Pengumpulan Rabu,29 Oktober 2014PROSES INDUSTRI KIMIADisusun untuk memenuhi Tugas Mikrobiologi IndustriDosen Pengampu :Prof. Dr. Ir. Chandrawati Cahyani, M.S.

Oleh :

Sandy Kurnia Arifda Ramadhan (135061107111020) Kelas B

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS BRAWIJAYA2014SULFUR DAN ASAM SULFATSulfurSulfur adalah unsur kimia yang ditemukan bebas di alam baik berupa pyrite (FeS2), sphalerite (ZnS), dan calcopyrite (CuFeS2). Sulfur juga dapat ditemukan dalam campuran natural gas berupa gas H2S. Sulfur yang akan diperoleh dari bahan tambang seperti pyrite, sphalerite dan calcopyrite harus melalui suatu proses terlebih dahulu yang dinamakan Frash process. Sedangkan sulfur yang akan diperoleh dari gas alam berupa gas H2S diperoleh menggunakan proses desulfurisasi gas alam atau bisa juga diperoleh dari proses pemurnian crude oil. Sumber lain yang dapat digunakan untuk menghasilkan sulfur diantaranya shale oil, coal gasification, synthetic fuel project dan gypsum.Hampir 90% sulfur digunakan untuk industri pembuatan asam sulfat, tetapi ada juga beberapa industri lainnya yang menggunakan bahan baku sulfur seperti bubur kayu, karbon disulfida, insektisida, fungisida, bahan pemutih, deterjen dan obat-obatan. Beberapa penggunaan sulfur yang sedang dikembangkan seperti baterai sulfur-alkali metal.Proses Frasch

Proses Frasch merupakan salah satu metode yang dapat digunakan untuk mengekstraksi sulfur atau belerang dari kerak bumi dalam bentuk batuan seperti pyrite (FeS2), sphalerite (ZnS), dan calcopyrite (CuFeS2).

Gambar 1. Proses Fraschketebalan 30 meter yang biasanya terletak pada daerah vulkanik atau sedimentasi. Proses ini dilakukan pada negara-negara yang tidak mempunyai sumber sulfur di permukaan. Proses Frasch diawali dengan pengeboran sumber sulfur yang sudah teridentifikasi. Pada bor yang digunakan disisipkan tiga buah pipa khusus dengan ukuran yang berbeda-beda terdiri dari pipa besar, sedang, dan kecil. Adapun susunan pipa adalah pipa sedang dimasukkan ke dalam pipa besar dan pipa kecil dimasukan ke dalam pipa sedang.Pada pipa paling besar dialirkan air superheated berupa campuran air dan uap air yang akan mencairkan sulfur. Suhu tersebut sudah melewati suhu dari titik leleh sulfur sebesar 115C. Sulfur cair memiliki densitas lebih kecil dari air sehingga sulfur cair berada di atas lapisan air. Pada pipa kecil, dipompakan udara panas bertekanan tinggi. Udara panas tersebut akan mengurangi densitas sulfur cair sehingga sulfur cair akan terangkat ke permukaan tanah. Pada pipa sedang akan dikeluarkan sulfur cair karena adanya aliran yang terjadi pada pipa besar dan kecil menuju ke permukaan tanah.Ketika telah sampai ke permukaan tanah, sulfur cair dipisahkan dari udara dan air. Sulfur dapat disimpan dalam keadaan berupa padatan atau bisa juga disimpan dalam keadaan berupa sulfur cair dalam tangki steam. Namun sebagian besar sulfur dikemas dalam keadaan berupa cairan untuk memudahkan dalam pengangkutan.Sulfur juga dapat diproduksi dari proses pemurnian gas alam menggunakan proses desulfurisasi sehingga menghasilkan gas H2S. Desulfurisasi dapat dilakukan dengan dua cara yaitu ekstraksi menggunakan pelarut serta dekomposisi senyawa sulfur. Dekomposisi senyawa sulfur umumnya terkandung dalam minyak bumi dalam bentuk senyawa merkaptan, sulfida dan disulfida secara katalitik dengan proses hidrogenasi selektif menjadi hidrogen sulfida (H2S) dan senyawa hidrokarbon asal dari senyawa belerang tersebut. Hidrogen sulfida yang dihasilkan dari dekomposisi senyawa sulfur tersebut kemudian dipisahkan dengan cara fraksinasi. Selanjutnya H2S yang dihasilkan dari desulfurisasi kemudian diambil sulfurnya dengan menggunakan proses Claus:Proses Claus

Gambar 2. Proses Claus (Sustrasno, 2008)Gas yang mengandung H2S diumpankan dengan oksigen ke dalam waste heat boiler unit. Oksigen ini digunakan untuk mencapai suhu yang dinginkan pada proses pembakaran. Proses pembakaran ini bertujuan untuk memisahkan sulfur dari kandungan gasnya. Hasil dari pembakaran ini kemudian menuju sulfur condenser unit untuk didinginkan pada suhu 260-300oC. Kemudian diperoleh padatan sulfur yang masih mengandung gas. Setelah didinginkan, kemudian dipanaskan kembali melalui reheater unit. Pada proses pemanasan ini bertujuan untuk menghilangkan sisa gas yang masih terkandung pada sulfur. Dari preheater unit lalu menuju katalitik kolom proses. Katalis yang digunakan adalah Al2O3 dengan luas area permukan sekitar 200-300 m2/g. Hasil reaksinya adalah sebagai berikut: 2 H2S + SO2 ---> 3 S + 2 H2O.Dari reaksi ini diperoleh sulfur yang tidak mengandung gas. Produk dari reaksi ini menuju sulfur condenser untuk didinginkan dan hasilnya adalah padatan sulfur. Reaksi yang tak sempurna akan dibawa kembali menuju reheater unit untuk menghilangkan kandugan gas yang masih ada pada sulfur. Begitu seterusnya hingga memperoleh sulfur murni. (Sustrasno, 2008).

Asam SulfatAsam sulfat merupakan asam kuat yang sering dijadikan sebagai agen pengoksidasi dan dehidrasi. Asam sulfat biasa dijual dalam bentuk larutan atau SO3 yang dilarutkan dalam H2SO4 yang disebut dengan oleum. Pada umumnya komposisi oleum yaitu terdiri dari 20% SO3dan 80% H2SO4. Pada proses pembuatan asam menggunakan kamar timbal, larutan asam sulfat dalam air dijual berdasarkan specific gravity atau derajat Baume. Oleum di pasar memiliki tiga kategori berdasarkan persen kadar sulfur trioksida dalam asam sulfat yaitu 10% - 35%, 40% dan 60% - 65%. Titik beku oleum 35% sebesar 29C dan oleum 40% sebesar 34C. Oleh karena itu perlu adanya tambahan sedikit asam nitrat untuk mencegah pembekuan selama penyimpanan saat musim dingin.Asam sulfat dengan 53 sampai 56Be digunakan dalam pembuatan superposfat. Sedangkan asam sulfat dengan 60Be digunakan dalam pembuatan amonia, tembaga, alumunium, magnesium, zink, besi dan asam organik seperti sitrat, oksalat, asetat dan tartarat. Selain itu digunakan juga untuk pengasaman besi dan baja sebelum dilakukan penempaan dan penyepuhan. Asam sulfat dengan konsentrasi 93 sampai 99% dimanfaatkan dalam pemurnian minyak bumi, alkilasi isobutan, sintesis phenol dan pembuatan asam posfat. Oleum juga digunakan pada nitroselulosa, nitrogliserin dan TNT. Sangat jarang sekali produk kimia yang dalam pembuatannya tidak menggunakan bahan asam sulfat.Proses Pembuatan Asam SulfatTerdapat dua proses dalam pembuatan asam sulfat yaitu proses kamar timbal dan proses kontak. Namun saat ini proses kontak lebih sering digunkan karena persen konversinya yang dapat mencapai 98%. Sedangkan proses kamar timbal hanya dapat menghasilkan persen konversi sebesar 77%.Proses Kamar Timbal

Gambar 3. Proses Kamar TimbalPada proses kamar timbal digunakan kolom-kolom besar yang di dalamnya dilapisi dengan timbal. Hal ini dilakukan karena lapisan timbal dapat tahan terhadap asam sulfat. Gas SO2 dan NO dimasukkan ke menara Glover bersamaan dengan gas-gas dari menara Gay Lussac, gas yang keluar dari menara Glover dimasukkan ke dalam kamar timbal dan disemprotkan dengan air sehingga menghasilkan asam sulfat 60-67%. Hasil ini sebagian dikembalikan ke menaraGloveryang akan menghasilkan asam 77%. Asam ini sebagian dimasukkan ke dalam menaraGay Lussacuntuk menyerap gas-gas NO dan NO2 (katalisator).Gas yang terserap ini dimasukkan kembali ke menaraGlover kamar timbal yang berbentuk silindris dan volumenya cukup luas. Permukaan dalamnya dilapisi timbal tipis dan disekat-sekat agar panas dapat ditransfer dengan baik, dinding bagian luar diberi sirip-sirip. Sehingga di dalam menara ini terjadi pengembunan uap asam sulfat. Menara Gay Lussac berfungsi untuk memungut kembali katalisator gas NO dan NO2 di kamar timbal dengan menggunakan asam sulfat 77%. Penyerapan dilakukan pada suhu rendah antara 40-60C. MenaraGlover bertugas memekatkan hasil asam sulfat dari kamar timbal.Pemekatan panas ini perlu panas dan ini dapat diambil dari panas yang dibawa GHP (gas hasil pembakaran) belerang (400-600C). Reaksinya: SO2+SO+H2OH2SO4(Hiji, 2014).

Proses Kontak

Gambar 4. Proses Kontak dengan Adsorbsi TunggalPada proses kontak untuk pembuatan asam sulfat, reaksi dilakukan dalam sebuah konverter. Ada dua cara untuk menghasilkan SO3 dari proses kontak, yaitu dengan cara single absorber dan double absorber.Tahap awal pada proses ini sama halnya dengan tahap awal pada proses kamar timbal yaitusulfur cair yang telah diperoleh dari hasil penambangan kemudian dimasukan ke dalam burner untuk dibakar dengan suhu tinggi sehingga menghasilkan gas SO2sesuai dengan reaksi berikut. S(l) + O2(g) > SO2(g)Udara yang digunakan dalam pembakaran harus dilewatkan dalam adsorber terlebih dahulu. Hal ini dilakukan untuk mengurangi kelembaban pada udara. Udara digelembungkan ke dalam adsorber yang berisi larutan asam sulfat, sehingga air dalam udara dapat terserap oleh larutan asam sulfat.Gas SO2 yang dihasilkan harus dikonversi menjadi gas SO3 dengan cara direaksikan dengan oksigen dari udara melalui bantuan katalis. 2SO2(g) + O2(g) > 2SO3(g)Sebelum dilakukan konversi, gas SO2 masih mengandung gas pengotor seperti debu yang berukuran sangat kecil. Gas SO2 harus dilewatkan terlebih dahulu dalam electric precipitator. Electrostatic Precipitator merupakan sistem yang bertujuan untuk menangkap partikel yang ada pada gas asap (flue gas). Material yang dikumpulkan oleh Electrostatic Precipitator adalah abu terbang (fly ash) yang jumlahnya cukup besar.Abu dari hasil pembakaran yang terbawa oleh gas asap melalui Gas Dust to Precipitator dan dilewatkan pada elemen negatif (Wire Frame) yang terdapat pada EP, sehingga mendapat supply arus listrik searah dari transformator rectifier, yang berfungsi untuk mengubah arus listrik AC menjadi DC tegangan tinggi.Abu akan menempel pada elemen positif sedangkan abu yang tidak tertangkap pada elemen positif dihisap melalui ID Fan untuk dibuang lewat cerobong asap(chimney). Abu yang menempel pada collecting electrode digetarkan oleh rapper sehingga jatuh menuju hopper.Pada hopper abu batu bara dipanaskan oleh hopper heater untuk mencegah penggumpalan. Level abu batu bara di dalam hopper dimonitor oleh Nuclear Monitor. Pada hopper terdapat vibrator yang berfungsi mencegah agar abu tidak menempel pada dinding hopper. Abu dari hopper dihisap keluar oleh Vacuum Blower melalui instalasi pipa abu (Fly Ash Silo). Untuk menjaga suhu minimum dari EP digunakan Blower Heater yang mengambil udara luar untuk dipanaskan guna dimasukkan ke dalam Penthouse(Halliday, 2011).Secara teori, gas SO3 dapat dikonversi menjadi asam sulfat jika direaksikan dengan air. Namun hal ini tidak dapat dilakukan karena reaksi antara SO3 dengan air sulit dikontrol dan menimbulkan kabut asam sulfat. SO3(g) + H2O(l) >H2SO4(l)Untuk mencegah hal tersebut, maka gas SO3 yang dihasilkan harus direaksikan dalam asam sulfat terebih dahulu sehingga membentuk suatu senyawa asam yang sangat pekat yang disebut dengan oleum. H2SO4(l) + SO3(g) > 2H2S2O7(l)Kemudian oleum dapat diencerkan dengan air untuk menghasilkan produk asam sulfat.H2S2O7(l) + H2O(l) > 2H2SO4(l)Konversi SO2 menjadi SO3 dilakukan dengan menggunakan katalis pada suhu tertentu di dalam konverter. Konverter terdiri dari empat tingkatan dimana di masing-masing tingkatan terdapat katalis. Pada tingkatan pertama konversi dibiarkan kecil yang hanya menghasilkan konversi sebesar 70%, sehingga laju reaksi dibiarkan berjalan cepat. Sedangkan pada tingkatan selanjutnya, laju reaksi dibiarkan berjalan lambat untuk menghasilkan konversi semaksimum mungkin, sehingga dapat memenuhi sisa konversi yang dibutuhkan yaitu sebesar 30%. Hal ini merupakan pertimbangan termodinamika dan kinetika yang dilakukan untuk meningkatkan efisiensi proses. Selain pertimbangan tersebut, pertimbangan teknis juga harus dilakukan untuk mencegah kerusakan katalis secara keseluruhan. Gas yang mengandung bahan perusak katalis hanya akan merusak katalis pada tingkatan pertama saja, sehingga katalis pada tingkatan selanjutnya tidak ikut rusak. Hal ini dapat meningkatkan efisiensi pengeluaran.Konversi akan semakin kecil seiring dengan meningkatnya suhu. Pada suhu 400C konversi menjadi sangat besar tetapi laju reaksi sangat lambat. Sedangkan pada suhu 500C laju reaksi berjalan dengan cepat namun konversi menjadi lebih kecil. Inilah yang menjadi kendala bahwa konversi lebih besar terjadi pada suhu rendah dan laju reaksi yang cepat terjadi pada suhu tinggi. Untuk menangaini hal tersebut, gas yang masuk diatur agar memiliki suhu sekitar 425 sampai 440C saat melewati katalis. Kemudian suhu dinaikan secara adiabatik saat reaksi berlangsung. Laju reaksi meningkat seiring dengan meningkatnya suhu, tetapi mulai melambat saat kesetimbangan reaksi tercapai. Reaksi biasanya akan berhenti ketika konversi SO2 telah mencapai 60 sampai 70% pada suhu sekitar 600C. Apabila salah satu dari SO2 atau oksigen ditingkatkan jumlahnya, maka akan memperbesar konversi menjadi SO3.Peningkatan jumlah oksigen yang berasal dari udara akan meningkatkan pula jumlah nitrogen di dalam gas tersebutJika gas mengandung banyak gas inert seperti nitrogen , maka konversi SO3 menjadi menurun yang disebabkan mol SO3 berbanding terbalik dengan mol total. Selain itu, memperbesar tekanan sesuai dengan prinsip Le Chatelier akan meningkatkan konversi SO3. Hal ini dikarenakan konversi SO2 menjadi SO3 merupakan reaksi bolak balik.Jika jumlah SO3 yang dihasilkan dari reaksi pada saat kesetimbangan dikurangi, maka SO2 yang dikonversi akan semakin banyak pada saat reaksi akan mencapai kesetimbangan kembali. Gas yang keluar dari kolom katalis tertentu dimasukkan dalam absorber untuk mengurangi SO3 dalam aliran produk. Hal ini dapat meningkatkan konversi secara keseluruhan dan mengurangi jumlah SO2 yang lepas ke atmosfir akibat tidak terkonversi.Katalis merupakan salah satu bahan yang berfungsi untuk meningkatkan laju reaksi.Katalis yang digunakan pada proses konversi SO2 menjadi SO3 pada awalnya adalah besi oksida dan platinum. Namun pada saat ini katalis tersebut sudah tidak digunakan lagi dan digantikan dengan katalis vanadium. Adapun katalis lain yang sering digunakan adalah molten saltyang diimpregnasikan di dalam silika berpori. Beberapa bahan dapat merusak katalis tersebut diantaranya arsenik, klorin dan florin yang dapat merusak silika. Katalis dibentuk berupa silinder berlubang untuk menurunkan tekanan pada konverter.

Daur Ulang Limbah Asam SulfatProduk asam sulfat merupakan bahan kimia yang sering digunakan dalam berbagai macam industri. Limbah asam sulfat sangat membahayakan bagi lingkungan. Untuk mencegah hal tersebut, maka perlu adanya daur pemakaian ulang dari limbah asam sulfat yang sudah tidak digunakan. Walaupun harganya sangat jauh lebih murah dibandingkan asam sulfat baru, tetapi daur pemakaian ulang ini akan mengurangi limbah asam sulfat yang dihasilkan. Sebagai contoh, sisa dari katalis asam alkilasi masih memiliki kadar asam sulfat sekitar 90%, 5% air dan hanya 5% zat organik. Limbah tersebut masih memiliki kadar asam yang sangat kuat dan kontaminasi yang tidak terlalu banyak. Limbah dari proses nitrasi dan limbah dari proses pemurnian minyak bumi masih mengandung kadar asam yang cukup kuat dan tidak terlalu terkontaminasi. Limbah asam lainnya ada yang dapat digunakan untuk menyerap air seperti pada proses produksi alkohol.Limbah asam dari hasil proses alkilasi sangat ekonomis untuk didaur ulang. Limbah tersebut dapat dibakar di dalam furnace, didinginkan dan dimurnikan untuk menghasilkan gas SO2. Gas SO2 yang dihasilkan dapat digunakan kembali untuk membuat produk asam sulfat yang baru. Limbah asam dari hasil proses nitrasi biasanya langsung digunakan kembali tergantung dari konsentrasi asam yang masih terkandung di dalamnya. Sedangkan pada limbah hasil dari proses pemurnian minyak bumi dapat dicampur dengan limbah alkilasi dan dihidrolisis menggunakan air pada suhu tinggi sehingga terbentuk dua lapisan. Lapisan atas merupakan lapisan bahan pengotor organik dan lapisan bawah merupakan limbah asam dengan konsentrasi asam yang lebih besar sehingga dapat digunakan kembali.