BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Caustic Soda (NaOH) adalah merupakan salah satu bahan kimia yang sangat

penting untuk industri – industri lain, bahkan termasuk “Heavy Chemical Industry” yang

diproduksi dalam volume besar.

Kebutuhan Caustic Soda (NaOH) di Indonesia dewasa ini terus meningkat

terutama banyak digunakan untuk bahan pembuatan sabun, pemurnian minyak, dan

proses pengolahan minyak goreng. Kebutuhan akan Caustic Soda (NaOH) di Indonesia

pada saat ini masih ditunjang dengan import dan luar negeri, padahal Indonesia kaya

akan Calsium Karbonat yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku dalam pembuatan

NaOH dengan proses Continous Door Causticizing. Adapun kegunaan dari Caustic Soda

( NaOH ) adalah untuk :

1. Proses pembuatan kertas.

2. Pembuatan sabun dan detergen.

3. Proses pengolahan minyak goreng.

4. Pembuatan bumbu masak.

5. Pemurnian minyak bumi.

6. Pengolahan garam NaCl, dan lain – lain.

1.2. Tujuan

Penyusunan makalah ini bertujuan:

1. Untuk mengetahui gambaran umum proses pembuatan NaOH.

2. Untuk memilih alternative proses pembuatan NaOH yang lebih efektif.

1.3. Manfaat

Manfaat dalam penyusunan makalah ini adalah sebagai berikut:

1. Memahami konsep perancangan proses yang ada di dalam pabrik pembuatan NaOH.

2. Mengetahui serta membandingkan proses-proses dalam pembuatan NaOH

3. Dapat menganalisa proses dan memilih proses pembuatan NaOH.

Continous Door Causticizing

Na2CO3

Ca(OH)2

NaOH

CaCO3

BAB II

KREASI PROSES

2.1 Diagram Alir Baku Proses

Pembuatan NaOH dimulai pada tahun 1853, yaitu ketika soda mulai digunakan

dalam industri secara luas. Dalam pembuatan NaOH dikenal 2 macam proses yang

umum digunakan, yaitu :

2.1.1 Proses Produksi NaOH dari Lime dan Soda Ash (Continous Door Causticizing)

Pada proses ini bahan yang digunakan adalah Soda Ash (Na2CO3) dan Lime

(Ca(OH)2). Adapun reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

Na2CO3(aq) + Ca(OH)2(s) 2NaOH(aq) + CaCO3(s)

Metode ini dilakukan sebagai berikut :

Larutan Na2CO3 dicampur dengan Ca(OH)2 yang menghasilkan larutan NaOH dan

CaCO3(s). Setelah dipisahkan maka larutan NaOH dipekatkan untuk menghasilkan

konsentrasi NaOH yang diinginkan. Proses ini dapat dilakukan secara batch maupun

kontinue. Pada reaksi di atas digunakan larutan Na2CO3 20 %, sedangkan Ca(OH)2

yang digunakan berupa buburan. Reaksi berlangsung pada temperatur sekitar 85 oC.

Setelah diaduk selama sekitar 1 jam, kemudian diendapkan di dalam thickener.

Larutan hasil pemisahan dari thickener mengandung NaOH dengan kadar 10 – 12 %.

Larutan tersebut kemudian dimasukkan ke dalam evaporator untuk dipekatkan kadar

NaOHnya menjadi 50 % dengan konversi 95 – 96 %. Sedangkan endapan yang

keluar sebagai hasil bawah thickener dipompa ke thickener yang lain untuk diambil

kandungan NaOH dan Na2CO3 dengan jalan menambahkan air panas ke dalam

thickener tersebut. Larutan hasil yang diperoleh adalah larutan encer yang dipakai

sebagai make up Na2CO3 20 % (Faith and Keyes, 1957).

2.1.2 Proses Produksi NaOH dari Elektrolisa Garam

Pada proses pembuatan NaOH dengan cara elektrolisa, reaksi yang tejadi adalah

sebagai berikut:

2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2

Adapun tahapan – tahapan proses elektolisa garam meliputi:

1. Proses pemurnian larutan NaCl

Sebelum NaCl dikonversikan di dalam sel elektrolisa terlebih dahulu NaCl padat

tersebut dilarutkan ke dalam sejumlah air sampai konsentrasi tertentu. Setelah itu

barulah dilakukan pemurnian larutan garam dari ion – ion Mg2+, Ca2+, Fe3+, dan

SO42- dengan menambahkan reagen BaCl2, NaOH, dan Na2CO3 dalam bentuk

larutan. Dengan demikian ion – ion tersebut bereaksi dan menghasilkan endapan

yang dibuang pada rotary drum filter.

2. Proses elektrolisa larutan NaCl

Larutan NaCl dimasukkan ke dalam reaktor sel elektrolisa. Dalam sel elektrolisa

larutan garam dialiri arus listrik searah (DC), sehingga akan mengakibatkan

terurainya NaCl menjadi Na+ dan Cl-. Dengan penambahan air akan terbentuk

NaOH disertai pembentukan gas H2.

Proses elektrolisa sendiri dapat dilakukan dengan 3 macam cara :

1. Proses elektrolisa dengan sel diaphragma

Dalam sel diphragma yang dipakai sebagai anoda adalah grafit dan sebagai katoda

digunakan besi atau platina. Diaphragma dibuat dari asbes mudah dilalui ion – ion

tapi sukar dilalui oleh molekul. Diaphragma ini memisahkan memisahkan anoda

dan katoda. Dengan adanya arus searah, pada anoda diperoleh gas Cl2 dan pada

katoda diperoleh gas H2

Reaksi :

NaCl Na+ + Cl-

H2O H+ + OH-

Anoda : 2Cl- Cl2 + 2e

Katoda : 2H2O + 2e H2 + 2OH-

Na+ + OH- NaOH

Konsentrasi NaCl yang diizinkan adalah 340 – 350 g/liter yang pada hakekatnya

adalah larutan jenuh. Sel bekerja pada suhu 85 oC (Faith and Keyes, 1972).

Diaphragma umumnya diganti setiap empat kali pergantian anoda. Umur anoda

biasanya sekitar 365 hari. Pada saat ini telah digunakan diafragma dan elektroda

yang telah dimodifikasi sehingga memiliki efisiensi yang lebih tinggi dan umur

Pemurnian Reaktor sel elektrolisa

NaCl

H2

NaOH

H2O Listrik DC

penggunaan yang lebih lama yaitu mencapai 8-10 tahun. Larutan NaOH yang

dihasilkan adalah 11,3 – 15 %. 

2. Proses sel elektrolisa dengan sel membran

Sel membran memakai membran semipermeabel untuk memisahkan anoda dan

katoda. Membran ini hanya mengijinkan ion Na+ untuk melewatinya dan

mencegah ion OH-. Pemakaian ini dimaksudkan untuk mencegah ion OH - dan Cl-

masuk ke dalam ruangan katoda. Membran terbuat dari bahan polimer seperti

perfluoro sulfonie acid polimer dan perfluorocarboxylic acid polimer. Sel

membran menghasilkan NaOH yang lebih murni dan lebih tinggi konsentrasinya

bila dibandingkan dengan sel diaphragma, yaitu sebesar 28 %. Sel membran ini

telah diterapkan dalam industri secara komersiil tetapi terlalu mahal.

3. Proses elektrolisis dengan menggunakan sel merkuri

Di dalam sel mercuy, yang dipakai sebagai katoda adalah merkuri yang dialirkan

pada bagian dasar sel, sedangkan sebagai anoda dipakai grafit. Larutan NaCl yang

telah dimurnikan dialirkan diantara kedua elektroda tersebut dan membentuk

NaHg pada katoda dan gas Cl2 pada anoda.

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

NaCl Na+ + Cl-

Anoda : 2Cl- Cl2

Katoda : 2Na+ + Hg+ + 2e NaHg

2NaHg + H2O 2NaOH + H2 + Hg

Larutan NaCl sebagai umpan masuk ke dalam sel elektrolisa pada suhu 60 – 70oC

dengan konsentrasi NaCl 340 – 350 g/liter. Amalgam (NaHg) yang dihasilkan

mengalir ke dekomposer dan dikontakkan dengan air secara counter current

sehingga dihasilkan NaOH 50 % dan gas H2.

2.2 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk

2.2.1 Proses produksi NaOH dari lime dan Soda Ash (Continous Door Causticizing)

Bahan baku yang digunakan adalah sebagai berikut:

1. Calsium Hidroksida ( Ca(OH)2)

Calsium Hidroksida dihasilkan dari Calcite ( CaO ) atau dolomit dengan

penambahan air, sedangkan CaO merupakan hasil kalsinasi batu kapur pada suhu

tinggi antara 900 – 1300 ºC. Reaksi terbentuknya kapur hidrat adalah sebagai

berikut :

Batu kapur ( Kalsinasi )

CaCO3 → CaO + CO2

CaO + H2O → Ca(OH)2

Dolomit

CaO.MgO + 2H2O → Ca(OH)2 + Mg(OH)2

Sifat fisika dan kimia dari Calsium Hidroksida adalah antara lain :

- Berbentuk bubuk putih halus.

- Bila dipanaskan pada suhu 450 °C akan terurai menjadi CaO dan air.

- Menyerap CO2 dan membentuk calsium karbonat.

- Titik lelehnya 580 °C.

- Spesifik gravity : 22.

- Berat molekul (BM) : 74,08. (Shreve, hal 67 )

2. Natrium karbonat ( Na2CO3 )

Sifat fisika dari Natrium karbonat adalah antara lain :

- Berbentuk bubuk putih keabu – abuan atau seperti gumpalan yang terdiri atas

99% sodium karbonat.

- Larut dalam air.

- Tidak larut dalam alkohol dan tidak mudah terbakar.

- Specific gravity : 1,5.

- Titik lelehnya 851 °C.

- Berat molekul (BM) : 106.

- Berfungsi sebagai pengikat ion Ca2+ yang ada dalam garam karena bila ion ini

berlebihan akan mengakibatkan terbentuknya gas H2 dan mengurangi efisiensi Cl2.

Produk yang dihasilkan adalah sebagai berikut :

1. Sodium Hidroksida ( NaOH )

Sifat fisika :

- Berbentuk padatan, serbuk.

- Berwarna putih.

- Larut dalam air, alkohol, dan glycerol.

- Menyerap air dan CO2 dari udara.

- Specific gravity pada suhu 68°C : 2,13.

- Titik leleh : 318 °C.

- Titik didih : 1390 °C.

- Bersifat korosif terhadap kulit tetapi tetap dapat digunakan untuk menyerap

kelembaban dan karbon.

Sifat kimia :

- Bereaksi dengan gas CO2 dari udara sesuai reaksi sebagai berikut :

2 NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O

- Bereaksi dengan asam lemak bebas ( FFA ) dengan konsentrasi rendah, di

bawah 0,5 normal. Sesuai dengan reaksi sebagai berikut :

- Dengan asam klorida membentuk garam sesuai denganreaksi sebagai berikut :

HCl + NaOH → NaCl + H2O

Produk samping yang dihasilkan adalah sebagai berikut:

Kalsium Karbonat (CaCO3)

Sifat fisika:

Fase : Padat

Warna : Putih

Kadar air : 7 – 10 % H2O

Bulk density : 1,3 ton/m3

Spesific gravity : 2,49 gr/cm2

Kandungan CaO : 47 – 56 %

Kuat tekan : 31,6 N/mm2

Silika ratio : 2,6

Alumina ratio : 2,57. (Puja Hadi Purnomo, 1994)

Sifat Kimia:

Mengalami kalsinasi, dengan reaksi:

CaCO3 CaO + CO2 (R.H. Perry, 1984)

2.2.2 Proses produksi NaOH dari Elektrolisa Garam

Bahan baku yang digunakan adalah sebagai berikut:

1. Natrium Klorida (NaCl)

Sifat fisika

- Berbentuk Kristal

- Tidak berwarna

- Higroskopis

- Sedikit larut dalam alkohol dan larut dalam air dan gliserol

- Memiliki berat molekul 58,44

- Berbentuk padatan putih dengan struktur bongkahan Kristal

- Titik lelehnya 800,6oC

- Titik didihnya 1,413oC

Sifat kimia

- Bisa didapat dari reaksi NaOH dan HCl sehingga pHnya netral

- Ikatan ionik kuat (Na+) + (Cl-) selisih elektronegatifnya lebih dari 2

- Larutannya merupakan elektrolit kuat karena terionisasi sempurna pada air.

2. Air (H2O)

Sifat fisika Air

- Rumus kimia : H2O

T= 700-9000C

- Wujud pada suhu 30°C, tekanan 1 atm : Cair

- Berat molekul : 18 g/gmol

- Kapasitas panas : 1 kal/g°C

- Densitas : 1 g/cm3

- Konduktifitas panas : 726 kal/m.jK (Kirk and Othmer,1983)

Sifat kimia

Air memiliki rumus kimia H2O, satu molekul air tersusun atas dua atom hidrogen

yang terikat secara kovalen pada satu atom oksigen. Zat kimia ini merupakan

suatu pelarut yang penting, yang memiliki kemampuan untuk melarutkan banyak

zat kimia lainnya, seperti garamgaram, gula, asam, beberapa jenis gas dan banyak

macam molekul organik.

Produk yang dihasilkan

1. Sodium Hidroksida (NaOH)

Sama seperti yang telah dijelaskan diatas

Produk samping yang dihasilkan adalah sebagai berikut:

1. Hidrogen (H2)

Sifat Fisik :

- Rumus kimia : H2

- Berat molekul : 2,016 gr/gmol

- Fase pada temperatur kamar : gas

- Titik didih : -252,80C

- Titik lebur : -259,20C

- Kapasitas panas : 6,483 +(2,215.10-3)T +(-3,298.10-6) T2 + (1,826.10-9) T3

kkal/gmol.K

Sifat Kimia

Hidrogen merupakan unsur yang paling ringan. Molekul hidrogen meliputi dua

bentuk, yaitu ortho dan para dari orientasi spin atom tetapi sifat keduanya sama.

Dalam industri hidrogen digunakan sebagai pereduksi logam oksida seperti pada

besi untuk pengelasan, serta operasi pengerjaan logam lainnya. Beberapa proses

industri yang dalam proses sintesanya menggunakan hidrogen adalah proses

amonia, asam hipoklorit, metanil dan aldehid. Selain itu juga untuk

menghidrogenasi bermacam-macam produk petroleum, edible oil dan batu bara.

2. Klorin (Cl2)

Sifat fisika:

Rumus molekul : Cl2

Berat molekul : 70,91 kg/kgmol

Titik didih (1 atm) : -34,050C

Titik beku (1 atm) : -100,980C

Wujud (250C, 1 atm) : gas

Densitas gas : 2,48 kg/m3

Densitas cairan : 3,213 kg/m3

Tekanan kritis : 7,7108 MPa

Volume kritis : 0,001745 m3/ kg

Suhu kritis : 417,15 K

Viskositas cairan : 0,34 cP

Viskositas gas : 0,014 cP

Panas laten penguapan : 287,4 J/g

Sifat Kimia

Klorin tidak bereaksi langsung dengan oksigen atau nitrogen. Pada kondisi

tertentu dapat bereaksi dengan amonia cair membentuk monokloroamin,

dikloroamin atau nitrogen triklorida, menurut reaksi sebagai berikut :

NH3 + Cl2 NH2Cl + HCl

NH3 + 2 Cl2 NHCl2 + 2 HCl

NH3 + 3 Cl2 NCl3 + 3 HCl

Klorin mempunyai afinitas yang besar terhadap hidrogen. Contoh : klorin bereaksi

dengan hidrogen sulfit membentuk hidrogen klorida, menurut reaksi sebagai

berikut:

H2S + Cl2 2 HCl + S

Klorin digunakan sebagai chlorinating agent untuk beberapa senyawa organik.

Klorin bereaksi dengan beberapa hidrokarbon, memanfaatkan kembali satu atau

lebih atom hidrogen dan membentuk hidrogen klorida sebagai produk samping.

Contoh : metana dapat diklorinasi membentuk metil klorida, meskipun pada

umumnya cara yang digunakan adalah hidroklorinasi dari methanol menggunakan

hidrogen klorida. Reaksi yang terjadi :

CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl

CH3OH + HCl CH3Cl + H2O

Klorin bereaksi dengan hidrokarbon tak jenuh membentuk klorinasi hidrokarbon.

Reaksi yang terjadi : CH2 = CH2 CH + Cl2 ClCH2CH2ClCH ( Kirk & Othmer,

vol. 1,1992)

2.3 Analisis Pemilihan Proses

Tabel Perbandingan pembentukan NaOH berdasarkan analisa proses

No. Parameter Continuous Door

Causticizing

Elektrolisa Continuous Door

Causticizing

Elektrolisa

1.

2.

3.

4.

Bahan baku

Reaktor

Bentuk

Sifat

Konversi

Equipment

Soda Ash (Na2CO3)

dan Lime (Ca(OH)2).

Tangki elektrolisa

Eksotermis

>50%

Mudah didapat

NaCl

CSTR

Elektrik (Arus DC)

11-28%

Mudah didapat

+

+

+

+

+

+

-

-

-

+

Berdasarkan data di atas, proses yang dipilih adalah proses no. 1, proses produksi

NaOH dari lime dan soda ash (Continuous Door Causticizing). karena konversi NaOH

yang dihasilkan paling besar, yaitu 50%. Selain itu prosesnya juga sering digunakan

dalam industri dan bahan baku yang digunakan juga mudah di dapat.

2.4 Tahapan Sintesa proses

Tahapan sintesa proses pembuatan NaOH dari lime dan soda ash (Continuous Door

Caustizing) adalah sebagai berikut:

Step 2. Distribute the Chemicals

Menggunakan reactor tangki berpengaduk.

Reaktor CSTR

Na2CO3

NaOH

Reaktor CSTRThickener

Na2CO3

Ca(OH)2CaCO3

NaOH

Pada tahap ini, Na2CO3 dan Ca(OH)2 direaksikan di dalam reaktor dengan tipe CSTR.

Produk keluar berupa NaOH sebagai produk utama dan CaCO3 sebagai produk samping.

Step 3. Eliminate Differences in Composition

Pada tahap ini, produk yang keluar dari reactor berupa NaOH dan CaCO3 kemudian

dipisahkan dengan menggunakan alat pemisah yang berupa thickener.

Step 3. Elminate Differences in Temperature, Pressure and Phase.

BAB III

FLOWSHEET

3.1 Deskripsi proses

Reaktor CSTR

(1 atm, 85ᵒC

1 jam operasi)

Thickener

Na2CO3

Ca(OH)2

CaCO3

NaOH

Ca(OH)2

CaCO3

Bahan baku berupa padatan Na2CO3 dari suplier disimpan dalam gudang

penyimpanan. Dengan menggunakan screw conveyor, Na2CO3 didistribusikan

kedalam mixer untuk dicampur dengan air dan padatan Ca(OH)2 yang berasal

dari gudang penyimpanan Ca(OH)2.

Keluaran dari mixer yaitu berupa campuran Na2CO3 dan Ca(OH)2 dipompa

menuju heat exchanger untuk menaikkan suhu dari 30OC menjadi 85OC. Larutan

yang keluar dari heat exchanger dipompa menuju reaktor.

Campuran yang sudah masuk reaktor kemudian bereaksi selama 1 jam dengan

suhu 85OC tekanan 1 atm. Setelah diaduk selama sekitar 1 jam, kemudian

diendapkan didalam thickener. Larutan hasil pemisahan dari thickener

mengandung NaOH dengan kadar 10-15%.

Endapan yang keluar sebagai hasil bawah thickener dipompa ke thickener yang

lain untuk diambil kandungan NaOH dan Na2CO3 dengan jalan menambahkan air

panas ke dalam thickener tersebut. Larutan hasil yang diperoleh adalah larutan

encer yang digunakan untuk make up Na2CO3 sedanagkan padatan CaCO3

didstribusikan menuju spray dryer untuk dikeringkan dan kemudian ditampung

di tangki penampung.

Larutan NaOH dari thickener pertama dipompa menuju evaporator untuk

memekatkan larutan NaOH dengan kadar 50%. Uap air yang terbetuk dari

evaporator dikondensasi menuju ke water tank. Larutan NaOH pekat, dipompa

ke crystallizer. Slurry yang keluar dari crystallizer, dialirkan menuju centrifuge.

Setelah mengalami pemisahan di centrifuge, larutan NaOH dikembalikan ke

crystallizer sedangkan padatannya menuju spray dryer untuk dikeringkan. NaOH

yang telah dikeringkan didistribusikan dengan screw conveyor ke tangki

penampung.

3.2 Analisa Pemilihan alat

1. Pompa

Pompa yang digunakan selama proses pembuatan NaOH adalah pompa sentrifugal dan rotary

pump. Hal ini sesuai dengan heuristic 37.

2. Heat Exchanger

Penggunaan Heat Exchanger dipilih berdasarkan heuristic 26 karena suhu operasi yang

digunakan 850C (1850F).

3. Alat Pemisah

a. Berdasarkan heuristic 9, pemisahan campuran liquid dengan menggunakan kristalisasi.

Crystalizer yang digunakan adalah type batch,

b. Berdasarkan heuristic 15, alat evaporator yang digunakan untuk memekatkan larutan

NaOH, uap airnya dikondensasi dan hasil kondensatnya dimanfaatkan kembali pada

water tank.