INDUSTRI PEMBUATAN ASAM SULFAT ( H2SO4 )

Kelompok 4 Melda Fitri Pratiwi (03101403001) Heranita Shinta Dewi (03101403002) Nurdiyaningsih Muslimah (03101403016) Rima Gita Pratama (03101403018) Rizky Afriani Siregar (03101403032)

UNIVERSITAS SRIWIJAYA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK KIMIA 2011 2012

BAB ILATAR BELAKANG (Sejarah Pembuatan Bahan Kimia)

Asam sulfat (H2SO4) adalah asam mineral (anorganik) yang kuat. Zat ini larut dalam air pada semua perbandingan. Asam sulfat mempunyai banyak kegunaan dan merupakan salah satu produk utama industri kimia. Produksi dunia asam sulfat pada tahun 2001 adalah 165 juta ton, dengan nilai perdagangan seharga US$8 juta. Kegunaan utamanya termasuk pemrosesan bijih mineral, sintesis kimia, pemrosesan air limbah dan pengilangan minyak. Alkimiawan pada abad ke-8 Abu Musa Jabir bin Hayyan (Geber) dipercayai sebagai penemu asam sulfat. Asam ini kemudian dikaji oleh alkimiawan dan dokter Persia abad ke-9 Ar-Razi (Rhazes), yang mendapatkan zat ini dari distilasi kering mineral yang mengandung besi(II) sulfat heptahidrat, FeSO4 7H2O, dan tembaga(II) sulfat pentahidrat, CuSO4 5H2O. Ketika dipanaskan, senyawa-senyawa ini akan terurai menjadi besi(II) oksida dan tembaga(II) oksida, melepaskan air beserta sulfur trioksida yang akan bergabung menjadi larutan asam sulfat. Metode ini dipopulerkan di Eropa melalui terjemahan-terjamahan buku-buku Arab dan Persia.Asam sulfat dikenal oleh alkimiawan Eropa abad pertengahan sebagai minyak vitriol. Kata vitriol berasal dari bahasa Latin vitreus yang berarti 'gelas', merujuk pada penampilan garam sulfat yang seperti gelas, disebut sebagai garam vitriol. Garam-garam ini meliputi tembaga(II) sulfat (vitriol biru), seng sulfat (vitriol putih), besi(II) sulfat (vitriol hijau), besi(III) sulfat (vitriol Mars), dan kobalt(II) sulfat (vitriol merah).Garam-garam vitriol tersebut merupakan zat yang paling penting dalam alkimia, yang digunakan untuk menemukan batu filsuf. Vitriol yang sangat murni digunakan sebagai media reaksi zat-zat lainnya. Hal ini dikarenakan asam vitriol tidak bereaksi dengan emas. Pentingnya vitriol dalam alkimia terlihat pada moto alkimia Visita Interiora Terrae Rectificando Invenies Occultum Lapidem ('Kunjungi bagian dalam bumi dan murnikanlah, anda akan menemukan batu rahasia') yang ditemukan dalam L'Azoth des Philosophes karya alkimiawan abad ke-15 Basilius Valentinus, .

Pada abad ke-17 ahli kimiawan Jerman Belanda yang bernama Johann Glauber membuat asam sulfat dengan membakar sulfur bersamaan dengan kalium nitrat (KNO3) dengan keberadaan uap. Kalium nitrat tersebut terurai dan mengoksidasi sulfur menjadi SO3, yang akan bergabung dengan air membentuk asam sulfat. Pada tahun 1736, Joshua Ward, ahli farmasi London, menggunakan metode ini untuk memulai produksi asam sulfat berskala besar. Pada tahun 1746 di Birmingham, John Roebuck mengadaptasikan metode ini ke dalam suatu bilik, yang dapat menghasilkan asam sulfat lebih banyak. Proses ini disebut sebagai proses bilik, yang mengijinkan produksi asam sulfat secara efektif. Setelah berbagai perbaikan, metode ini menjadi proses standar produksi asam sulfat selama hampir dua abad. Pada tahun 1831, saudagar asam cuka Britania Peregrine Phillips mematenkan proses kontak, yang lebih ekonomis dalam memproduksi sulfur trioksida dan asam sulfat. Sekarang, hampir semua produksi asam sulfat dunia menggunakan proses ini.

BAB IIMANFAAT DAN KOMPOSISI ASAM SULFAT SERTA BAHAN BAKU

II.1 Manfaat Asam Sulfat Asam sulfat merupakan komoditas kimia yang sangat penting, dan sebenarnya pula, produksi asam sulfat suatu negara merupakan indikator yang baik terhadap kekuatan industri negara tersebut. Kegunaan utama (60% dari total produksi di seluruh dunia) asam sulfat adalah dalam "metode basah" produksi asam fosfat, yang digunakan untuk membuat pupukfosfat dan juga trinatrium fosfat untuk deterjen. Pada metode ini, batuan fosfat digunakan dan diproses lebih dari 100 juta ton setiap tahunnya. Bahan-bahan baku yang

ditunjukkan pada persamaan di bawah ini merupakan fluorapatit, walaupun komposisinya dapat bervariasi. Bahan baku ini kemudian diberi 93% asam suflat untuk menghasilkan kalsium sulfat, hidrogen fluorida (HF), dan asam fosfat. HF dipisahan sebagai asam fluorida. Asam sulfat digunakan dalam jumlah yang besar oleh industri besi dan baja untuk menghilangkan oksidasi, karat, dan kerak air sebelum dijual ke industri otomobil. Asam yang telah digunakan sering kali didaur ulang dalam kilang regenerasi asam bekas (Spent Acid Regeneration (SAR) plant). Kilang ini membakar asam bekas dengan gas alam, gas kilang, bahan bakar minyak, ataupun sumber bahan bakar lainnya. Proses pembakaran ini akan menghasilkan gas sulfur dioksida (SO2) dan sulfur trioksida (SO3) yang kemudian digunakan untuk membuat asam sulfat yang "baru". Amonium sulfat, yang merupakan pupuk nitrogen yang penting, umumnya diproduksi sebagai produk sampingan dari kilang pemroses kokas untuk produksi besi dan baja. Mereaksikan amonia yang dihasilkan pada dekomposisi termal batu bara dengan asam sulfat bekas mengijinkan amonia dikristalkan keluar sebagai garam (sering kali berwarna coklat karena kontaminasi besi) dan dijual kepada industri agrokimia. Kegunaan asam sulfat lainnya yang penting adalah untuk pembuatan aluminium sulfat. Alumunium sulfat dapat bereaksi dengan sejumlah kecil sabun pada serat pulp kertas untuk menghasilkan aluminium karboksilat yang membantu mengentalkan serat pulp menjadi permukaan kertas yang keras. Aluminium sulfat juga digunakan untuk membuat aluminium hidroksida. Aluminium sulfat dibuat dengan mereaksikan bauksit dengan asam sulfat:

Al2O3 + 3 H2SO4 Al2(SO4)3 + 3 H2O

Asam sulfat juga memiliki berbagai kegunaan di industri kimia. Sebagai contoh, asam sulfat merupakan katalis asam yang umumnya digunakan untuk mengubah sikloheksanonoksim menjadi kaprolaktam, yang digunakan untuk membuat nilon. Ia juga

digunakan untuk membuat asam klorida dari garam melalui proses Mannheim. Banyak H2SO4 digunakan dalam pengilangan minyak bumi, contohnya sebagai katalis untuk reaksi isobutana dengan isobutilena yang menghasilkan isooktana. Di bidang industri, asam sulfat merupakan produk kimia yang paling banyak dipakai, sehingga memperoleh julukan the lifeblood of industry. Asam sulfat penting sekali terutama dalam produksi: Pupuk Kilang minyak Serabut buatan Bahan kimia industri Plastik Pharmasi Baterai Bahan ledak Semikonduktor Kertas dan pulp Karet sintetis dan alami Cat dan pigmen

II.2 Komposisi Asam Sulfat dan Bahan Baku Bahan baku dan komposisi H2SO4 terdiri dari unsur : H - sumbernya H2O S - deposit , gas alam , minyak bumi dan lain-lain O - udara

BAB IIISIFAT FISIKA DAN KIMIA BAHAN BAKU SERTA PRODUK

III.1 Sifat Fisika dan Kimia Bahan baku

a. SulfurSifat-sifat fisika Sulfur ditunjukkan pada tabel berikut ini : Tabel 3.1 Sifat Fisika Sulfur Titik didih Entalpi penguapan Densitas pada 140C Viskositas pada 120C Panas laten penguapan 444,6C j/g 278 (400C) 1,7865 g/ml (cair) 0,0017 Pa.s 200C 308,6 J/g (Sander, 1983)

Sifat-sifat kimia Sulfur : 1. Dengan udara membentuk sulfur dioksida Reaksi : S + O2 SO2 2. Dengan asam klorida dan katalis Fe akan menghasilkan hidrogensulfida.

b. UdaraFase Komposisi Kapasitas panas Berat molekul Berat jenis : gas : 20,9% O2 ; 79,1% N2 : 7,035 cal/gmol C (32C) : 28,84 g/gmol : 1,5.10-3 gr/cc (25C)

c.

Air Proses (H2O): cair : 18 g/gmol : 1 gr/cc (25C) : 1 cp (25C)

Fase Berat molekul Berat jenis Kekentalan

d. Sulfur dioksida

Sifat-sifat fisika sulfur dioksida ditunjukkan pada tabel berikut ini : Tabel 1.4.Sifat fisika sulfur dioksida Berat Molekul Titik Leleh Titik Didih Densitas Standar Volume Molar Panas spesifik pada 100C Panas spesifik pada 300C Panas spesifik pada 500C Cp/cv (15C) 64,06 g/gmol (-) 75,5C (-) 10C 2,93 kg/m3 21,9 L/mol 662 J/ (kg K) 754 J/ (kg K) 816 J/ (kg K) 1,29 (Sander, 1983)

Sifat kimia Sulfur dioksida : 1. Dengan klorin dan air membentuk asam klorida dan asam lainnya. Reaksi : Cl2 + 2H2O + SO2 Reaksi : 2H2S + SO2 2HCl + H2SO4 2H2O + 3S 2. Dengan hidrogen sulfida membentuk air dan sulfur

e. Sulfur TrioksidaSifat-sifat fisika sulfur trioksida ditunjukkan pada tabel berikut ini : Tabel 1.5.Sifat Fisika Sulfur Trioksida Berat Molekul Titik Didih Titik Leleh Denstitas Standar Panas penguapan pada titik didih Sifat kimia sulfur trioksida : 1.Dengan air membentuk asam kuat Reaksi : SO3 + H2O H2SO4 2. Dengan udara lembab sulfur trioksida membentuk uap putih tebal dengan bau yang menyengat. 80,06 g/gmol 3,57C 16,86C 44,8 kg/m3 528 J/g (Sander, 1983)

III.2 Sifat Fisika dan Kimia Produk

Asam SulfatSifat sifat asam sulfat ditunjukkan pada tabel berikut ini : Tabel 1.6.Sifat Fisika Asam Sulfat Berat Molekul Titik Leleh Titik Didih Densitas standar 45C Kadar Warna Bentuk 98,08 g/gmol 10,31C 336,85C 1,8 g/cc 98,50 % Tidak berwarna Cair ( Sander, 1983)

Sifat kimia asam sulfat : 1. Dengan basa membentuk garam dan air. Reaksi : H2SO4 + 2 NaOH Na2SO4 + H2O 2. Dengan alkohol membentuk eter dan air. Reaksi : 2C2H5OH + H2SO4 C2H5OC2H5 + H2O + H2SO4

BAB IV

MACAM-MACAM PROSES PEMBUATAN

Macam-Macam Proses Pembuatan Asam Sulfat Ada 2 cara untuk pembutan asam sulfat yaitu :1. Proses Kamar Timbal

2. Proses Kontak

1. Proses Kamar Timbal Pada tahun 1746, Roebuck dari Birmingham Inggris,memperkenalkan proses kamar timbal. Proses ini menarik , namun sudahkuno.Gas SO2 dan NO dimasukkan ke menara Glover bersamaan dengangas-gas dari menara Gay Lussac, gas yang keluar dari menara Gloverdimasukkan ke dalam kamar timbal dan disemprotkan dengan air sehingga menghasilkan asam sulfat 60-67%. Hasil ini sebagiandikembalikan ke menara Glover yang akan menghasilkan asam 77%.Asam ini sebagian dimasukkan ke dalam menara Gay Lussac untukmenyerap gas-gas NO dan NO2 (katalisator).Gas yang terserap ini dimasukkan kembali ke menara Glover kamartimbal berbentuk silindris volumenya cukup luas. Permukaan dalamnyadilapisi timbal tipis dan disekat-sekat agar panas dapat ditransfer denganbaik, 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 yangdibawa GHP (gas hasil pembakaran) belerang (400-600C). (Sherve, 1967)

Proses Kamar Timabal pembuatan asam sulfat mempunyai keuntungan dan kerugian yaitu: Keuntungan : tidak membutuhkan pemurnian gas dengan seksama dan produk lebih mudah difariasikan (katalisatornya gas yaitu : oksi dan nitrogen) Kerugian : tidak dapat menghasilkan H2SO4 yang pekat serta mutunya kurang,ruangannya yang luas 2. Proses Kontak Proses kontak pertama kali ditemukan pada tahun 1831 oleh PeregrinePhilips, seorang negarawan Inggris, yang patennya mencakup aspekaspekpenting dari proses kontak yang modern, yaitu denganmelewatkan campuran sulfur dioksida dan udara melalui katalis,kemudian diikuti dengan absorbsi sulfur trioksida di dalam asam sulfat 98,5 99%. Pada tahun 1889 diketahui bahwa proses kontak dapat ditingkatkan dengan menggunakan oksigen berlebihan di dalam campuran gas reaksi. Proses kontak sekarang telah banyak mengalami penyempurnaan dalam rinciannya dan dewasa ini telah menjadi suatu proses industri yang murah, kontinyu dan dikendalikan otomatis. Sampai tahun 1900, belum ada pabrik dengan proses kontak yangdibangun di Eropa, di mana terdapat kebutuhan terhadap oleum dan asam konsentrasi tinggi untuk digunakan pada sulfonasi, terutama pada industri zat warna. Dalam periode 1900 sampai 1925, banyak pabrik asam sulfat dengan proses kontak telah dapat bersaing dengan proses kamar pada segala konsentrasi asam yang dihasilkan. Sejak pertengahan tahun 1920- an, kebanyakan fasilitas yang baru dibangun dengan menggunakan proses kontak dengan katalis hidrogen biasanya berupa zat padat, antara lain Pt, V2O5 dan Fe2O3. Katalis ini berpori-pori sehingga cocok untuk pembuatan asam sulfat, karena memiliki bidang kontak yang besar. Udara yang digunakan untuk membakar belerang dibersihkan dahulu dengan asam sulfat dalam menara absorber, hasil pembakaran dibersihkan dalam Waste Heat Boiler kemudian dimasukkan ke dalam konverter bersama O2, gas hasil konverter atau reaktor dimasukkan ke dalam menara penyerap atau absorber. Penyerap yang digunakan adalah asam sulfat 98,5%. (Sherve, 1967)

Proses kontak pembuatan asam sulfat dapat menghasilkan H2SO4 dengan kepekatan yang berbeda-beda dari H2SO4 encer sampai oleum dan mutunya lebih tinggi,ruangan yang dibutuhkan tidak seluas pada proses kamar timbal (katalisatornya zat padat yaitu : Pt,Oleum,Va) Proses Pembuatan Asam Sulfat Dapat dibagi Atas Beberapa Tingkatan a. Pengambilan dan Pengolahan bahan dasar Untuk membuat H2SO4 dibutuhkan 3 bahan dasar utama :-

Udara : merupakan sumber O2 Air : mengembangkan H2 dan O2

Belerang,senyawa-senyawa yang mengandung belerang : merupakan sumber belerang (S) dalam H2SO4

b. Pembuatan gas SO2 c. Pembuatan gas SO3 d. Pembentukan gas H2SO4

Pada proses kamar timbal,pembentukan SO3 dan H2SO4 terjadi bersama-sama pada tempat yang sama yaitu : menara glover dan kamar timbal. Tingkatan-tingkatan lainnya kecuali pembersih gas SO2 tidak ada perbedaannya dengan kedua proses.Proses kontak membutuhkan pembersihan dan penyaringan gas SO2 yang lebih sempurna agar katalisator yang dipakai tidak terlalu lekas rusak. Pada proses pembuatan H2SO4 masih dibutuhkan bahan-bahan lain yang umumnya tidak terlihat pada hasil akhir,termasuk diantaranya katalisator misalnya : ammonia,asam nitrat,platina,planadium. Penambahan bahan-bahan ini hanya untuk mengganti yang hilang selama proses berlangsung.

BAB VPEMILIHAN PROSES YANG TERBAIK

V.1 Seleksi Proses

Ada beberapa proses pembuatan asam sulfat antara lain dapat dilihat pada tabel sebagai berikut : Keterangan Konversi Biaya produksi Kualitas produk Proses produksi Proses Kontak 98,5 99 % Rendah Lebih pekat Satu kali proses dalam Proses Kamar Timbal 77 79% Tinggi Kurang pekat Dua kali proses dalam

meningkatkan Katalis konsentrasi asam Vanadium Pentoksida

meningkatkan konsentrasi asam NO dan NO2

Setelah dibandingkan antara proses kontak dengan proses kamar timbal, maka untuk perancangan pabrik asam sulfat ini dipilih ProsesKontak dengan pertimbangan : a. Konversi yang tinggi dan kualitas produk lebih pekat. b. Biaya produksi lebih murah. c. Umur katalis dapat mencapai 10 tahun dalam pemakaian normal. d. Proses produksi satu kali proses dalam meningkatkan konsentrasi asam.

BAB VIBLOK DIAGRAM ALUR (FLOW CHART) DAN DESKRIPSI DARI PROSES YANG DIPILIH DI ATAS

VI.1 Block Diagram Alur (Flowchart) Flowchart Dengan Reaksi Kontak

SO2 dan air masuk ke dalam dust preciptator kemudian udara yang digunakan untuk membakar belerang dibersihkan dahulu di menara pembersih. Lalu dikeringkan di menara pengering setelah itu masuk ke heat exchanger kemudian di konvertor bersama O 2 lalu ke heat ecchanger lagi. Setelah itu di lanjutkan ke pendingin lalu di check kekonsentrasian asamnya. Kemudian di encerkan dan dinginkan kembali. H2SO4 yang telah di check kembali keasamannya di simpan di tangki penyimpanan.

VI.2 Flow Sheet

BAB VIIPERALATAN YANG DIGUNAKAN

VII.I Blower

Blower (penghembus) digunakan untuk menghembuskan udara dan atau gas yang mengandung belerang (SO2 dan SO3) melalui peralatan pengolahan. Blower ini ditempatkan di dalam aliran sehingga dapat menangani udara atau gas yang mengandung sulfur dioksida.

VII. 2 Pompa Asam

Pompa sentri fugal tercelup dengan poros vertikal dan terbuat dari besi cor dengan impelen dari paduan, demikian juga porosnya, digunakan untuk mensirkulasi asam didalam menara pengeringan dan absorpsi .

VII. 3 Pompa Belerang

Pompa sentrifugal poros vertikal yang terbuat dari besi cor juga digunakan untuk memompakan belerang dari sumur penyimbunan kedalam atomiser dan pembakar belerang. Pompa ini mempunyai pipa-pipa penyaluran luar bermantel uap, sehingga belerang tidak menjadi dingin dan membeku, karena titik lebur belerang adalah 115C.

VII. 4 Pendingin Asam

Asam yang di sirkulasikan pada menara absorpsi harus didinginkan untuk mengeluarkan kalor absorpsi dan kalor sensibel gas masuk. Asam yang di sirkulasikan pada menara pengering harus pula didinginkan untuk mengeluarkan kalor pengenceran dan kalor kondensasi pelembapan yang terdapat didalam gas atau udara masuk.

BAB VIII DAFTAR PUSTAKA

Lutfi,Anna,Perancangan Pabrik Asam Sulfat dari Sulfat dan Udara dengan Proses Kontak Kapasitas 225.000 Ton Per Tahun(Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta,2008). Austin,George T,Industri Proses Kimia, jilid 1,eds 5,Erlangga, 1985. Patent Process for production of sulphuric acid (Pub. No : US 2010/0068127 A1)id.wikipedia.org/wiki/Asam_sulfat http://kimiadahsyat.blogspot.com/2009/06/pembuatan-asam-sulfat-proseskontak.html http://etd.eprints.ums.ac.id/2634/1/D500030082.pdf