BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANGDalam sebuah industri, baik itu industri minyak dan gas atau pun industri manufacture lainnya, dibutuhkan sebuah system utilitas untuk menunjang operasi pabrik tersebut. Salah satunya adalah kebutuhan gas inert.Gas inert ini biasanya adalah nitrogen. Nitrogen biasa diambil dari udara bebas. Alasan mengapa mengambil dari udara bebas adalah karena kandungan Nitrogen dalam udara sangat besar, nitrogen adalah komponen yang paling besar diantara komponen lainnya. Nitrogen dalam udara kering bisa mencapai 78%-V.

Nitrogen ini, biasa digunakan untuk packaging di industri makanan, sebagai pengisi didalam bungkus makanan, agar makanan terhindar dari perkembang biakan mikroorganisme. Gas inert juga digunakan untuk melakukan pengosongan di pipa atau vessel di industri kimia, petrochemical, refinery atau minyak dan gas. Gas inert ini gunakan untuk menghindari terjadinya api atau kebakaran. Selain itu gas inert juga di gunakan untuk breathing di tanki agar tidak terjadi vakum ataun overpressure.Sedangkan Oksigen digunakan dalam produksi baja, plastik, dan tekstil, ia juga digunakan sebagai propelan roket, untuk terapi oksigen, dan sebagai penyokong kehidupan pada pesawat terbang, kapal selam, penerbangan luar angkasa, dan penyelaman. Oksigen merupakan zat yang sangat reaktif dan harus dipisahkan dari bahan-bahan yang mudah terbakar.

Oksigen secara industri dihasilkan dengan distilasi bertingkat udara cair, dengan menggunakan zeolit untuk memisahkan karbon dioksida dan nitrogen dari udara, ataupun elektrolisis air, dll.

Di industri yang lekat sekali dengan bahan yang mudah terbakar, nitrogen menjadi sebuah kebutuhan yang mutlak ada. Tentu karena alasan keselamatan. Karena kebutuhannya yang cukup besar, maka banyak industri kimia yang memiliki system penghasil nitrogen dengan bahan mentah udara. Ada juga pabrik yang produknya adalah nitrogen, oksigen dan sebagainya.Karena kebutuhan akan oksigen dan nitrogen ini cukup besar, Dan untuk memenuhi tugas Proses Industri Kimia maka kami akan mencoba memberikan sedikit wawasan untuk kita ketahui bersama mengenai proses pada industri pembuatan gas oksigen dan nitrogen.1.2 TUJUAN1. Dapat memahami proses pembuatan gas nitrogen dan oksigen.2. Dapat memahami sifat fisika dan kimia dari nitrogen dan oksigen.3. Dapat mengetahui manfaat dari nitrogen maupun oksigen.4. Dapat memahami proses distilasi linde. 1.3. RUMUSAN MASALAH1. Bagaimana proses pembuatan gas nitrogen dan gas oksigen pada skala industri ?2. Apa perbedaan proses pembuatan gas nitrogen dan oksigen pada skala industria dan laboratorium ?3. Bagaimana proses pembuatan gas nitrogen dan oksigen pada skala laboratorium ?BAB II

PEMBAHASAN

2.1. BAHAN BAKU

Pada pembuatan gas oksigen dan gas nitrogen untuk keperluan industry dilakukan dengan cara distilasi udara cair, dimana seperti kita ketahui sendiri bahwa udara terdiri atas atau mengandung 21 % oksigen dan 78 atau 79 % nitrogen. Adapun sifat kimia dan sifat fisika dari kedua unsur ini adalah sebagai berikut :

1. Oksigen

Rumus molekul: O2

Rumus Bangun

: O=O

Nama Lain

: Dioxygen, Liquid-Oxygen; Molecular Oxygen; Pure Oxygen

Berat molekul

: 32,00 kg/kmolFase

: Gas

Warna

: Tak berwarna

Liquid Density: 1,149 g/ cm3 (pada 90,0 K)

Viscositas (): ( T dalam Kelvin )Titik didih

: -183 oC

Titik leleh

: -218,4 oC

Tekanan kritis (Pc): 49,7 atm

Temperatur kritis (Tc): -118,8 oC

SPGR

: 1,1053

Panas laten penguapan: 1629 kal/mol

:1,630 kcal/ gmol

:-

:-

Spesifik heat Cp: 2,8106 3,68(10-5 T + 1,745(10-4 T 2 - 1,065(10-7 T 3 (J/mol.K, T dalam K)2. Nitrogen

Rumus molekul

: N2Berat molekul

: 28,014

Wujud

: Gas

Warna

: Tidak berwarna

Titik didih, oC

: -195,8

Titik leleh, oC

: -209,86

Temperatur kritis, oK

: 126,19

Tekanan kritis, bar

: 33,94

Kapasitas panas, kJ/kmol.K: 3,280 + 0,593 x 10-3T + 0,040 x 10-9T3

2.2. PROSES PEMBUATAN GAS OKSIGEN DAN NITROGEN

A. Pembuatan Gas Oksigen

Pembuatan gas oksigen di laboratorium berbeda dengan pembuatan gas oksigen untuk kepentingan industri.

1. Pembuatan Gas Oksigen di laboratorium

Pembuatan gas oksigen di laboratorium dengan cara memanasakan senyawa oksidanya, seperti yang dilakukan Priestley berikut ini :

Selain itu, oksigen juga dapat diperoleh dengan cara mengelektrolisis larutan garam alkali nitrat atau alkali sulfat.

Melalui cara elektrolisis ini diperoleh gas oksigen di anoda.2. Pembuatan Gas oksigen di Industri

Pembuatan gas oksigen untuk keperluan industry dilakukan dengan cara distilasi udara cair. Dimana udara mengandung 21 % oksigen dan 78 % nitrogen didinginkan hingga suhu 200oC dengan tekanan tinggi sehingga udara mencair. Kemudian udara cair tersebut secara berangsur angsur dipanaskan pada suhu 195,8oC, nitrogen akan menguap, dan selanjutnya dipisahkan. Pada suhu 183oC, oksigen cair akan menguap sehingga dapat dipisahkan dari gas.B. Pembuatan Gas Nitrogen

1. Pembuatan Gas Nitrogen di laboratorium

Dalam skala kecil ( skala laboratorium ), gas nitrogen dapat dibuat melalui pemanasan senyawa azida, seperti natrium azida NaN3 dan barium azida Ba(N3)2. Pemanasan ini menghasilkan gas nitrogen dan logam natrium.

Selain diperoleh dari pemanasan senyawa azida, nitrogen juga dapat dihasilkan dari pemanasan secara perlahan lahan larutan ammonium nitrat.2. Pembuatan Gas Nitrogen di industri

Pembuatan gas nitrogen dilakukan bersamaan dengan pembuatan gas oksigen karena sumbernya juga sama, yaitu udara. Udara yang mengandung 78 % gas nitrogen, didinginkan sehingga diperoleh nitrogen dan oksigen cair.

Selanjutnya, cairan tersebut didistilasi pada suhu 195,8oC. Nitrogen cair akan menguap dan terpisah dengan oksigen cair. Uap nitrogen ini, kemudian ditampung dan dapat digunakan sesuai keperluan.

Tabel Komposisi Udara GasVolume ( % )Triple Point ( K )Boiling Point ( K )Critical Temp. ( K )Critical Presure ( Mpa )

Nitrogen78,08463,15677,35128,23,39

Oksigen20,94654,36390,19154,585,04

Argon0,93483,7887,27150,84,81

Hidrogen0,0000513,9620,2733,191,29

Neon0,00192124,5527,0933,192,68

Helium0,0005239-4,2155,200,22

Kripton0,0001139115,95119,81209,45,40

Xenon0,0000087161,3165,04289,85,74

Karbon dioksida0,02 0,04216,6194,68304,27,25

2.3. PEMBUATAN GAS OKSIGEN & NITROGEN Menggunakan Double Kolum Linde

Secara umum pemisahan udara terdiri dari beberapa unit proses yang pertama adalah proses kompresi, kedua adalah proses pendinginan dan ketiga adalah proses pemisahan. Kenapa selalu ada dua unit tersebut diawal pemisahan? Pertama, secara termodinamika peningkatan tekanan akan meningkatkan temperatur. Coba perhatikan persamaan gas ideal berikut.

Tampak jelas bahwa tekanan sebanding dengan temperatur. Dengan meningkatnya tekanan maka temperatur didih dari material akan meningkat juga. Saat tekanan tinggi maka pada temperatur yang tidak terlalu rendah atau lebih tinggi dari titik didih normalnya udara telah mencair. Sehingga lebih mudah untuk memisahkan komponen yang diinginkan.

Kedua, peningkatan tekanan terbatas oleh kondisi dari fluida dan alat (kompressor). Fluida memiliki titik kritis. Apabila kondisi kritis dari fluida itu telah melewati maka sifat dari fluida tersebut akan berubah sama sekali. Misalkan fluida tersebut adalah nitrogen, nitrogen memiliki titik kritis pada temperatur 147oC dan tekanan 33.999 bar. Diatas kondisi tersebut nitrogen akan memiliki sifat yang berbeda.

Peningkatan tekanan ini akan meningkatkan temperatur, peningkatan temperatur yang terlalu tinggi tidak diharapkan karena ada bahaya kebakaran atau ada bahaya kegagalan dalam operasi. Kegagalan operasi ini disebabkan karena adanya keterbatasan dari peralatan, misalnya kompressor salah satu titik lemah di kompresor adalah sistem pelumasan. Sistem pelumasan pada kompresor tekanan tinggi bisanya menggunakan fluida bertekanan. Fluida yang digunakan bisanya adalah dari jenis hidrokarbon, hidrokarbon ini tidak bisa bekerja dalam temperatur tinggi.

Banyak dari pabrik pemisahan udara mendasarkan kepada lindes double distillation collumn process. Proses ini memiliki dua kolom distilasi untuk memisahkan gas-gas yang diingikan seperti nitrogen, oksigen, argon, dan sebagainya.

Proses linde ini terdiri dari dua unit pemisahan, unit pemisahan pertama dipergunakan untuk mendapatkan produk-produk ringan seperti oksigen dan nitrogen. Udara yang telah di tekan dan di didinginkan dimasukan ke dalam kolom distilasi pertama. Kompresi yang dilakukan hingga 9-10 bar. Sedangkan temperatur diturunkan hingga -166oC. Kemudian udara tekan di throtlle, sehingga tekanan turun sampai 5 bar. Baru kemudian udara tekan tersebut diumpankan kedalam kolom distilasi. Kolom distilasi yang pertama ini hanya melakukan enriching produk. Produk atas akan diumpankan ke kolom distilasi kedua di unit pertama di bagaian atas kolom, sedangkan produk bawah akan diumpankan ditengah kolom. Kolom distilasi kedua ini juga mendapatkan umpan dari recylce unit dua yang masuk di bagian bawah kolom dan yang di campurkan di kolom bagian atas. Baru di kolom kedua ini produk akhir didapatkan. Produk atas adalah nitrogen dengan kemurnian 99.5% dan produk bawah adalah oksigen dengan kemurnian 99.5%. Kolom kedua ini memiliki side draw yang produknya di kirim ke unit pemisahan kedua sebagai umpan.

Di unit kedua, terdapat tiga kolom distilasi disertai adanya reaktor pembakaran. Kolom pertama akan memisahkan nitrogen yang terbawa ke unit kedua untuk di recycle ke unit pertama. Produk yang di kirim ke unit pertama adalah produk atas dari kolom pertama tersebut. Sedangkan produk bawahnya dikirim ke kolom ke dua. Produk atas akan dikirim ke reaktor sedangkan produk bawah dikirim ke unit pertama.

Produk atas akan dicampur dengan hidrogen dan dikirim ke reaktor pembakaran. Reaktor ini berfungsi untuk menghilangkan hidrogen. Reaksi pembakaran hidrogen akan menghasilkan air. Air yang dihasilkan akan dipisahkan dikolom reflux yang kemudian di buang ke waste water treatment.

Sedangkan gas yang komponen utamanya adalah nitrogen dan argon akan menjadi umpan kolom ketiga. Kolom ketiga ini akan misahkan argan dan gas ringan yang masih bercampur. Produk utama dari kolom ketiga adalah argon dan trace gas yang dibuang ke udara. Argon akan dihasilkan sebagai produk bawah sedangkan trace gas lainnya akan dihasilkan sebagai produk atas kolom disitilasi.

Proses yang dijelaskan diatas adalah pabrik yang memproduksi gas (nitrogen, oksigen, argon). Untuk pabrik yang menggunakan nitrogen sebagai bahan pendukung produksi dan hanya untuk kebutuhan keselatanan saja, biasanya proses lebih sederhana. Proses pemisahan hanya terdiri dari unit kompresi, dan unit pendinginan tanpa adanya unit pemisahan. Pemisahan dilakukan dengan mencairkan sebagian udara tekan tersebut. Sehingga yang didapat adalah produk dengan kemurnian yang tidak terlalu baik.

Diagram Linde Double Column dan Main CondenserFlowchart Pembuatan OKSIGEN & NITROGEN Menggunakan Double Kolum LindeBAB III

PENUTUP3.1. KESIMPULAN

1. Pembuatan gas oksigen dan gas nitrogen di laboratorium berbeda dengan pembuatan gas oksigen dan nitrogen untuk kepentingan industri.

2. Secara umum pemisahan udara terdiri dari beberapa unit proses yang pertama adalah proses kompresi, kedua adalah proses pendinginan dan ketiga adalah proses pemisahan.3. Proses linde ini terdiri dari dua unit pemisahan, unit pemisahan pertama dipergunakan untuk mendapatkan produk-produk ringan seperti oksigen dan nitrogen. Di unit kedua, terdapat tiga kolom distilasi disertai adanya reaktor pembakaran. Kolom pertama akan memisahkan nitrogen yang terbawa ke unit kedua untuk di recycle ke unit pertama. Produk yang di kirim ke unit pertama adalah produk atas dari kolom pertama tersebut.3.2. SARAN

Seperti yang kita ketahui sendiri bahwa banyak sekali manfaat yang dapat diperoleh dengan memproduksi gas oksigen dan nitrogen ini, misalnya Nitrogen biasa digunakan untuk packaging di industri makanan, sebagai pengisi didalam bungkus makanan, agar makanan terhindar dari perkembang biakan mikroorganisme. Gas inert juga digunakan untuk melakukan pengosongan di pipa atau vessel di industri kimia, petrochemical, refinery atau minyak dan gas. Gas inert ini gunakan untuk menghindari terjadinya api atau kebakaran. Selain itu gas inert juga di gunakan untuk breathing di tanki agar tidak terjadi vakum ataun overpressure.Sedangkan Oksigen digunakan dalam produksi baja, plastik, dan tekstil, ia juga digunakan sebagai propelan roket, untuk terapi oksigen, dan sebagai penyokong kehidupan pada pesawat terbang, kapal selam, penerbangan luar angkasa, dan penyelaman. Oksigen merupakan zat yang sangat reaktif dan harus dipisahkan dari bahan-bahan yang mudah terbakar. Jadi kita sebagai calon calon engineer di bidang teknik kimia hendaknya memahami betul proses pembuatan gas, tidak hanya terpaku pada gas oksigen dan nitrogen saja akan tetapi juga untuk gas gas yang lain, sehingga kita nantinya dapat menunjang kehidupan industry dan kehidupan manusia dengan karya karya yang kita ciptakan.

_1135190266.unknown

_1185210775.unknown

_1315677733.unknown

_1315678595.unknown

_1315677419.unknown

_1135190309.unknown

_1135190258.unknown