Pembuatan soda abu, soda kaustik, dan klor merupakan salah satu industry kimia dasar yang paling penting. Dalam nilai dolar penggunaannya, bahan-bahanini hamper setingkat dengan asam sulfat dan ammonia. Penerapannya sangat beranekaragam, sedekimian rupa, sehingga boleh dikatakan tidak ada barang konsumsi yang di perjual belikan yang tidak bergantung pada klor dan alkali pada salah satu tahap pembuatannya. Ketiga produkini hamper seluruhnya dijual kepada industry dimana ia kemudian digunakan untuk pembuatan sabun dan detergen, serat dan plastic, kaca, petrokimia, pulp, dan kertas, pupuk, bahan peledak, pelarut, dan berbagai bahan kimia lainnya.

SEJARAH. Proses sintesis yang dekarang digunakan untuk membuat soda abu adalah proses SOLVAY. Sebelum metode ini dikembangkan, proses yg digunakan secara luas adalah proses LeBlanc (1773) . Proses ini didasarkan atas pemanggangan kerak garam (salt cake) dengan air. Produk kasar dari reaksi itu disebut ABU-Hitam (black ash). Pengerasan dilakukan pada waktu dingin pada pengerasan itu berlangsung hidrolisis sebagian sulfide. Ini kemudian diubah lagi menjadi karbonat melalui pengolahan dengan gas yeng mengandung karbondioksida yang berasal dari tanur abu hitam. Larutan natrium karbonat yang dihasilkan dipekatkan sehingga menghasilkan natrium karbonat, yang kemudian dikeringk atau dikalsinasi. Di Amerikaserikat tidak pernah ada yang menggunakan proses ini di dunia. Pada tahun 1861, Ernest Solvay mulai mengembangkan proses solvay berhasil menurunkan harga soda abu sebanyak sepertiganya. Setelah suatu persaingan yang sengit dimana para penghasil soda LeBlanc menggunakan taktik banting harga, proses soda ammonia akhirnya berhasil menggantikan proses LeBlanc secara keseluruhan pada tahun 1915.

Proses solvay tetap mendapat perhatian di Eropa dan Negara-negara yang tidak mempunyai endapan natrium karbonat alam, tetapi pada tahun 1982 hanya tinggal satu pabrik saja yang masih beroperasi dengan proses Solvay di Amerikaserikat. Pabrik itu dapat tetap hidup karna biaya terpasang nya murah sedang ongkos angkut tinggi. Pasaran dalam negeri Amerikaserikat sekarang di kuasai oleh soda alam yang berasal dari endapan di Wyoming yang juga banyak di ekspor. Proses solvay membutuhkan 18,4 GJ energy untuk membuat 1 t soda abu, sedang penambangan setiap ton metric soda abu hitam hanya memerlukan 8,4 Gj saja, sehingga penambangan ini lebih menarik dari segi energy.2aLihat table 13,1 mengenai angka-angka produksi natrium karbonat.

Soda kauistik pada mulanya dibuat melalui kaustiasi soda (abu) LeBlanc secara tampak dengan gampang: Na2CO3 + Ca(OH)2 2NaOH + CaCO3

Bergantung pada kenyataan bahwa kalsium karbonat hampir tidak larut sama sekali di dalam larutan kaustik.

Produksi soda kaustik dengan cara elektrolitik sudah dikenal pada abad kedelapan belas, tetapi barulah pada tahun 1890 soda kaustik diproduksi dengan cara ini untuk keperluan industry. Sampai beberapa tahun sebelum PerangDunia I, kuantitas soda kaustik yang dihasilkan sebagai produk klor proses elektronik boleh dikatakan dapat diabaikan bila dibandingkan dengan yang dibuat dari soda abudengankaustisasigampingdanpadatahun 1962, soda kaustik gamping sudah hampir tidak dibuatlagi. Pada gambar 13.4 digambarkan jalur penggunaan soda kaustik.

Paten pertama mengenai penggunaan klor di indutri diterbitkan padatahun 1799 (seperempat abad setelah penemuannya )yaitu sebagai pemutih. Klor dibuatdariasaklorida dengan proses Deacon, dimana keseimbangan reaksinya tidak terlalu memuaskan:

2HCl + O2 H20 + Cl2

Proses lain adalah proses Weldon, yaituHCldioksidasi dengan mangan dioksida yang mahal. Pengembangan peralatan pembangkit listrik arus searah berkapasitas proses kaustisas iini menjad ikuno dan pada pertengahan abad keduapuluh, lebih dari 99 persen klor yang digunakan di dunia di produksi dari proses elektronik.PENGGUNAAN DAN EKONOMI. Soda abuadalahsuatuzatpadatringan yang agaklarut di dalam air dan biasanya mengandung 99,3% Na2CO3. Zat ini dijual atas dasar kandungan natrium oksidanya yang biasanya adalah 58%. Pada gambar 13.1 dan table 13.3 dirangkumkan beberapa diantara penggunaannya yang penting. Produksi sintetik sudah terdesak karna biaya tinggi dan masalah di Amerika serikat.

Kaustik soda murni adalah zat padat raouh berwarna putih yang sangat kuat dalam menyerap kelembaban dan karbondioksidasi dari udara. Bahan ini dijual atas dasar kandungan soda kaustik digunakan karna sifatnya yang korosifterhadapkulit. Pada table 13.4 Ditunjukkan distribusinya yang cukup beragam. Penggunaan tradisionalnya dalam bidang sabun, tektil dan pengolahan minyak bumi masih menonjol, tetapi penggunaan pada bidang lain pun cukup berkembang.

Oleh karna rasio NaOH dan Cl2 yang di produksi adalah sesuai dengan kandungannya di dalamNaCl, hal ini menimbulkan masalh dalam pemasaran. Dewasa ini kaustik sangat banayk diperlukan dan di perkirakan akan tetap demikian, tetap selama dasawarsa yang lalu, kebutuhan akan klor melebihi kemampuan penyediaanya. Masalah penimbunan klor serta penimbunan dan pembuangan soda kaustik yang berlebihan membuat pasaran menjadi sangat peka.

Klor, yang pada mulanya hamper seluruhnya digunakan sebagai pemutih, sekarang sudah menjadi bahan kimia yang sangat penting. Hal ini disebabkan oleh penggunaannya dalam sintesis bahan kimia organic, dimana biasanya ia tidak muncul dalam produk akhir, tetapi hanya terlibat dalam langkah antara. Pada table 13.2 ditunjukkan produksi klor di Amerika serikat.Pada table 13.5 ditinjau konsumsi klor. Penggunaan dalam bidang metalurgi mencakupnya bukan saja benefisiasi bijih dan pemfluksan, tetapi juga reaksi tembaga timbal, nitrate mas, danplatina. Produk akhirnya mencakup berbagai barang seperti pakaian, perhiasan, cat, makanan, kertas, ban, danmainan. PEMBUATAN SODA ABU

Proses solvay menggunakan garam, batu gamping, dan kokas Atau gas bumi sebagai bahan baku dan menggunakan ammonia sebagai reagen siklus. Keberhasilan proses ini bergantung pada kenyataan bahwa ammonia, karbondioksida, dan air, dalam perbandingan yang tepat, bereaksi membentuk ammonium karbonat.Amonium bikarbonat bereaksi dengan natrium klorida mem entuk natrium bikarbonat yang relative tidak larut di dalam larutan yang ali menjadi ammonia dengan mereaksikannya dengan gamping dan kalsium klorida yang terbentuk inilah yang menjadi sumber utama pemaasan pada proses ini. Proses tua yang menarikini di uraiakansecaraterinci .

Green River basin di bagianbaratdaya Wyoming dialasi oleh suatu endapan trona yang sangatbesar. Trona adalah natrium seskuikarbonat (NaHCO32H2O) alami dan terdapat juga di danau-danau kering di California. lapisan di Wyoming dikerjakan dengan cara penambangan konvensional, walaupun ada perusahaan yang merencanakan menggunakan penambangan dengan cara pelarutan. Pabrik ini di rencanakan untuk dibuka pada tahun 1982. Penambangan dengan cara pelarutan diharapkan dapat menurunkan biaya Jan dapat meningkatkan ekspor, sehingga makin mendesak kedudukan pabrik-pabrik yang mengunakan proses Solvay. Trona tidak memerlukan banyak pengolahan, hanya akhirnya adalah seskui karbonat, natrium karbonat monohidrat atau natrium bikarbonat. Air asin dari danau Searles Lake4 yang mengandung borak juga ada yang di proses menjadi soda abu melalui proses karbonisasi seperti terlukis pada gambar 13.2. Karbonisasinya dilakukan pada tekanan 93 Pka. Karbonisasi mengkonversi karbonat menjadi bikarbonat, kemudian garam2 air asinnya dibilas keluar, lalu di keringkan dan dipanaskan. Dengan cara ini buang cerobong asap melalui absorpsi dengan larutan monoetanolamina. Produk yang putih natrium karbonat yang ringan maupun yang padat keduanya mempunyai pasaran, produk yang ringan (640 kg/m3) biasanya terlalu banyak memakan tempat sehingga pengirimanya tidak ekonomis. Oleh karna itu produk ini harus diberi perlakuan akhir sehingga menjadi produk dengan kerapatan tinggi (993 kg/m3).PEMBUATAN NATRIUM BIKARBONAT

Natrium bikarbonat atau soda kue (baking soda) dibuat dari larutan jenuh soda abu yang diberi C O2 di dalam menara kontak pada suhu 40oC. Suspensi bikarbonat yang terbentuk kemudian dikeluarkan dari dasar menara, disaring dan dicuci di dalam filter daun 70oC. Bikarbonat yang dibuat dengan cara ini mempunyai kemurnian 99,9%. Natrium bikarbonat sangat banyak dipakai di dalam industri makanan, pada pembuatan karet, dalam Aberbagai pemakaian kecil yang amat beragam. Kapasitas produksi di Amerika Serikat adalah 250.000t/tahun pada tahun 1980.Daerah Piceance Basin di Colorado mempunyai lapisan nahkolit (Natrium Bikarbonat alam) di antara endapan-endapan serpih minyak yang terdapat disitu. Dewasa ini adalah suatu proyek yang mengusahakan pemulihan bahan ini melalui penambangan kering di bawah tanah. Bahan mentah hasil tambang dapat langsung digunakan untuk pembasuh gas cerobong guna menyingkirkan karbondioksida atau sebagai aditif dalam pakan ternak.

ANEKA ALKALI

Alkali berbagai ragam dan konsentrasi banyak dipakai dalam industri sesuai dengan kandungan NaOH, Na2CO3, atau NaHCO3 di dalamnya. Beberapa diantaranya merupakan campuran mekanik, misalnya soda abu kaustisasi (causticized soda ash) yaitu soda abu yang mengandung 10% sampai 50% kaustik untuk pencucian botol; dan pembersihan logam; dan soda modifikasi (modified soda), yaitu soda abu dengan 25% sampai 75% NaHCO3, untuk alkali tidak terlalu keras sebagaimana dibutuhkan pada industri penyamakan. Natrium Seskuikarbonat atau mineral trona alami, sangat stabil dan dapat digunakan tanpa modifikasi. Bahan ini digunakan dalam pengolahan wol dan dalam perpenatuan. Sal soda (Na2CO3 10H2O) juga dikenal sebagai soda cuci atau kristal soda. Bahan ini cenderung melepaskan air ke udara pada waktu penyimpanan sehingga rupanya pun berubah dengan cepat.

PEMBUATAN KLOR DAN SODA KAUSTIK

Klor dan soda kaustik dibuat hampir seluruhnya dari elektrolisis larutan akua logam alkali klorida atau dari klorida lebur. Elektrolisis larutan garam menghasilkan klor pada anode dan hidrogen bersama alkali hidroksida pada katode. Jika klor dan alkali hidroksida yang diinginkan sebagai produk akhir, rancang sel harus dibuat sedemikian rupa sehingga kedua bahan itu tidak dapat bercampur . Dewasa ini terdapat berbagai rancang yang cerdik untuk mengatasi masalah tersebut. Tetapi ada 3 jenis rancang sel yang paling banyak dipakai diindustri yaitu sel diagfragma, sel membran, dan sel raksa. Masing-masing mempunyai beberapa variasi pula.

REAKSI DAN PERUBAHAN ENERGI

Voltase Dekomposisi dan Efisiensi Voltase. Energi yang dikonsumsi pada waktu elektrolisis air garam adalah hasil kali antara arus yang mengalir dan potensial sel. Voltase teoritis atau voltase minimum yang diperlukan dalam proses itu dapat diturunkan dari persamaan Gibbs-Helmholz, yang menunjukkan hubungn antar energi listrik dan kalor reaksi pada suatu sistem.

E = -JH/ nF + TdE/dT

Dengan

E = Voltase dekomposisi teoritis

H = Perubahan entalpi kalor

J = Kesetaraan listrik kalor

T = Suhu Absolut

F = Teteapan Faraday

n = Jumlah Ekuivalen yang terlibat

Kalor reaksi pada elektrolisis garam bisa didapatkan dari kalor pembentukan komponen-komponen reaksi menyeluruh, yaitu :

NaCl (ag) + H2O (l) NaOH (aq) + H2(g) + Cl2 (g)

Reaksi ini dapat dipecah-pecah menjadi beberapa reaksi pembentukan sebagai berikut :

Na (s) + Cl2 (g) NaCl (g) H = 407 kJ

H2 (g) + O2 (g) H2O (l) H = 286 kJ

Na (s) + O2 (g) + H2 (g) NaOH (g) H = 469 kJ

H Neto dari reaksi menyeluruh adalah+407 + 286 469 = 224 kJ

Bila ini di substitusikan ke dalam persamaan Gibbs-Helmholz dan perubahan voltase sebagai akibat perubahan suhu diabaikan, maka diperoleh nilai E sebesar 2,31 V. Pengabaian T. dE/dT ini hanya menyebabkan kesalahan kurang dari 10 persen pada kebanyakan sel.

Rasio antara voltase teoritis ini dengan voltase yang sesungguhnya diperlukan disebut efisiensi voltase sel itu. Efisiensi voltase berkisar antara 60 sampai 75 persen. Menurut hukum Faraday, listrik sebanyak 96.000 C yang mengalir melalui sel menghasilkan 1 gram ekuivalen reaksi Kimia pada masing-masing elektrode. Oleh karena adanya reaksi sampingan, sel ini biasanya memerlukan listrik lebih banyak lagi. Rasio arus listrik teoritis terhadap arus listrik yang pada kenyataannya dikonsumsi didefenisikan sebagai efisiensi arus. Efisiensi arus berkisar antara 95-97% dan kecuali dinyatakan lain, biasanya berarti efisiensi arus katode. Arus dibagi dengan luas bidang tempat arus itu bertindak disebut densitas arus. Densitas arus ini sebaiknya besar. Hasil kali antara efisiensi voltase dan efisiensi arus adalah efisiensi energi sel itu. Selain dari itu perlu pula dipertimbangkan efisiensi dekomposisi, yaitu rasio antara ekuivalen yang dihasilkan di dalam sel terhadap ekuivalen yang diumpankan. Pada sel komersial yang biasa, efiensiensi dekomposisi ini berkisar antara 60 sampai 65 persen. Beberapa sel membran yang lebih baru dan lebih besar mempunyai efisiensi setinggi 75 sampai 80 persen. Sel diafragma yang dicoba mengoperasikannya untuk mendapatkan efisiensi dekomposisi tinggi menemui kesulitan berhubung adanya migrasi ion hidroksil kembali ke anode, sehingga terjadi pembentukan ion hipoklorit. Ion hidroksil terdekomposisi pada anode menurut reaksi :

2OH- H2O + O2 + 2e

Oksigen yang terbentuk bereaksi dengan grafit yang digunakan sebagai anode, sehingga memperpendek umur anode. Dalam sel yang menggunakan anode logam, oksigen ini tidak bereaksi.

JENIS-JENIS SEL

Hingga beberapa tahun terakhir ini terlihat seakan-akan sel raksa akan berhasil menguasai bidang ini mengingat bahwa sel ini dapat menghasilkan produk bermutu tinggi dan dapat mengurangi kebutuhan akan evaporasi. Namun ada saja kesulitan yang tidak diperkirakan sebelumnya yang muncul. Raksa yang terbuang masuk ir, walaupun sangat kecil jumlahnya, ternyata merupakan sumber metil merkuri yang menjadi penyebab penyakit yang amat mengerikan pertama kali terlihat pada anak-anak Jepang. Hal ini menyebabkan kadar raksa yang diperbolehkan untuk dibuang ke dalam air atau udara sangat kecil dengan anode titanium yang stabil dimensi ekarang tampaknya sdang berkembang ke arah menguasai bidang ini. Dalam industri yang bergerak lamban ini, perubahan pn berlangsung perlahan-lahan. Pada tahun 1979, 50 persen produk dunia berasal dari sel raksa dan 49 persen dari sel diagfragma. Di Amerika Serikat, 74,3% pabrik menggunakan sel diagfragma dan 20,3% menggunakan sel raksa. Di Jepang ditetapkan bahwa seluruh sel raksa harus sudah digantikan dengan jenis lain pada tahun 1984 dan untuk penggantinya pilihan agaknya tertuju pada penggunaan sel membran.

Tidak ada perangsang perkembangan proses yang lebih hebat dari persaingan diperkirakan bahwa sel raksa dan sel diagfragma akan segera menghasilkan perbaikan di masa mendatang.SEL DIAFRAGMA

Sel diafragma mempunyai satu diafragma, biasanya terbuat dari serat asbes, yang memisahkan anode dari katode. Dengan demikian ion dapat berpindah karena migrasi listrik, tetapi difusi produknya terhalang. Anodenya biasanya terbuat dari grafit, katode dari besi tuang. Diafragma itu kemudian tersumbat karena pemakaian dan ini akan terlihat dari meningkatnya penurunan voltase dan tekanan hidrostatik pada umpan air garam. Diafragma itu harus diperbaharui secara berkala. Diafragma itu memungkinkan air gram mengalir dari anode ke katode dan dengan demikian menghentikan atu mengurangi sekali reaksi sampingan (misalnya pembentukan natrium hipoklorit). Sel yang menggunakan katode logam (titanium yang dilapisi dengan oksida tanah langka, (rare earth), platina atau logam mulia atau oksidanya) jarnang menyebabkan diafragma tersumbat, sehingga sel itu dapat beroperasi selama 12 sampai 24 bulan tanpa memerlukan penggantian diafragma. Diharapkan bahwa diafragma yang terbuat dari plastik yang tahan korosi akan dapat memperpanjang umur pakainya dan dapat mengatasi keberatan para pecinta lingkungan mengenai adanya diafragma monopolar yang modern .

Suatu segi yang paling menguntungkan mengenai sel diafragma adalah bahwa sel itu dapat beroperasi dengan air garam encer (20%) yang kurang murni. Air garam encer itu menghasilkan natrium hidroksida encer pula yang tercemar dengan natrium klorida (biasanya 11% NaOH dan 15% NaCl) sebagai produk. Untuk pengiriman, larutan itu perlu dipekatkan terlebih dahulu, biasanya sampai 50% dan ini menelan banyak energi, biarpun dengan mengggunakan evaporator efek ganda. Untuk menghasilkan satu ton kaustik 50%, air yang diuapkan mencapai 2600 kg. Walaupun garam tidak terlalu larut dalam larutan kaustik, ion klorida yang masih tertinggal sedikit itu masih tidak dapat diterima bagi beberapa industri pemakainya (misalnya dalam pembuatan rayon). Natrium klorat juga merupakan masalah bila kaustik itu hendak digunakan dalam pembuatan gliserin, pentaeritritol, natrium sulfat, natrium hidrosulfat, selofan dan berbagai bahan kimia lainnya. Reduksi katalitik dengan hidrogen dapat digunakan untuk menyingkirkan tanpa harus kembali pada ekstraksi amonia.

SEL MEMBRAN

Sel membran menggunakan membran semi permeabel untuk memisahkan kompartemen anode dari katode. Dengan menggunakan sel diafragma, migrasi balik ion-ion itu dikendalikan oleh laju aliran fluida melalui diafragma dan ini diatur dengan mengendalikan tinggi permukaan zat cair didalam kedua kompartemen itu secara teliti. Dlam sel membran, kedua sel itu dipisahkan denan lembaran plastik yang aktif kimia, yang dapat melewatkan ion natrium, tetapi menolak ion hidroksil. Beberapa jenis polimer sudah ada yang dikembangkan untuk menampung tugas yang sulit ini. DuPont mengembangkan polimer asam perfluorosulfonat (Nafion) sedang Ashai menggunakan membran berlapis banyak terdiri dari polimer asam perfluorokarboksilat. Tujuan membran itu ialah untuk mencegah ion OH- dan Cl- masuk ke kompartemen anode dan dengan demikian produknya mengandung gara lebih rendah daripada sel diafragma. Sel membran beroperasi dengan menggunakan air garam yang lebih pekat dan menghasilkan peroduk yang lebih murni dan lebih pekat (28% NaOH yang mengandung 50ppm NaCl; dan produk dengan 40% NaOH pun akhir-akhir ini dikabarkan ada). Dari produk itu hanya perlu diuapkan 715 kg air untuk menghasilkan satu ton metrik kaustik 50% dan hal ini merupakan suatu penghemat besar. Oleh karena kesulitan dan biaya pemekatan dan pemurnian cukup besar, hanya sel diafragma yang besar-besar saja yang cuku layak untuk didirikan. Sel membran yang menghasilkan NaOH yang agak pekat membuka kemungkinan untuk penggunaan pemakaian kaustik dan dengan demikian menghemat biaya pengangkutan. Unit-unit kecil yang efisien dapat menimbulkan revolusi dalam penebaran lokasi industri klor alkali, lebih-lebih jika efisiensi pada unit kecil ini masih cukup tinggi. Pada tahun 1982 unit membran berukuran komersial belum ad yang beroperasi di Amerik Serikat.

Secara serius pernah disarankan bahwa suatu pabrik gabungan yang menggunakan keluaran dari sel mebran sebagai umpan sel diafragma dapat menghasilkan kombinasi yang optimum dari kedua jenis itudan secara menyeluruh akan menurunkan biaya. Gabungan itu pernah dicoba dengan sel raksa yang mengumpankan keluarannya ke sel diafragma. Membran lebih mudah runtuh dibandingkan dengan diafragma, sehingga sebagian penghematan yang dicapai akan hilang lagi karena umpan air garam itu terpaksa diolah terlebih dahulu untuk membuang kalsium dan magnesium sebelum elektrolisis.

Suatu sel membran yang besarnya 20 kali lebih besar dari sel-sel sebelumnya sudah ada yang ditawarkan (1981). Unit sel seperti itu dapat menghasilkan 240 t klor pertahun, dan konsumsi tenaga listriknya jauh dibawah sel raksa atau sel diafragma. Sebuah sel dwi kutub akan mampu menghasilkan 20.000 t/tahun dengan densitas arus 4 kA/m2.Sel Raksa

Sel raksa snagat berbeda operasinya dari sel sel jenis lain. Anodenya masih grafit juga atau titanium modifikasi seperti yang lain-lain, tetapi katodenya adalah kolam aliran raksa. Elektrolisis menghilkan paduan raksa natrium yang tidak terdekomposisi karena adanya garam. Amalgama itu dekomposisi di dalam suatu bejana lain menurut reaksi:

2NaHg + 2H2O ( 2NaOH + H2 + Hg

Bila untuk proses itu digunakan air dalam jumlah yang tepat, maka hasilnya ialah NaOH 50% dengan kandungan garam yang sangat rendah (30ppm) tanpa memerlukan penguapan. Tetapi kehilangan raksa ke lingkungan, walaupun sedikit saja akan menumbuhkan masalah yang amat gawat. SEL BAHAN BAKAR HIDRIDA

HIDROGEN YANG KELUAR DARI SEL JENIS YANG MANA PUN DAPAT direaksikan dalam sel ban bakar untuk menghasilkan energi listrik dalam jumlah cuku yang berarti . jika energi ini digunakan untuk elektrolisis, biaya akan dapat berkurang sekitar 20%. Perkembangan ini diperkirakan akan berlangung dalam dalam dasawarsa yang akan datang.

PROSES-PROSES LAIN

Proses-proses lain untuk membuat klor antara lain adalah sel downs, pembuatan potas kaustik, dekomposisi hidrogen klorida, proses nitosil klorida dan proses dimana garam diolah dengan asam nitrat sehingga membentuk natrium nitrat dan klor dengan nitrosil klorida sebagai hasil samping. Uap nitrosil klorida ditempatkan dalam kontak dengan oksigen sehingga menghasilkan nitrogen tetroksida dan klor:

2NOCL + O2 ( N2O4 + CL2

Setelah dilikuefaksi dan klornya didistilasi ke luar, nitrogen tetroksida itu diserap ke dalam air menjadi asam nitrat dan asam nitrit yang kemudian didaur-ulangkan:

3NaCl + 4HNO3 ( 3NaNO3 + Cl2 + NOCL + 2H2O

2NOCL + 3HNO2 + 3O2 + H20 ( 5HNO3 + Cl2g

Dupont sudah membangun sebuah pabrik dengan kapasitas 550 t/hari untuk memulihkan klor dari hidrogen klorida dengan proses KCl-chlor. Proses ini dapat menggunakan hidrogen klorida akua maupun hidrogen klorida gas dan mengubahnya menjadi klor melalui operasi mpat langkah yang didasrkan atas proses deacon , tetapi dengan menggunakan asam nitrit sulfat sebagai katalis. Pengembangan teknologi oksiklorinasi merupakan faktor utama yang berhasil mengurangi kelebihan produksi hidrogen klorida dari proses klorinasi organik.

Suatu proses termal lain yang dirancang untuk menghasilkan klor dari garam klorida tanpa elektrolisis, mereaksikan natrium klorida dengan asam sulfat, kemudian mereaksikan hidrogen klorida yang terjadi dengan oksigen di atas katalis K2SO4 V2O5 sehingga membentuk klor. Proses ini baru berada pada tingkat penilitian di laboratorium . oleh karena pada masa yang akan atang diperkirakan kebutuhn akan kaustik lebih besa daripada klor, dewasa ini proses tersebut belum mendapat perhatian sepenuhnya . namun, situasi ini mungkin berubah pada masa yang akan datang.OPERASI TEKNIK DAN KOVERSI KIMIA

PEMURNIAN AIR GARAM

Senyawa senya kalsium, besi, dan magnesium harus dibersihkan dari air garam yang akan diolah karena dapat menyebabkan kebuntuan pada diafragma. Pemisahan biasanya dilakukan melalui pengendapan dengan soda abu atau soda kaustik. Pada sel membran dilakukan pengolamat energi, air gahan tambahan dengan fosfat dan suatu bahan yang masih dirahasiakan. Garam sulfat disingkirkan dengan barium klorida. Untuk menghemat energi, air garam itu biasanya diberi pemanasan pendahuluan sebelum diolah.

ELEKTROLISIS AIR GARAM

Semua jenis sel elektrolisis itu memerlukan tangangan antara 3,0 samai 4,5V per sel. Bila sel sel itu dihubungkan secara paralel, dan setiap sel itu diberi tegangan yang agak rendah, sel itu disebut monopolar. Bila sel sel itu dihubungkan secara seri sehingga memungkinkan pembangkitan dan penggunaan listrik tegangan yang agak tinggi, sel itu disebut bipolar. Untuk sistem bipolar dapat digunakan batangan pengantar yang lebih kecil.

KEVAPORASI DAN PEMISAHAN GARAMPada sel diafragma air garam yang keluar mengandung sekitar 11% NaOH dan 15 NaCl. Pada waktu larutan itu dipekatkan hingga 50% NaOH di dalam evaporator efek berganda yang tabung-tabungnya terbuat dari nikel, sebagian besar garam itu terkristalisasi ke luar dan dapat dipisahkan untuk kemudian didaurulangkan. Bila kandungan garam sebesar 1% tidak merupakan masalah, larutan 50% ini dapat langsung dikirim sebagai produk dengan kepakatan komersial standar. Dengan mengkonstrasikan sampai 73% biaya angkutan dapat dihemat. Tetapi biasanya hal ini menimbulkan masalah pada waktu pemuatan dan pembongkaran karena larutan pekat itu mempunyai titik didih tinggi, sehingga pipa pipa dan kereta tangki yang digunakan harus dipanasi dengan pipa uap. Titik leleh tersebut dalah sebagai berikut: konsentrasi 50%, 12 C, yang 73%, 65 C.

Sel membran menghasilkan kaustik yang jauh lebih pekat dari sel diafragma sedang kandungan klornya kecil, sehingga produk ini tidak banyak memerlukan evaporasi dan perlakuan lain.

Demikian pula untuk sel raksa, tidak diperlukan evaporasi untuk membuat produk konsentrasi 50%.

EVAPORASI AKHIR

Kaustik 50% yang tlah didinginkan dan diendapkan atau kaustik yang telah dimurnikan secara khusus dapat dipekatkan dengan menggunakan evaporator akhir efek tunggal agar menjadi NaOH 70 s/d 75%, dengan menggunakan uap bertekanan 500 sampai 600kPa. Kaustik yang sangat pekat ini harus ditangani dengan pipa yang dipanasi dnegan pipa uap agar tidak mengalami pembekuan. Larutan itu lalu diteruskan ke periuk penyelesaian. Cara lain untuk mengeringkan kaustik 50% ialah dengan mengendapkan naOH monohidrat. Monohidrat ini mengandung air lebih sedikit dari semula dan ini pun menyebabkan kaustik menjadi lebih murni. Jika larutan 50% itu diolah dengan amonia anhidro, lebih lebih dalam sistem lawan arah, terbentuklah kristal anhidro kering yang mudah mencurah dari larutan amonia akua itu. Prosedur ini harus dilaksanakan di dalam bejana tekan.PENYELESAIAN KAUSTIK DI DALAM PERIUK

Walaupun penyelesaian kaustik 50% itu dulu dilakukan di dalam periuk besi tuang kualitas halus dengan menggunakan pemanasan langsung, efisinesi kalornya adalah sedemikian rendah sehingga dewasa ini cara ini dilakukan hanya untuk kaustik 70% sampai 75% saja. Suhu akhirnya adalah 500 C sampai 600 C dan ini akan menguapkan semua airnya, kecuali kira-kira 1% yang masih tertinggal. Periuk periuk besi ini sekarang sudah digantikan dengan evaporator yang dipanaskan dengan dowtherm, juga untuk konsentrasi di atas 50%. Kaustik anhidro yang panas itu diolah dengan belerang agar kandungan besinya mengendap dan keluar. Produk itu dipompakan dengan pompa sentrifugal yang menyalurkan bahan meleleh itu ke dalam drum-drum baja yang dapat menampung 320 kg atau ke dalam mesin penyerpih. Sebagian kaustik itu dibuat menjadi manic-manik, yang lebih disukai oleh sebagian orang yang menganggap penanganan bentuk ini lebih mudah. Semua jenis kaustik padat ini lebih mahal dari bentuk larutan dan pasarannya pun relative kecil. Sebagian besar zat padat yang diproduksi itu di ekspor, karena penghematan biaya angkutan di sini sangat berarti.PEMURNIAN KAUSTIK SECARA KHUSUS .

Diantara pentakmurnian yang tidak dihendaki dalam kaustik 50% adalah besi klorida, nacl, nacl03. Penyingkiran besi biasanya dilakukan dengan mengolah kaustik itu dengan 1% berat serbuk kalsium karbonat dan menyaring campuran yang dihasilkan melalui filter vallez yang menggunakan kalsium karbonat sebagai pelapis. Klorida dan klorat dikeluarkan dengan meneteskan kaustik 50% itu melalui kolom larutan ammonia akua 50%. Pengolahan ini menghasilkan kaustik yang hamper bebas sama sekali dari klotrida dan klorat, seperti yang dihasilkan dari proses raksa. Untuk mengurangi kadar garam dalam kaustik yang diperlukan untuk keperluan tertentu, kaustik itu didinginkan sampai suhu 20 C. di dalam peralatan seperti pada gambar 13.5. ada lagi cara kristalisasi lain yang digunakan dalam industry. Cara ini menyangkut pemisahan nyata senyawa Naoh 31/2 H2O atau NaoH.2h2O sehingga meninggalkan Nacl di dalam cairan induk. Prosedur lain untuk mengurangi kandungan garam di dalam larutan soda kaustik ialah dengan membuat garam kompleks Nacl Na2SO4 NaOH yang mempunyai kelarutan rendah.

Proses baku untuk ekstraksi Nacl dan NaClo3 secara kontinu dari larutan kaustik 50% ialah dengan menggunakan ekstraksi lawan arah di dalam kolom vertical dengan ammonia 70% sampai 95%. Sel raksa menghasilkan soda kaustik yang boleh dikatakan bebas dari garam. Dengan cara pembuatan dan pemurnian ini dapat dihasilkan soda kaustik yang mengandung ketakmurnian kurang dari 1% (atas dasar anhidro).Untuk menghasilkan 1 t kaustik 76%, 879 kg klor, dan 274-7 m3 hidrogen (25.2 kg H2), diperlukan bahan bahan di bawah ini:

Pengeringan klor. Klor panas yang keluar dari anode mengandung banyak uap air. Gas ini terlebih dahulu didinginkan agar sebagian besar uap ini dapat mengembun dan kemudian dikeringkan dengan asam sulfat di dalam menara pembasuh sebagaimana terlihat pada gambar 13.5 sampai pada menara asam sulfat ini, klor basah itu harus ditangani dengan menggunakan bahan yang tahan, seperti polyester, polivinil klorida atau lain lain. Bahan kontruksi seperti besi dan baja baru boleh digunakan sesudah tahap pengeringan tersebut.

Pemampatan dan pencairan klor. Klor kering dikompresi sampai tekanan 240 kPa atau kadang kadang bukan 550 kPa. Untuk tekanan yang agak rendah, kompresor yang biasa digunakan adalah kompresor putar dengan torak zat cair dan terbuat dai besi, dan menggunakan asam sulfat sebagai airan perapat. Untuk tekanan dan kapasitas yang lebih besar, biasanya digunakan kompresor sentrifugal atau kompresor bolak balik tanpa pelumasan. Kompresor bolak balik biasanya menggunakan cincin torak dan salut torak dari karbon, sedang bagian bagian lainnya terbuat dari besi cor. Kalor kompresi ditarik keluar dan gas nya mengembun. Klor cair itu disimpan di dalam silinder silinder kecil, silinder satu ton, pipa atau kereta tangki 50 t yang dikirimkan kepada konsumen besar. Kapal bargas ukuran 550t atau 1000t juga dipakai. Gas sisa atau gas tiup (blow gas) yang selalu terdapat pada proses ini terdiri dari campuran seimbang antara klor dan udara. Gas tiup ini digunakan untuk membuat turunan klor baik organic maupun yang anorganik dan terutama untuk serbuk pemutih.PEMBUANGAN HIDROGEN . Hydrogen sering dibuat menjadi senyawa, misalnya menjadi asam klorida dan ammonia, atau digunakan untuk hidrogenasi senyawa organic. Gas ini dapat pula dibakar untuk pembangkitan kalor atau digunakan di dalam sel bahan bakar untuk pembangkitan listrik.

SERBUK PEMUTIH

Sejumlah besar klor digunakan untuk membuat serbuk pemutih (bleaching powder). Pemakaian ini sudah kian berkurang, terutama karena zat ini relative tidak stabil dan mengandung banyak bahan tak reaktif. Reaksi pembuatan serbuk pemutih adalah sebagai berikut:

O

Ca(OH)2 + Cl2 ( Ca . H2O

Cl

Reaksi ini dilaksanakan pada suhu dibawah 50 C dengan cara lawan arah, di mana klor dilewatkan melalui silinder baja berputar yang didalamnya mempunyai sudu-sudu pengangkut yang menyiramkan zat padat itu melalui gas yang melintas. Bila dibiarkan terletak di udara, serbuk pemutih ini menyerap karbon dioksida. Asam anorganik lain akan membebaskan juga HOCl.

2CaCl(OCl) + CO2 + H2O ( Cacl2 + CaCO3 + 3HClO

2HClO ( 2HCl + O2

Dengan hanya membiarkan nya terletak, zat itu akan terdekomposisi sebagai berikut ini :

2CaCl(OCL) ( 2CaCl2 + O2

Bila dilarutkan di dalam air, reaksinya menghasilkan ion-ion kalsium klorida dan kalsium hipoklorit.

2CaCl(OCL) (2Ca2+ 2Cl- + 2OCL-

Ion OCL- lalu terdekomposisi dan membebaskan oksigen. Pada umumnya, serbuk pemutih itu merupakan suatu bahan pengoksidasi . aktivitasnya diukur dari klor yang tersedia (avail-able chlorine) yang definisinya adalah berat klor yang menghasilkan aksi yang sama dengan senyawa klor yang menjadi perhatian. Dalam hal serbuk pemutih (CaOCl2) klor yang tersedia sama dengan persen klornya, tetapi dalam hal kalsium hipoklorit Ca(OCl) klor yang tersedia adalah dua kali persen klor (49,2) yang ada (99,2%) . dengan lain perkataan, 1 mol klor mempunyai daya oksidasi yang setara dengan 1 mol HOCl atau 1 mol ion OCl- konvensi ini, serbuk pemutih mengandung klor yang tersedia sebanyak 35% atau kurang, pada waktu baru dibuat. Masalah klor yang tersedia ini dapat lebih dijelaskan dengan reaksi berikut:UNTUK KALSIUM HIPOKLORIT

Ca(OCl)2 + 2HCl ( CaCl2 + 2HOCl atau

Ca(OCl)2 ( Ca2+ + OCl-

KALSIUM HIPOKLORIT

Kalsium hipoklorit dapat dibuat melalui berbagai cara. Salah satu cara ialah dengan klorinasi kalsium hidroksida, sebagaimana pada pembuatan serbuk pemutih, diikuti dengan pemisahan Ca(OCl2) melalui penggaraman dengan NaCl untuk mendesaknya keluar dari larutan. Zat ini juga dibuat dengan pembentukan garam [Ca(OCl)2.NaOCl.NaCl.12H2O] pada suhu dingin. Garam itu dibuat melalui klorinasi camouran natrium dan kalsium hidroksida. Kemudian diklorinasikan dengan lumpur gamping klorinasi, disaring agar garamnya keluar, lalu dikeringkan sehingga menghasilkan suatu produk yang stabil yang mengandung 65% sampai 70%vCa(Ocl)2. Reaksinya adalah:

[2Ca(OCl)2. NaOCl.NaCl.12H2O] + CaCl2 + Ca(OCl)2 ( 4Ca(OCl)2. 2H2O.2H2O + 4 Nacl + 16H20

Keunggulan Ca(OCl)2 terutama ialah karena zat ini tidak terdekomposisi sebagaimana serbuk pemutih pada waktu terletak. Zat ini juga dua kali lebih kuat dari serbuk pemutih yang biasa dan tidak bersifat higrokospik.NATRIUM HIPOKLORIT

Natrium Hipoklorit digunakan sebagai desinfektan(pembasmi hama) dan deodorant (pembasmi bau) pada pengolahan susu dan hasil ternak, pengolahan air, pembuangan limbah dan untuk rumah tangga. Zat ini digunakan juga sebagai pemutih pada perusaaan penatu. Pada masa perang dunia 1, zat ini digunakan untuk membasuh luka, sebagai larutan isotonic yang stabil. Sebagai bahan pemutih, bahan ini sangat bermanfaat untuk katun, linen, jute rayon pulp kertas dan jeruk. Bahkan sebagian besar klor yang dibeli untuk digunakan sebagai pemutih produk selulosa diubah menjadi hipoklorit sebelum dipakai. Cara yang paling umum untuk itu ialah dengan mengolah larutan natrium hidroksida dengan gas klor.

Cl2 + 2NaOH ( NaCl + H2O + NaOCl

Cara lain yang banyak digunakan ialah elektrolisis larutan garam pekat yang juga menghasilkan produk yang sama. Sel elektrolitik tidak mempunyai diafragma atau membrane dan beropersai pada densitas arus tinggi dalam larutan yang hamper netral. Sel itu dirancang untuk berfungsi pada suhu rendah agar larutan kaustik pada katode berkontak dengan klor yang keluar pada anode.

NATRIUM KLORIT

Natrium klorit (NaClO2) diperkenalkan pada tahun 1940 oleh Mathieson Chemical Co. produk komersial 80% mengandung kira2 125% klor yang tersedia. Bahan ini dibuat dari klor melalui kalsium klorat dan klor dioksida dan berakhir dengan reaksi

4NaOH + Ca(OH)2 + C + 4ClO2 ( 4NaClO2 + CaCO3 + 3H2O

Setelah kalsium karbonatnya disaring keluar , larutan NaClO2 diuapkan dan dikeringkan di dalam drum. NaClO2 merupakan bahan pengoksidasi yang kuat dan stabil. Bahan ini dapat memutihkan sebagian besar zat pewarna dari bahan selulosa tanpa menyebabkan serat selulosa itu menjadi lemah. Bahan ini banyak digunakan dalam industry pulp dan tekstil. Lebih2 untuk pemutihan akhir kertas kraft. Disamping penggunaannya sebagai oksidator, NaClO2 juga merupakan pembuat suatu senyawa klor yang lain, yaitu klor dioksida melalui reaksi

NaClO2 + Cl2 ( NaCl + ClO2

Klor dioksida mempunyai daya pemutih 2 kali besar dari klor dan merupakan bahan penting pada pemurnian air, pengendalian bau, dan untuk pemutihan pulp.