, maka reaksi bersifat irreversible.
2. Kecepatan reaksi :
ra = k Cam Cb n
Molaritas : Hubungan dengan laju rekasi adalah, semakin besar molaritas maka semakin cepat suatu reksi berlangsung.Dengan
demikian pada molaritas yang rendah suatu reasi akan berjalan lebih lambat daripada molaritas yang tinggi.Konsentrasi : Naiknya konsentrasi maka naik pula kecepatan reaksinya. Artinya
semakin tinggi konsentrasi maka semakin banyak molekul reakan yang tersedia dengan demikian kemungkinan bertumbukan akan semakin banyak juga sehingga kecepatan reaksi meningkat
*Hubungan antara nilai konstanta reaksi (k) dengan konversi (XA), dapat diperoleh dari rumus sebagai berikut :
−d C A
dt=k .C A
−dC A
dC A=k .dt
−∫C Ao
C A −d CA
d CA=∫
0
t
k .C A
−lnC A
CAo=k . t
−lnCAo(1−X A)
CAo=k . t
−ln (1−X A )=k . t
(1−X A )=e−kt
( X A )=1−e−kt
12
Dengan data percobaan yang diperoleh melalui rumus hubungan antara nilai konstanta kecepatan reaksi (k) dengan konversi (XA) dan diasumsikan t (waktu) berlangsung 60 menit dapat diperoleh grafik sebagai berikut :
298 303 308 313 318 323 328 3330
102030405060708090
Grafik Suhu vs Konversi
KinetikaTermodinamika
Suhu (K)
Konv
ersi
(%)
Langkah Proses dan Diagram Alir
Mula-mula Magnesium Hidroksida padat 98% (aliran1) dalam tangki penyimpanan (F-101)
dialirkan ke reaktor (R-201) melalui elevator yang beroperasi 50 0C dan tekanan 1 bar dengan
penambahan HCl 10 % dalam tangki HCl 10% (F-103) dengan perbandingan mol 1:2 (Anonim,
2001a), disini impurity seperti CaO, Fe2O3, SiO2 tidak ikut larut dengan penambahan asam klorida
encer tersebut (Vogel, 1979) sehingga terbentuk magnesium klorida dengan konversi 94,5%, dengan
reaksi sebagai berikut :
Mg(OH)2(s) + 2 HCl(aq) MgCl2(aq) + 2 H2O(l)
Umpan dialirkan ke filter press (H-301) untuk memisahkan padatan dan cairan. Setelah
padatan dipisahkan, diumpankan ke tangki pencampur (M-302) yang digunakan untuk melarutkan
MgCl2 yang tersisa dengan penambahan air, lalu dialirkan ke filter press (H-303) untuk mendapatkan
MgCl2 yang dilarutkan oleh air. Sisa padatan (alur 13) dialirkan ke tanki penampung (F-304).
Aliran cairan yang keluar dari filter press 2 (aliran 8 dan 12) diumpankan ke evaporator 1
(V-401) dengan temperatur 230 0C dan tekanan 5,4 bar sehingga HCl dan air teruapkan, kemudian
HCl dan air yang teruapkan (aliran 15) dikondensasikan pada kondensor (E-403) dan aliran HCl dan
air tersebut dinetralkan pada perlakuan pengolahan limbah. Selanjutnya cairan yang keluar dari
13
evaporator 1 (aliran 16) diumpankan ke evaporator 2 (V-404) pada temperatur 250 0C pada tekanan
3,6 bar yang uap panasnya digunakan kembali untuk memanaskan reaktor.
Cairan yang berasal dari evaporator 2 (aliran 19) dialirkan ke spray drier (D-601) dengan
temperatur 263,78 0C dengan menggunakan gas HCl dan udara panas dengan temperatur 320 0C
(aliran 20) . Produksi gas HCl mula-mula dari tangki HCl 37 % (F-105) dialirkan ke flash drum (D-
501) dengan suhu 34 0C dengan tekanan 5 bar sehingga terpisah dua aliran. Aliran bawah yang
berupa cairan dinetralkan pada perlakuan pengolahan limbah, aliran atas berupa gas HCl dan uap air
serta udara yang berasal dari blower (G-503) bersama-sama dengan gas HCl recycle yang berasal
dari adsorber (D-701) dialirkan ke furnace (Q-602) dimana temperatur aliran meningkat menjaci 320
0C yang dialirkan ke spray drier
(aliran20). Produk pembakaran (aliran gas) yang dihasilkan furnace digunakan untuk
memanaskan evaporator 1 dan evaporator 2
Aliran gas dan padatan yang berasal dari spray drier dialirkan ke cyclone 1 (B-604) dan
cyclone 2 (B-605),aliran gas dialirkan ke adsorber untuk di recycle ke spray drier yang sebelumnya
dipanaskan didalam furnace (aliran 26) dan adsorber yang diregenerasi untuk menghilangkan air dan
HCl yang tertinggal didalam. . Padatan yang keluar dari kedua cyclone (aliran 23 dan 25) didinginkan
oleh udara yang bertujuan menurunkan suhu MgCl2 padatan, lalu dialirkan ke Tanki penyimpan
MgCl2 (F-802) yang merupakan produk dari MgCl2 yang siap untuk dipasarkan.
14
Diagram Alir Proses
15
DAFTAR PUSTAKA
Hydrogen chloride. http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_chloride (24/05/2011)
Magnesium chloride. http://en.wikipedia.org/wiki/MgCl2 (24/05/2011)
Magnesium hydroxide. http://en.wikipedia.org/wiki/Mg%28OH%292 (24/05/2011)
Perry, Robert H. 1997. Perry’s Chemical Engineering Handbook, 7th edition. New York: Mc.
Graw Hill Book.
Properties of Magnesium Chloride. http://www.ehow.com/about_5063749_properties-
magnesium-chloride.html (16/05/2011)
Robinson, Allan. 2010. How to Make Magnesium Chloride Flakes.
http://www.ehow.com/how_5598497_make-magnesium-chloride-flakes.html (16/05/2011)
Sitahang, S.L. 2010. Pra Rancangan Pabrik. Sumatra Utara: Universitas Sumatra Utara.
(http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16979/4/Chapter%20II.pdf.)
Tutor Vista. Magnesium. http://www.tutorvista.com/content/chemistry/chemistry-iii/s-block-
elements/magnesium.php (24/05/2011)
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1471531701000049
16
17