Pembuatan Metanol dari Gas Alam pada Skala Industri

Dewasa ini metanol diproduksi dalam skala industri terutama berdasarkan

perubahan katalitik dari gas sintesa (catalityc conversion of synthesis

gas). Berdasarkan tekanan yang digunakan proses pembuatannya dibagi

menjadi:

 

1. Proses tekanan tinggi.

Pada proses ini pembuatan metanol dioperasikan pada tekanan 300 bar,

menggunakan katalis krom oksida – seng oksida untuk perubahan

katalitik dari CO dan CO2 dengan H2 menjadi metanol pada suhu 320

sampai 400 oC. Kekurangan proses ini adalah mahalnya komponen yang

diperlukan untuk tekanan tinggi, biaya energi yang lebih tinggi, serta

biaya peralatan yang relatif cukup tinggi.

 

2. Proses tekanan rendah.

Pada proses ini tekanan yang digunakan ialah 50-150 bar dan suhu 200–

500 oC. Jenis katalis yang digunakan ialah dasar tembaga (copper based

catalyst). Keunggulan dari proses ini adalah biaya investasi yang lebih

rendah,biaya produksi yang lebih rendah, kemampuan operasi yang lebih

baik dan lebih fleksibel dalam penentuan ukuran pabrik.

 

Berdasarkan perbandingan dua proses di atas maka proses tekanan

rendah dengan pertimbangan sebagai berikut:

Biaya investasi yang relatif rendah.

Biaya produksi yang lebih rendah.

Kemampuan operasi yang lebih baik.

Lebih fleksibel dalam penentuan ukuran pabrik.

 

Proses-proses yang menggunakan tekanan rendah antara lain adalah

sebagai berikut:

1. Proses Lurgi

Proses ini patennya dimiliki oleh Lurgi Oel Gas Chemie GmbH. Gambaran

prosesnya secara garis besar adalah sebagai berikut. Gas alam dilewatkan

dalam proses desulfurisasi untuk menghilangkan kontaminan sulfur.

Proses ini berlangsung kira-kira pada suhu 350-380 0C dalam

reaktor desulfurisasi. Kemudian gas dikompresi dan dialirkan ke dalam

unit reformer, dalam hal ini LURGI reformer dan autothermal reformer.

Dalam unit reformer gas dicampur dengan uap panas dan diubah menjadi

gas H2, CO2, dan CO dengan tiga macam langkah pembentukan. Gas hasil

kemudian didinginkan dengan serangkaian alat penukar panas. Panas

yang dimiliki oleh gas hasil digunakan untuk membuat uap panas.

Pemanas awal gas alam, pemanas air umpan masuk boiler dan alat re-

boiler di kolom distilasi. Gas hasil tersebut kembali dikompresi hingga 80-

90 bar tergantung pada optimasi proses yang ingin dicapai. Setelah

dikompresi gas hasil kemudian dikirim ke dalam reaktor pembentukan

metanol. Reaktor yang digunakan ialah LURGI tubular reaktor (proses

isotermal) yang mengubah gas hasil menjadicrude methanol. Crude

methanol  hasil kemudian dikirim ke dalam unit kolom distilasi untuk

menghasilkan kemurnian metanol yang dihasilkan.

2. The ICI Low Pressure Methanol (LPM) Process

Proses ini merupakan proses yang paling umum digunakan dalam proses

pembutan metanol. Paten dari proses ini dimiliki oleh Imperial Chemical

Industry (ICI) dan sekarang lisensinya dipegang oleh anak perusahannya

yaitu Synetik.

Deskripsi prosesnya adalah sebagai berikut,  umpan gas alam dipanaskan

dan dikompresi lalu kemudian didesulfurisasi sebelum dimasukkan ke

dalam saturator. Setelah didesulfurisasi gas alam kemudian di masukkan

ke dalam saturator, di dalam saturator gas alam dikontakkan dengan air

panas. Pada  proses ini sekitar 90% kebutuhan steam untuk proses dapat

dicapai. Selanjutnya gas alam kemudian dipanaskan ulang dan

ditambahkan kekurangan steam yang dibutuhkan untuk proses.

Campuran gas alam dengan uap panas ini kemudian dikirim

kedalammethanol synthesys reformer (MSR). Di dalam MSR ini gas alam

dirubah menjadi H2,CO2, CO. Gas hasil ini kemudian didinginkan dengan

serangkaian alat penukar panas. Panas yang dihasilkan digunakan untuk

memanaskan air umpan masuk boiler,menghasilkan uap panas dan

kebutuhan yang lain. Lalu gas hasil ini dikirim ke dalam methanol

converter  (ICI tube cooled reactor). Reaksi yang berlangsung dengan

bantuan katalis dalam reaktor ini menghasilkancrude methanol dan bahan

lain, hasil dari reaktor kemudian dipisahkan dengan separator, gas yang

masih belum terkonversi dipakai sebagai bahan bakar MSR.Crude

methanol yang sudah dipisahkan dari bahan lain kemudian dikirim ke unit

distilasi fraksionasi untuk menghasilkan metanol yang lebih murni.

 

3. The ICI Leading Concept Methanol (LCM) Process

Proses ini merupakan perbaikan dari proses ICI LPM, terutama dalam hal

unit reformer. Prosesnya  adalah sebagai berikut. Umpan masuk gas alam

pertama-tama di desulfurisasi sebelum memasuki saturator. Dalam

saturator gas alam dikontakkan dengan air panas yang dipanaskan oleh

gas hasil yang keluar dari Advanced Gas  Heated Reformer (AGHR).

Pengaturan sirkuit saturator ini memungkinkan untuk mendapatkan

sebagian uap panas yang dibutuhkan untuk proses dan mengurangi

sistem uap panas dari boiler.Tetapi berbagai macam modifikasi proses

dapat dilakukan tergantung dari pemilihan sistem reformer dan converter.

Campuran gas alam dan uap panas ini kemudian dipanaskan sebelum

memasuki AGHR, dalam AGHR gas campuran memasuki tabung-tabung

yang berisi katalis yang dipanaskan oleh gas hasil

dari reformer kedua. Kira-kira 25 %  gas alam terkonversi dalam AGHR

menjadi CO2. Setelah keluar dari AGHR gas alam

memasuki reformer kedua kemudian ditambahkan semburan oksigen

yang merubah gas alam dengan bantuan katalis menjadi gas hasil yaitu

H2, CO2, dan CO. Gas hasil ini suhunya berkisar 1000 0 C dan hanya

mengandung sangat sedikit metana yang tidak terkonversi. Aliran gas

hasil lalu dilewatkan melalui  shell side dari AGHR dan serangkaian alat

penukar panas untuk memaksimalkan penggunaan panas. Lalu gas

dikompresi sehingga 80 bar.

Gas yang telah dikompresi kemudian dikirim ke methanol converter untuk

mengubahnya menjadi metanol dan air. Metanol hasil kemudian dikirim

ke unit distilasi fraksionasi untuk memurnikannya.Posted in Chemical Engineering

Leave a comment

ICI Leading Concept Methanol   Process

NOV 8

Posted by Muhammad Yusuf Firdaus

Proses ini merupakan perbaikan dari proses ICI LPM, terutama dalam hal

unit reformer. Prosesnya  adalah sebagai berikut. Umpan masuk gas alam

pertama-tama di desulfurisasi sebelum memasuki saturator. Dalam

saturator gas alam dikontakkan dengan air panas yang dipanaskan oleh

gas hasil yang keluar dari Advanced Gas Heated Reformer (AGHR).

Pengaturan sirkuit saturator ini memungkinkan untuk mendapatkan

sebagian uap panas yang dibutuhkan untuk proses dan mengurangi

sistem uap panas dari boiler. Tetapi berbagai macam modifikasi proses

dapat dilakukan tergantung dari pemilihan sistem reformer dan converter.

Campuran gas alam dan uap panas ini kemudian dipanaskan sebelum

memasuki AGHR, dalam AGHR gas campuran memasuki tabung-tabung

yang berisi katalis yang dipanaskan oleh gas hasil

dari reformer kedua. Kira-kira 25 %  gas alam terkonversi dalam AGHR

menjadi CO2. Setelah keluar dari AGHR gas alam

memasuki reformer kedua kemudian ditambahkan semburan oksigen

yang merubah gas alam dengan bantuan katalis menjadi gas hasil yaitu

H2, CO2, dan CO. Gas hasil ini suhunya berkisar 1000 0 C dan hanya

mengandung sangat sedikit metana yang tidak terkonversi. Aliran gas

hasil lalu dilewatkan melalui  shell side dari AGHR dan serangkaian alat

penukar panas untuk memaksimalkan penggunaan panas. Lalu gas

dikompresi hingga 80 bar.

Gas yang telah dikompresi kemudian dikirim ke methanol converter untuk

mengubahnya menjadi metanol dan air. Metanol hasil kemudian dikirim

ke unit distilasi fraksionasi untuk memurnikannya.

Deskripsi Proses

Dalam proses ini metanol dibuat dari gas metana dengan empat macam

proses utama, yaitu persiapan bahan baku gas, sintesa gas, sintesa

metanol, dan unit distilasi.

Dalam tulisan ini penulis mencoba melakukan modifikasi dalam proses ICI

LCM, yaitu dengan menggunakan reformer jenis combined

autothermal reformer (CAR), yang dikembangkan oleh Exxon.

A. Persiapan Bahan Baku Gas Metana.

Gas alam dari tangki bahan baku pertama kali dilewatkan dalam mercury

guard chamber & H2Sremoval pada suhu 30 oC dan tekanan 5 bar untuk

menghilangkan senyawa raksa dan sulfur yang terkandung pada gas

alam. Kedua  senyawa tersebut perlu dihilangkan karena merupakan

racun bagi katalis di proses selanjutnya. Setelah bebas dari raksa dan H2S,

gas alam kemudian dikompresi sampai tekanan 45 bar dengan

mengunakan kompresor, lalu dicampur dengansaturated

steam bertekanan 45 bar dan bersuhu 260 OC. Gas campuran tersebut

selanjutnya dipanaskan dalam furnace sampai suhu 472 OC dan dialirkan

ke dalam fixed-bed prereformeruntuk mengubah senyawa-senyawa

hidrokarbon lain yang terkandung dalam gas alam menjadi gas metana

agar tidak meracuni katalis dalam steam roformer. Reaksi

dalam prereformerberlangsung secara adiabatis. Gas alam yang telah

mengalami desulfurisasi dicampur dengansteam dan dialirkan

melalui bed katalis, di mana hampir semua senyawa hidrokarbon lain dan

sebagian metana mengalami reforming dengan menggunakan steam

sesuai persamaan berikut:

CnH2n+2 + ½ (n-1) H2O → ¼ (3n+1) CH4 + ¼ (n-1) CO2

Selanjutnya gas alam dialirkan ke dalam reformer berupa combined

autothermic reformer(CAR) untuk pembuatan gas sintesa.

B. Pembuatan Gas Sintesa.

Proses Pembuatan gas sintesa berlangsung dalam combined autothermic

reformer (CAR), di mana reaksi steam reforming dikombinasikan dengan

reaksi oksidasi parsial dalam sebuah reaktor single fluidized-bed. Dalam

proses ini terdapat 3 bentuk reaksi kimia:

–         Partial oxidation         :  CH4 + O2         ↔      2CO + 4H2

–         Steam reforming         :  CH4 + H2O     ↔      CO + 3H2

–         Shift reaction                :  CO + H2O      ↔      CO2 + H2

Efek utama dari ketiga reaksi ini adalah dihasilkannya gas sintetis dengan

komposisi karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO2), dan hidrogen

(H2). Reaksi ini berlangsung dengan bantuan katalis.

Gas metana masuk ke dalam combined autothermic reformer melalui

bagian bawah reformer, mengalir melewati katalis dan reaksi

pembentukan dimulai. Oksigen yang dibutuhkan untuk reaksi oksidasi

parsial dimasukkan dari bagian tengah reformer. Banyaknya oksigen yang

dipakai diatur sedemikian rupa supaya perbandingan (3CO2 + 2CO) /

H2 adalah 1:1. Panas yang dibutuhkan diperoleh dari gas sintetis yang

terbentuk dengan cara generasi steam. Gas sintetis yang dihasilkan

kemudian keluar dari bagian atas reformer.

Gas sintetis yang dihasil dari refomer ini sebagian dilairkan menuju

CO2 removal system untuk me-recycle CO2 dan mengalirkannya kembali

ke

aliran masuk reformer. Sebagian lagi dialirkan melewati serangkaian

alat recover panassuperheater dan waste heat boiler untuk

memaksimalkan pengunaan energi. Setelah panasnya diambil gas lalu

didinginkan dengan menggunakan kondensor parsial sehingga air yang

terdapat dalam campuran gas tersebut terkondensasi dan dapat

dipisahkan dengan menggunakan high pressure separator. Kemudian gas

yang

sudah tidak mengandung air tersebut dicampur dengan gas recyle dari  

reaktor metanol dan dipanaskan kembali dalam heat exchanger kemudian

dikompresi sampai 85 bar mengunakan kompresor lalu dipanaskan lanjut

dalam interchanger sampai suhu 400 OC.

C. Sintesa Metanol

Dalam sintesa ini terdapat dua macam reaksi utama, yaitu:

 CO + 2H2         ↔        CH3OH

 CO2 + 3H2        ↔        CH3OH + H2O

Hasil bersih dari reaksi ini adalah produksi dari crude methanol, reaksi ini

berlangsung juga dengan bantuan katalis.

Pemanas dalam interchanger memakai gas panas produk

keluar converter. Gas yang sudah panas tersebut lalu dialirkan ke

dalam methanol

converter (steam raising multi tubular converter) pada suhu 

400 0C. Converter yang digunakan adalah  tube cooled converter  yang

didesain  khusus di mana  panas reaksi yang  dihasilkan digunakan untuk

membuat steam bertekanan tinggi. Tipe dari converter dapat

memaksimalkan hasil efisiensi katalis. Gas hasil yang panas ini kemudian

keluar dari convetermenghasilkan panas yang

dibutuhkan interchanger dan kemudian

didinginkan. Crude methanol  lalu dipisahkan dengan separator dan gas

yang tidak terkondensasi dikembalikan ke dalam converter (recyle).

D. Proses Distilasi.

Crude metanol dari conveter kemudian dipanaskan dalam heat

exchanger sampai temperaturboiling point-nya dan dikirim ke dalam

proses pemurnian. Proses permurniannya menggunakan distilasi untuk

meningkatkan kemurnian dari metanol.Posted in Chemical Engineering

BAB IPENDAHULUAN

1.1  Latar BelakangOksidasi merupakan proses terjadinya reaksi antara molekul oksigen dengan molekul

yang ada di dalam suatu benda. Secara lebih teknis, oksidasi terjadi karena hilangnya setidaknya 1 elektron ketika 2 atau lebih zat berinteraksi. Proses oksidasi merupakan suatu proses dimana terjadianya peruraian mineral yang mengandung logam oleh oksigen (O2) sehingga menimbulkan karat yang merupakan suatu bentuk pelapukan secara kimia. Zat-zat berinteraksi tersebut bias saja melibatkan oksigen atau tidak.

Oksidasi bukanlah hal yang selalu buruk, seperti pada bembuatan baja yang mana merupakan hasil pencampuran logam logam dengan unsur tertentu. Didalam perut bumi tempat kita tinggal ternyata banyak sekali mengandung zat-zat yang berguna untuk keperluan hidup kita sehari-hari, misalnya minyak tanah, bensin, solar dan lain-lainnya yang disebut minyak bumi. Disamping itu juga terdapat unsur-unsur kimia yang berguna bagi manusia seperti bijih besi, nikel, tembaga, uranium, titanium, timah dan masih banyak lagi, beserta mineral dan batu-batuan. Salah satu zat yang terdapat di dalam bumi yang sangat berguna bagi manusia ialah air dengan rumus kimianya H2O, sebab tanpa air manusia sukar sekali mempertahankan kehidupannya. Mineral adalah suatu bahan yang banyak terdapat di dalam bumi, yang mempunyai bentuk dan ciri-ciri khusus serta

mempunyai susunan kimia yang tetap. Sedangkan batu-batuan merupakan gabungan antara dua macam atau lebih mineral-mineral dan tidak mempunyai susunan kimia yang tetap. Bijih ialah mineral atau batu-batuan yang mengandung satu macam atau beberapa macam logam dalam prosentase yang cukup banyak untuk dijadikan bahan  tambang. Banyaknya logam yang terkandung dalam bijih itu berbeda-beda. Logam dalam keadaan murni jarang sekali terdapat di dalam bumi, kebanyakan  merupakan senyawa-senyawa oksida, sulfida, karbonat, dan sulfat yang merupakan bijih logam yang perlu diproses menjadi bahan logam yang bermanfaat bagi manusia.

1.2 Rumusan Masalah1.      Apa contoh penerapan proses oksidasi dalam industri?2.      Bagaimana proses pembuatan penerapannya?3.      Apa saja tahap tahap pembuatannya?4.      Bagaimana kondisi operasinya?5.      Bagaimana target marketnya?

1.3  TujuanTujuan disusunnya makalah ini adalah antara lain:Tujuan umum:1.3.1        Sebagai bentuk pemenuhan tugas matakuliah Proses Industri Kimia1.3.2        Sebagai sarana pembelajaran mengenai penerapan Proses Oksidasi dalam industry1.3.3        Sebagai wadah bertukar pikiran dari sumber-sumber lainTujuan khusus:1.3.4        Mengemukakan contoh penerapan proses oksidasi dalam industry1.3.5        Menenal proses membuatan dalam penerapannya1.3.6        Mengetahui tahap pembuatannya1.3.7        Memahami kondisi operasinya1.3.8        Mengetahui target market nya

1.4  Batasan masalahPenyusun hanya menjabarkan point-point yang tertera dalam tujuan khusus.

                 

BAB IIPEMBAHASAN

2.1  Penerapan Proses Oksidasi Dalam Industri BajaBaja merupakan campuran lagi logam-logam yang banyak digunakan dalam industri

maupun rumah tangga. Baja yang digunakan pada proses pemotongan atau proses pembentukan adalah baja yang berkualitas tinggi, biasanya mengandung tungsten, molibdenum, vanadium, atau kromium dalam jumlah yang relatif besar, paduan seperti ini membuat baja cocok untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan-tinggi, ketangguhan dan kekerasan yang tinggi. Salah satu jenis baja yang dapat digunakan untuk pengerjaan panas maupun dingin adalah baja perkakas seri AISI H 11 sampai dengan H19, yang

mengandung karbon relatif rendah dan kadar kromium yang tinggi disbanding baja-baja yang lain, sehinggga dikategorikan baja kromium pengerjaan panas (hot-work chromium steel). Karena memiliki ketangguhan tinggi, kekuatan tinggi, dan keuletan yang baik, maka cocok untuk pembuatan alat-alat khusus, termasuk roda gigi pesawat pendaratan (aircraft landing), balingbaling dan poros pada helicopter Baja perkakas jenis ini mempunyai kekuatan geser yang tinggi, sehingga dapat digunakan pula dalam pekerjaan yang yang melibatkan stres tinggi seperti penempaan panas, ekstrusi, cetakan logam, cetakan plastik, dll. Untuk meningkatkan kinerja alat yang terbuat dari baja perkakas, salah satunya dapat dilakukan proses perlakuan panas agar ketangguhan dan kekerasannya meningkat, karena ketangguhan dapat mencegah terjadinya pecah sedang kekerasan dapat menghindari terjadinya defermasi lokal, sehingga geometri alat tidak berubah. Dengan proses perlakuan yang tepat dapat menghasilkan sifat kekerasan dan ketangguhan yang optimal.

Baja perkakas (tool steel) merupakan baja berkualitas tinggi yang banyak digunakan untuk membuat perkakas potong (cutting tool) atau perkakas pembentuk (forming tool). Baja perkakas diklasifikasikan atas beberapa hal, yaitu berdasarkan media quenching dalam proses pengerasannya, misalnya oli, air, atau udara ; berdasarkan kadar paduannya, seperti baja perkakas karbon (carbon tool steel), baja perkakas paduan rendah (low alloy tool steel), dan baja perkakas paduan menengah (medium. alloy tool steel) ; berdasarkan pemakaian, misalnya baja pengerjaan panas (hot-work steel), baja pengerjaan dingin (cold-work steel), dan baja kecepatan tinggi (high-speed steel). Memilih baja perkakas yang tepat untuk suatu pemakaian tertentu bukanlah suatu pekerjaan yang mudah. Cara pendekatan terbaik adalah dengan mengkorelasikan sifat metalurgi dari baja perkakas dengan persyaratan perkakas dalam operasinya. Adapun komposisi baja perkakas tipe H 11 seperti terlihat pada tabel 1.

Tabel 1. Komposisi baja H 11

Unsur % Berat

C 0,33 – 0,43

Mn 0,20 – 0,50

Si 0,80 – 1,20

Cr 4,75 – 5,50

Ni < 0,3

Mo 1,10 – 1,60

V 0,3 – 0,6

Cu < 0,25

P <0 span="">

S < 0,03

Fe 89    – 91,9

Dimana perlakuan panas merupakan kombinasi operasi pemanasan dan pendinginan yang terkontrol dalam keadaan padat, untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu pada baja atau paduan. Terjadinya perubahan sifat tersebut dikarenakan adanya perubahan struktur mikro selama proses pemanasan dan pendinginan, dimana sifat baja atau paduan sangat dipengaruhi oleh struktur mikronya. Sifat akhir hasil proses perlakuan panas selain ditentukan oleh komposisi kimia dan proses laku panas yang dialami, juga sangat dipengaruhi oleh kondisi awal specimen. Dimana kondisi awal ini banyak dipengaruhi oleh proses pengerjaan dan proses laku panas sebelumnya. Dalam pelaksanaanya proses perlakuan panas dibedakan menjadi dua, yaitu proses laku panas pada kondisi equilibrium seperti tempering dan normalizing, dan proses laku panas pada kondisi non-equilibrium seperti hardening.

Proses hardening dilakukan dengan memanaskan hingga diatas temperature kritisnya atau berada di fase austenite dengan laju pendinginan yang sangat cepat, sehingga akan diperoleh struktur martensite yang sangat keras. Proses tempering adalah pemanasan kembali hasil proses hardening pada temperature dibawah temperature kritis bawah (A1/723oC), kemudian menahan beberapa saat, selanjutnya didinginkan dengan lambat yang biasanya dilakukan dengan udara. Setelah prose tempering keuletan dan ketangguhannya akan meningkat, sekaligus menghilangkan atau mengurangi tegangan sisa, tetapi kekerasan dan kekuatannya akan berkurang.

2.2  Proses dan Kondisi Operasi Pembuatan Baja2.2.1  Pembuatan Besi Kasar

Bahan utama untuk membuat besi kasar adalah bijih besi. Berbagai macam bijih besi yang terdapat di dalam kulit bumi berupa oksid besi dan karbonat besi, diantaranya yang terpenting adalah sebagai berikut.

2.2.1.1  Batu besi coklat (2Fe2O3 + 3H2O) dengan kandungan besi berkisar 40%.2.2.1.2  Batu besi merah yang juga disebut hematit (Fe2O3) dengan kandungan2.2.1.3  besi berkisar 50%. Batu besi magnet (Fe2O4) berwarna hijau tua

kehitaman, bersifat magnetis dengan mengandung besi berkisar 60%.2.2.1.4  Batu besi kalsit atau spat (FeCO3) yang juga disebut sferosiderit dengan

mengandung besi berkisar 40%.Bijih besi dari tambang biasanya masih bercampur dengan pasir, tanah liat,

dan batu-batuan dalam bongkah-bongkahan yang tidak sama besar. Untuk kelancaran proses pengolahan bijih besi, bongkah-bongkah tersebut dipecahkan dengan mesin pemecah, kemudian disortir antara bijih besih dan batu-batuan ikutan dengan tromol magnet. Pekerjaan selanjutnya adalah mencuci bijih besi tersebut dan mengelompokkan menurut besarnya, bijih bijih besi halus dan butir-butir yang kecil diaglomir di dalam dapur sinter atau rol hingga berupa bola-bola yang dapat dipakai kembali sebagai isi dapur. Setelah bijih besi itu dipanggang di dalam dapur panggang agar kering dan unsur-unsur yang mudah menjadi gas keluar dari bijih kemudian dibawa ke dapur tinggi diolah menjadi besi kasar. Dapur tinggi mempunyai bentuk dua buah kerucut yang berdiri satu di atas yang lain pada alasnya. Pada bagian atas adalah tungkunya yang melebar ke bawah, sehingga muatannya dengan mudah meluncur kebawah dan tidak terjadi kemacetan. Bagian bawah melebar ke atas dengan maksud agar muatannya tetap berada di bagian ini.

Dapur tinggi dibuat dari susunan batu tahan api yang diberi selubung baja pelat untuk memperkokoh konstruksinya. Dapur diisi dari atas dengan alat pengisi. Berturut-turut dimasukkan kokas, bahan tambahan (batu kapur) dan bijih besi. Kokas adalah arang batu bara yaitu batu bara yang sudah didestilasikan secara kering dan mengandung belerang yang sangat rendah sekali. Kokas berfungsi sebagai bahan bakarnya dan membutuhkan zat asam yang banyak sebagai pengembus. Agar proses dapat berjalan dengan cepat udara pengembus itu perlu dipanaskan terlebih dahulu didalam dapur pemanas udara. Proses pada dapur tinggi seperti dalam gambar 1.

Besi cair di dalam dapur tinggi, kemudian dicerat dan dituang menjadi besi kasar, dalam bentuk balok-balok besi kasar yang digunakan sebagai bahan ancuran untuk pembuatan besi tuang (di dalam dapur kubah), atau dalam keadaan cair dipindahkan pada bagian pembuatan baja di dalam konvertor atau dapur baja yang lain, misalnya dapur Siemen Martin. Batu kapur sebagai bahan tambahan gunanya untuk mengikat abu kokas dan batu-batu ikutan hingga menjadi terak yang dengan mudah dapat dipisahkan dari besi kasar. Terak itu sendiri di dalam proses berfungsi sebagai pelindung cairan besi kasar dari oksida yang mungkin mengurangi hasil yang diperoleh karena terbakarnya besi kasar cair itu. Batu kapur (CaCO3) terurai mengikat batu-batu ikutan dan unsur-unsur lain.

2.2.2  Proses dalam Dapur TinggiPrinsip dari proses dapur tinggi adalah prinsip reduksi. Pada proses ini zat

karbon monoksida dapat menyerap zat asam dari ikatan-ikatan besi zat asam pada suhu tinggi. Pada pembakaran suhu tinggi + 18000 C dengan udara panas, maka dihasilkan suhu yang dapat menyelenggarakan reduksi tersebut. Agar tidak terjadi pembuntuan karena proses berlangsung maka diberi batu kapur sebagai bahan tambahan. Bahan tambahan bersifat asam apabila bijih besinya mempunyai sifat basa dan sebaliknya bahan tambahan diberikan yang bersifat basa apabila bijih besi bersifat asam. Gas yang terbentuk dalam dapur tinggi selanjutnya dialirkan keluar melalui bagian atas dan ke dalam pemanas udara. Terak yang menetes ke bawah melindungi besi kasar dari oksida oleh udara panas yang dimasukkan, terak ini kemudian dipisahkan. Proses reduksi di dalam dapur tinggi tersebut berlangsung sebagai berikut:

Zat arang dari kokas terbakar menurut reaksi : C + O2                CO2

sebagian dari CO2 bersama dengan zat arang membentuk zat yang berada ditempat yang lebih atas yaitu gas CO.

CO2+ C             2CO    Di bagian atas dapur tinggi pada suhu 300˚ sampai 800˚C oksid besi yang lebih tinggi diubah menjadi oksid yang lebih rendah oleh reduksi tidak langsung dengan CO tersebut menurut prinsip :

Fe2O3 + CO              2FeO + CO2

Pada waktu proses berlangsung muatan turun ke bawah dan terjadi reduksi tidak langsung menurut prinsip :                                                FeO + CO             FeO + CO2

Reduksi ini disebut tidak langsung karena bukan zat arang murni yang mereduksi melainkan persenyawaan zat arang dengan oksigen. sedangkan reduksi langsung

terjadi pada bagian yang terpanas dari dapur, yaitu langsung di atas pipa pengembus. Reduksi ini berlangsung sebagai berikut.

FeO + C               Fe + COCO yang terbentuk itulah yang naik ke atas untuk mengadakan reduksi tidak langsung tadi. Setiap 4 sampai 6 jam dapur tinggi dicerat, pertama dikeluarkan teraknya dan baru kemudian besi. Besi yang keluar dari dapur tinggi disebut besi kasar atau besi mentah yang digunakan untuk membuat baja pada dapur pengolahan baja atau dituang menjadi balok-balok tuangan yang dikirimkan pada pabrik-pabrik pembuatan baja sebagai bahan baku. Besi cair dicerat dan dituang menjadi besi kasar dalam bentuk balok-balok besi kasar yang digunakan sebagai bahan ancuran untuk pembuatan besi tuang (di dalam dapur kubah) atau masih dalam keadaan cair dipindahkan pada bagian pembuatan baja (dapur Siemen Martin). Terak yang keluar dari dapur tinggi dapat pula dimanfaatkan menjadi bahan pembuatan pasir terak atau wol terak sebagai bahan isolasi atau sebagai bahan campuran semen. Besi cair yang dihasilkan dari proses dapur tinggi sebelum dituang menjadi balok besin kasar sebagai bahan ancuran di pabrik penuangan, perlu dicampur dahulu di dalam bak pencampur agar kualitas dan susunannya seragam. Dalam bak pencampur dikumpulkan besi kasar cair dari bermacam-macam dapur tinggi yang ada untuk mendapatkan besi kasar cair yang sama dan merata. Untuk menghasilkan besi kasar yang sedikit mengandung belerang di dalam bak pencampur tersebut dipanaskan lagi menggunakan gas dapur tinggi.

2.2.3  Pembuatan Baja dari Besi KasarBesi kasar sebagai hasil dari dapur tinggi masih banyak mengandung unsurunsur

yang tidak cocok untuk bahan konstruksi, misalnya zat arang (karbon) yang terlalu tinggi, fosfor, belerang, silisium dan sebagainya. Unsur-unsur ini harus serendah mungkin dengan berbagai cara.Untuk menurunkan kadar karbon dan unsur tambahan lainnya dari besi kasar digunakan dengan cara sebagai berikut.Proses Konvertor :

2.2.3.1  Proses Bessemer untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang rendah. Konvertor Bessemer adalah sebuah bejana baja dengan lapisan batu tahan api yang bersifat asam. Dibagian atasnya terbuka sedangkan pada bagian bawahnya terdapat sejumlah lubang-lubang untuk saluran udara. Bejana ini dapat diguling-gulingkan. Korvertor Bessemer diisi dengan besi kasar kelabu yang banyak mengandung silisium. Silisium dan mangan terbakar pertama kali, setelah itu baru zat arang yang terbakar. Pada saat udara mengalir melalui besi kasar udara membakar zat arang dan campuran tambahan sehingga isi dapat masih tetap dalam keadaan encer. Setelah lebih kurang 20 menit, semua zat arang telah terbakar dan terak yang terjadi dikeluarkan. Mengingat baja membutuhkan karbo sebesar 0,0 sampai 1,7 %, maka pada waktu proses terlalu banyak yang hilang terbakar, kekurangan itu harus ditambahy dalam bentuk besi yang banyak mengandung karbon. Dengan jalan ini kadar karbon ditingkatkan lagi. dari oksidasi besi yang terbentuk dan mengandung zat asam dapat dikurangi dengan besi yang mengandung mangan. Udara masih dihembuskan ke

dalam bejana tadi dengan maksud untuk mendapatkan campuran yang baik. Kemudian terak dibuang lagi dan selanjutnya muatan dituangkan ke dalam panci penuang. Pada proses Bessemer menggunakan besi kasar dengan kandungan fosfor dan belerang yang rendah tetapi kandungan fosfor dan belerang masih tetap agak tinggi karena dalam prosesnya kedua unsur tersebut tidak terbakar sama sekali. Hasil dari konvertor Bessemer disebut baja Bessemer yang banyak digunakan untuk bahan konstruksi. Proses Bessemer juga disebut proses asam karena muatannya bersifat asam dan batu tahan apinya juga bersifat asam. Apabila digunakan muatan yang bersifat basa lapisan batu itu akan rusak akibat reaksi penggaraman

2.2.3.2  Proses Thomas untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang tinggi. Konvertor Thomas juga disebut konvertor basa dan prosesnya adalah proses basa, sebab batu tahan apinya bersifat basa serta digunakan untuk mengolah besi kasar yang bersifat basa. Muatan konvertor Thomas adalah besi kasar putih yang banyak mengandung fosfor. Proses pembakaran sama dengan proses pada konvertor Bessemer, hanya saja pada proses Thomas fosfor terbakar setelah zat arangnya terbakar. Pengaliran udara tidak terus-menerus dilakukan karena besinya sendiri akan terbakar. Pencegahan pembakaran itu dilakukan dengan menganggap selesai prosesnya walaupun kandungan fosfor masih tetap tinggi. Guna mengikat fosfor yang terbentuk pada proses ini maka diberi bahan tambahan batu kapur agar menjadi terak. Terak yang bersifat basa ini dapat dimanfaatkan menjadi pupuk buatan yang dikenal dengan nama pupuk fosfat. Hasil proses yang keluar dari konvertor Thomas disebut baja Thomas yang biasa digunakan sebagai bahan konstruksi dan pelat ketel.

2.2.3.3  Proses Oksi, proses LD, Kaldo dan Oberhauser. Proses konvertor yang lebih modern adalah proses oksi, pada proses ini menggunakan bahan besi kasar yang mempunyai komposisi kurang baik apabila dikerjakan dengan konvertor Bessemer maupun Thomas. Disini zat asam murni dihembuskan di atas cairan dan kadang-kadang juga kedalam cairan besi, sehingga karbon, silisium, mangan dan sebagainya terbakar. Hasil pembakaran unsur-unsur tersebut ditampung oleh bahan tambahan batu kapur dan terikat menjadi terak yang mengapung di atas cairan besi. Proses pembakaran zat asam dengan zat arang terjadi pada panas yang tinggi sekali, maka diperlukan pendinginan dengan jalan memberikan tambahan baja bekas. Hasil akhir dari proses ini adalah baja oksi yang bermutu sangat baik karena pengaruh buruk dari unsur udara tidak ada. Oleh karena itu baja oksi baik sekali digunakan sebagai bahan pembuatan konstruksi dan komponen-komponen mesin, seperti : poros, baut, pasak, batang penggerak dan lain-lainnya.Keuntungan dari proses oksi adalah sebagai berikut :2.2.3.3.1        Waktu proses relatif pendek.2.2.3.3.2        Hasilnya mengandung fosfor (P)dan belerang (S)    yang

rendah.

2.2.3.3.3        Hasil yang diproduksi relatif lebih banyak dalam tempo yang sama dibanding proses lainnya.

2.2.3.3.4        Biaya produksi baja tiap ton lebih murah.2.2.3.4      Proses Martin (dapur Siemen Martin). Proses lain untuk membuat

baja dari bahan besi kasar adalah menggunakan dapur Siemens Martin yang sering disebut proses Martin. Dapur ini terdiri atas satu tungku untuk bahan yang dicairkan dan biasanya menggunakan empat ruangan sebagai pemanas gas dan udara. Pada proses ini digunakan muatan besi bekas yang dicampur dengan besi kasar sehingga dapat menghasilkan baja dengan kualitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan baja Bessemer maupun Thomas. Gas yang akan dibakar dengan udara untuk pembakaran dialirkan ke dalam ruangan-ruangan melalui batu tahan api yang sudah dipanaskan dengan temperatur 600 sampai 9000 C. dengan demikian nyala apinya mempunyai suhu yang tinggi, kira-kira 18000 C. gas pembakaran yang bergerak ke luar masih memberikan panas kedalam ruang yang kedua, dengan menggunakan keran pengatur maka gas panas dan udara pembakaran masuk ke dalam ruangan tersebut secara bergantian dipanaskan dan didinginkan. Bahan bakar yang digunakan adalah gas dapur tinggi, minyak yang digaskan (stookolie) dan juga gas generator. Pada pembakaran zat arang terjadi gas CO dan CO2 yang naik ke atas dan mengakibatkan cairannya bergolak, dengan demikian akan terjadi hubungann yang erat antara api dengan bahan muatan yang dimasukkan ke dapur tinggi. Bahan tambahan akan bersenyawa dengan zat asam membentuk terak yang menutup cairan tersebut sehingga melindungi cairan itu dari oksida lebih lanjut. Setelah proses berjalan selama 6 jam, terak dikeluarkan dengan memiringkan dapur tersebut dan kemudian baja cair dapat dicerat. Hasil akhir dari proses Martin disebut baja Martin. Baja ini bermutu baik karena komposisinya dapat diatur dan ditentukan dengan teliti pada proses yang berlangsung agak lama. Lapisan dapur pada proses Martin dapat bersifat asam atau basa tergantung dari besi kasarnya mengandung fosfor sedikit atau banyak. Proses Martin asam teradi apabila mengolah besi kasar yang bersifat asam atau mengandung fosfor rendah dan sebaliknya dikatakan proses Martin basa apabila muatannya bersifat basa dan mengandung fosfor yang tinggi. Keuntungan dari proses Martin disbanding proses Bessemer dan Thomas adalah sebagai berikut :

2.2.3.4.1        Proses lebih lama sehingga dapat menghasilkan susunan yang lebih baik dengan jalan percobaan-percobaan.

2.2.3.4.2        Unsur-unsur yang tidak dikehendaki dan kotoran-kotoran dapat dihindarkan atau dibersihkan.

2.2.3.4.3        Penambahan besi bekas dan bahan tambahan lainnya pada akhir proses menyebabkan susunannya dapat diatur sebaik-baiknya.

Selain keuntungan di atas dan karena udara pembakaran mengalir di atas cairan maka hasil akhir akan sedikit mengandung zat asam dan zat lemas. Proses Martin basa biasanya masih mengandung beberapa kotoran seperti zat asam, belerang, fosfor dan sebagainya. Sedangkan pada proses Martin asam kadar kotoran-kotoran tersebut lebih kecil.

2.2.3.5      proses Bertrand Tield. Proses ini menggunakan dua buah dapur Siemens Martin. Pada dapur yang pertama dilakukan pemijaran dan pembakaran untuk memisahkan fosfor sedangkan dalam dapur kedua diisi dengan besi cair hasil dari dapur yang pertama setelah teraknya dikeluarkan. Proses di dalam dapur yang kedua tersebut juga diberi tambahan bijih besi yang baru

2.2.3.6      Prosen Hoecsch. Proses Hoecsch merupakan penyempurnaan dari proses Martin. Caranya adalah setelah muatan di dalam dapur Siemens Martin mencair kemudian langsung dikeluarkan dan dimasukkan dalam kuali yang terbuka untuk membakar fosfor dan belerang. Sementara pembakaran dilakukan dapur Siemens Martin dibersihkan dan kemudian lantai dapur ditaburi dengan serbuk bijih besi (Fe2O3 atau Fe3O4). Setelah selesai mengadakan pembakaran fosfor, belerang dan besi cair yang berada di dalam kuali tadi dimasukkan kembali ke dalam dapur Siemens Martin untuk menyelesaikan pembakaran unsur-unsur lain yang belum hilang, terutama zat arang. Setelah proses pembakaran zat arang dianggap selesai, terak yang terjadi dikeluarkan selanjutnya baja cair ditampung dalam panic penuangan untuk dituang atau dicetak menjadi balok tuangan.

2.2.3.7      Proses Dupleks. Proses ini dilakukan dengan cara mengeluarkan zat arang terlebih dahulu yang berada konvertor-konvertor dan memurnikannya di dalam dapur Siemens Martin. Proses Dupleks terutama dilakukan oleh pabrik-pabrik baja yang berada di dekat perusahaan dapur tinggi. Setelah proses di dalam dapur tinggi (setelah teraknya dihilangkan) cairan besi kasar itu dimasukkan kedalam konvertor (Bessemer atau Thomas) dan dicampur dengan batu kapur serta baja bekas dalam jumlah yang dikehendaki. Pengembusan udara di dalam konvertor dilakukan sampai kandungan fosfor menjadi rendah kira-kira 1 sampai 1,5 %, ditambah dengan kokas yang telah digiling selanjutnya memindahkan isinya ke dalam dapur Siemens Martin.

2.2.3.8      Proses Thalbot. Proses Thalbot dilakukan dengan menggunakan dapur Siemens Martin yang dapat diputar-putar dan dijungkitkan. Setelah pemijaran didalam dapur Martin, sebagian cairan dituangkan ke dalam panic tuang dan ke dalam dapur tadi sambil ditambahkan besi kasar, bijih besi dan batu kapur. Proses selanjutnya adalah menjaga agar cairan besi di dalam panic tuang tadi tidak terjadi oksidasi, artinya mengusahakan pendinginan yang cepat. Akibat dari cara ini adalah hasil yang diperoleh dalam setiap proses dari satu dapur

tidak sama kualitasnya. Baja yang dihasilkan dari proses Thalbot adalah baja biasa seperti hasil dari proses konvertor Bessemer.

2.2.3.9      Dapur listrik. Dapur listrik digunakan untuk pembuatan baja yang tahan terhadap suhu tinggi. Dapur ini mempunyai keuntungan-keuntungan sebagai berikut,

2.2.3.9.1        Jumlah panas yang diperlukan dapat dapat diatur sebaik-baiknya.

2.2.3.9.2        Pengaruh zat asam praktis tidak ada.2.2.3.9.3        Susunan besi tidak dipengaruhi oleh aliran listrik.Sedangkan kekurangannya adalah harga listrik yang mahal. Dapur listrik dibagi menjadi dua kelompok yaitu dapur listrik busur cahaya dan dapur listrik induksi.

2.2.3.10  Dapur Cahaya. Dapur ini berdasarkan prinsip panas yang memancar dari busur api, dapur ini juga dikenal dengan sebutan dapur busur nyala api. Dapur ini merupakan suatu tungku yang bagian atasnya digantungkan dua batang arang sebagai elektroda pada arus bolak-balik atau dengan tiga buah elektroda arang yang dialirkan arus putar. Misalnya pada dapur Stassano busur api terjadi antara tiga ujung elektroda arang yang berada di atas baja yang dilebur melalui ujung elektroda itu dengan arus putar. Pada dapur Girod, arus bolak balik mengalir melalui satu elektroda yang membentuk busur api di antara kutub dan baja cair selanjutnya dikeluarkan melalui enam buah elektroda baja yang didinginkan dengan air ke dasar tungku. Pada dapur Heroult menggunakan dua elektroda arang dengan arus bolakbalik dan dapat juga menggunakan tiga buah elektroda pada arus putar. Arus listrik membentuk busur nyala dari elektroda kepada cairan dan kembali dari cairan ke elektroda lainnya.

2.2.3.11  Dapur induksi dapat dibedakan atas dapur induksi frekuensi rendah dan dapur induksi frekuensi tinggi. Pada dapur induksi dibangkitkan suatu arus induksi dalam cairan baja sehingga menimbulkan panas dalam cairan baja itu sendirii sedangkan dinding dapurnya hanya menerima pengaruh listrik yang kecil saja.

2.2.3.11.1    Dapur induksi frekuensi rendah, bekerja menurut prinsip transformator. Dapur ini berupa saluran keliling teras dari baja yang beserta isinya dipandang sebagai gulungan sekunder transformator yang dihubungkan singkat, akibat hubungan singkat tersebut di dalam dapur mengalir suatu aliran listrik yang besar dan membangkitkan panas yang tinggi. Akibatnya isi dapur mencair dan campuran-campuran tambahan dioksidasikan.

2.2.3.11.2    Dapur induksi frekuensi tinggi, dapur ini terdiri atas suatu kuali yang diberi kumparan besar di sekelilingnya. Apabila dalam kumparan dialirkan arus bolak-balik maka terjadilah arus putar didalam isi dapur. Arus ini merupakan aliran listrik hubungan singkat dan panas yang dibangkitkan sangat tinggi

sehingga mencairkan isi dapur dan campuran tambahan yang lain serta mengkoksidasikannya. Hasil akhir dari dapur listrik disebut baja elektro yang bermutu sangat baik untuk digunakan sebagai alat perkakas misalnya pahat, alat tumbuk dan lain-lainnya.

2.2.3.4      Proses Dapur Aduk. Dapur aduk merupakan cara pembuatan baja yang konvensional dengan cara melebur besi kasar di dalam dapur nyala api bersama-sama dengan terak (FeO) untuk mendapatkan zat asam. Dengan cara mengaduk-aduk dengan batang besi dan ke bawah permukaan dimasukkan udara maka terjadilah suatu masa lunak dari baja yang banyak mengandung terak. Apabila gumpalan-gumpalan yang dibuat dalam dapur telah mencapai kirakira 60 kg dikeluarkan, maka langkah selajutnya adalah mengeluarkan terak dengan jalan menempanya atau dipres. Dalam proses aduk ini lebih banyak melibatkan pekerjaan tangan serta kapasitas produksi yang kecil maka cara ini dipandang tidak efisien dan jarang digunakan pada pabrik-pabrik baja

BAB IIIPENUTUP

3.1  Kesimpulan3.1.1  Proses Oksidasi dapat digunakan dalam pembuatan atau industri baja.3.1.2  Bahan utama untuk membuat besi kasar adalah bijih besi.3.1.3  Dapur tinggi dibuat dari susunan batu tahan api yang diberi selubung baja pelat

untuk memperkokoh konstruksinya.3.1.4  Batu kapur adalah sebagai bahan tambahan gunanya untuk mengikat abu kokas dan

batu-batu ikutan hingga menjadi terak yang dengan mudah dapat dipisahkan dari besi kasar.

3.1.5  Prinsip dari proses dapur tinggi adalah prinsip reduksi. Pada proses ini zat karbon monoksida dapat menyerap zat asam dari ikatan-ikatan besi zat asam pada suhu tinggi. Pada pembakaran suhu tinggi +18000C dengan udara panas, maka dihasilkan suhu yang dapat menyelenggarakan reduksi tersebut.

3.1.6  Konvertor Bessemer adalah sebuah bejana baja dengan lapisan batu tahan api yang bersifat asam. Dibagian atasnya terbuka sedangkan pad bagian bawahnya terdapat sejumlah lubang-lubang untuk saluran udara.

3.1.7  Keuntungan dari proses Martin disbanding proses Bessemer dan Thomas adalah sebagai berikut : Proses lebih lama sehingga dapat menghasilkan susunan yang lebih

baik dengan jalan percobaanpercobaan, unsur-unsur yang tidak dikehendaki dan kotoran-kotoran dapat dihindarkan atau dibersihkan, penambahan besi bekas dan bahan tambahan lainnya pada akhir proses menyebabkan susunannya dapat diatur sebaik-baiknya.

3.1.8  Dapur listrik digunakan untuk pembuatan baja yang tahan terhadap suhu tinggi.

3.2  PenutupAlahamdulillah, demikianlah yang dapat kami susun dalam makalah ini. Makalah ini kami dedikasikan untuk pemenuhan tugas Mata Kuliah Proses Industri Kimia. Kami menyadari bahwa dalam penulisan maupun penyusunan materi dalam makalah ini masih jauh dari kesempurnaan. Kritik dan saran kami harapkan dari pembaca agar terciptanya suatu media pembelajaran yang lebih baik di masa yang akan datang.

DAFTAR PUSTAKA

Adnyana, 1993. Metalurgi Las (Welding Metalurgy), Institut Sain danTeknologi Nasianal, Jakarta.

Bangyo Sucahyo, 1999. Ilmu Logam, PT. Tiga Serangkai Pustaka Mandiri,Surakarta.

Cubberly William H, 1983, Metals Handbook Ninth Edition Vol. 1Properties and Selection Iron and Steels. American Society ForMetals, New York.

Hari Amanto dan Daryanto, 1999, Ilmu Bahan, Bumi Aksara, Jakarta.Yanmar Diesel. 1980. Buku Petunjuk Mesin Diesel Yanmar. PT. Yanmar

Indonesia. Jakarta.Suyanto, 2001. Bahan Bakar dan Minyak Lumas, Sekolah Tinggi Perikanan,

Jakarta.Tata Surdia dan Saito Shinroku, 1999, Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya

Paramita, Jakarta.Warsowiwoho dan Gandhi Harahap, 1984. Bahan Bakar, Pelumas,

Pelumasan dan Servis, Pradnya Paramita, Jakarta.