Thermodinamika

PEMBUATAN ASAM SULFAT

PROSES KONTAK

A.    Latar Belakang

Indonesia merupakan negara agraris dengan berbagai macam kondisi variabel, baik suhu, struktur tanah maupun curah hujan. Sehingga akan dihasilkan berbagai macam produk hasil pertanian. Namun dari tahun ke tahun hasil pertanian semakin menurun yang disebabkan berbagai hal.

Pupuk merupakan bahan penunjang di bidang pertanian. Pupuk terdiri dari 2 macam, yakni pupuk organik (kompos) dan pupuk anorganik (sintetis). Pupuk sintetis akan lebih banyak berpengaruh di bidang pertanian, karena pupuk sintetis dapat diproduksi dengan berbagai jenis/karakter. Dengan tersedianya berbagai macam pupuk maka diharapkan semua kondisi variabel dapat diatasi, meskipun diperlukan biaya yang cukup besar untuk memproduksinya.

Asam sulfat adalah asam dengan nilai α = 1, yang terdiri dari tiga unsur yaitu hidrogen, sulfur dan oksigen. Asam sulfat merupakan salah satu bahan baku pembuatan pupuk superfosfat, yang menghasilkan pupuk dengan kandungan sulfur yang cukup. Kandungan sulfur akan membuat struktur tanah menjadi lebih subur karena sulfur akan bereaksi dengan oksigen dan akan memberikan nutrisi dan meningkatkan unsur hara.

Selain sebagai bahan baku pupuk, asam sulfat juga digunakan sebagai bahan pereaksi di laboratorium maupun di pabrik-pabrik.

B.     Alasan Memilih Judul

Kebutuhan asam sulfat tidak akan pernah berhenti, karena asam sulfat digunakan di berbagai industri kimia dan di laboratorium.

Asam sulfat dapat diproduksi dengan berbagai cara antara lain dengan proses chamber,  proses kamar timbal dan proses kontak. Pembuatan asam sulfat dengan proses kamar timbal memiliki efisiensi yang sedikit.

Selain itu pada reaktor utamanya dilapisi timbal, selain harganya yang mahal, timbal juga merupakan logam berat yang berbahaya bagi lingkungan. Proses ini sudah sedikit peminatnya, karena proses ini tidak baik bagi kelanjutan kehidupan bumi.

Lain halnya jika menggunakan proses kontak, selain nilai ekonomisnya dan efisiensinya yang lebih besar, proses ini juga tidak menggunakan logam berat pada reaktornya. Sehingga akan menambah profit dari pabrik itu sendiri dan tidak mencemari lingkungan.

C.    Proses Pembuatan dan Bahan

1.      Proses Pembuatan Asam Sulfat Metode Kontak

Pembuatan asam sulfat menurut proses kontak berdasarkan reaksi kesetimbangan. Secara garis besar tahapan proses kontak yang terjadi diuraikan sebagai berikut :

a.       Pencairan belerang padat di melt tank

b.      Pemurnian belerang cair dengan cara filtrasi

c.       Pengeringan udara proses

d.      Pembakaran belerang cair dengan udara kering untuk menghasilkan sulfur dioksida (SO₂)

e.       Reaksi oksidasi lanjutan SO₂ menjadi SO₃ dalam empat lapis bed

f.       konverter dengan menggunakan katalis V₂O₅

g.      Pendinginan gas

h.      Penyerapan SO₃ dengan asam sulfat 93%-98,5%

Belerang padat dicairkan di dalam melting tank kemudian dipompakan ke dalam tanur melalui pipa-pipa panas yang bertujuan agar sulfur tetap dalam keadaan cair, sehingga sulfur dapat dipompakan, kemudian sulfur dikabutkan melalui sebuah nozle yang bertekanan tinggi akibat dari tekanan udara yang berasal dari sebuah kompresor. Sulfur dan udara akan bercampur lalu terbakar di dalam tanur.

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

Belerang cair dibakar pada suhu sekitar 800⁰C, sehingga menjadi gas belerang dioksida.

S_(l) + O_2(g) à SO_2(g)                                               (1)

Gas hasil pembakaran dalam tanur didinginkan secara mendadak melalui sebuah quencher, sampai suhu 425-440⁰C, dengan harapan didapat konversi yang maksimal saat akan diubah menjadi gas SO₃.

Belerang dioksida kemudian dimasukkan ke dalam sebuah konverter untuk dioksidasi lebih lanjut dengan udara menjadi gas belerang trioksida (SO_3(g)). Pada tahap ini diharapkan gas sulfur trioksida memiliki konversi yang tinggi.

Keseimbangannya merupakan kebalikan suhu dan fungsi langsung rasio oksigen terhadap sulfur dioksida, laju reaksi merupakan fungsi suhu. Komposisi gas dan banyaknya katalis akan mempengaruhi laju, konversi dan kinetika reaksi.

Reaksi yang terjadi adalah eksotermis yang reversible sebagai berikut :

2SO_2(g) + O_2(g) ßà 2SO_3(g)....... ΔH= -98 kJ        (2)

Reaksi ini berlangsung pd suhu sekitar 500⁰C, tekanan 1 atm dengan katalisator V₂O₅.

Kemudian gas SO_3(g) dilarutkan ke dalam menara asam untuk dikontakkan secara langsung dengan asam sulfat pekat hingga menjadi asam sulfat pekat berasap (oleum dengan rumus kimia H₂SO₄.SO₃ atau H₂S₂O₇)

SO_{3 (g)} + H₂SO_{4 (l)} à H₂S₂O_{7 (l)}                               (3)

Oleum hasil dari menara asam dimasukkan ke dalam tangki mixing. Oleun akan diencerkan dengan air sehingga kelebihan SO₃ akan terlarut di dalam air, dan didapat asam sulfat pekat yang tidak berasap.

H₂S₂O_{7 (l)} + H₂O _(l) à 2 H₂SO_{4 (l)}                    (4)

Dari proses kontak ini lalu akan terbentuk asam sulfat pekat dengan kadar 98-99%.

Tahap penting dalam proses ini adalah reaksi (2). Reaksi ini merupakan reaksi kesetimbangan reversible dan eksoterm. Sama seperti pada sintesis amonia, reaksi ini hanya berlangsung baik pada suhu tinggi. Akan tetapi pada suhu tinggi justru kesetimbangan bergeser ke kiri, sehingga suhu gas harus dijaga konstan.

Pada proses kontak digunakan suhu sekitar 500⁰C dengan katalisator V₂O₅. Sebenarnya tekanan besar akan menguntungkan produksi SO₃, tetapi penambahan tekanan ternyata tidak diimbangi penambahan hasil yang memadai. Oleh karena itu, pada proses kontak tidak digunakan tekanan besar melainkan tekanan normal yaitu 1 atm.

a.      Bahan baku

1)      Belerang (sulfur)

Belerang merupakan salah satu bahan dasar yang paling penting dalam industri pengolahan kimia. Bahan ini terdapat di alam dalam wujud bebas dan dalam keadaan senyawa pada bijih – bijih seperti pirit (FeS₂), Sfalerit (ZnS) dan Kalkopirit (CuFeS₂) . Bahan ini juga terdapat di dalam minyak dan gas bumi biasanya sebagai H₂S. Penggunaan belerang yang terbesar adalah dalam pembuatan asam sulfat.

Sulfur umumnya berbentuk padat, berwarna kuning muda dan berbau kurang menyengat. Saat dipanaskan sulfur akan mencair pada suhu 130⁰C, berwarna coklat dan baunya sangat menyengat.

2)      Udara

Udara yang digunakan adalah udara disekitar pabrik, yang dikompresikan dengan sebuah kompresor dan dikeringkan, sehingga dapat memberikan tekanan pada saat pembakaran sulfur.

3)      Air

Air yang digunakan adalah air dalam tanah yang didemineralisasi. Sehingga dihasilkan air dengan kandungan mineral yang rendah. Kandungan mineral yang rendah akan memperlambat pembentukan kerak pada heat exchanger.

Air juga digunakan untuk pengenceran asam sulfat berasap, menjadi asam sulfat. Jika digunakan air dengan kandungan mineral yang rendah, diharapkan hasil asam sulfat memiliki kemurnian yang tinggi.

b.      Bahan penunjang

Katalis

Fungsi katalis dalam setiap reaksi katalitik adalah meningkatkan laju reaksi. Katalis konversi sulfur dioksida ini biasanya terdiri dari tanah diatomea, yang disusupi dengan lebih dari 7% V₂O₅ katalis komersial mengandung garam kalium (sulfat, pirosulfat dan sebagainya) disamping V₂O₅. Pada suhu operasi pewaris aktif ialah garam lebur yang terdapat pori – pori pelet silika.

Katalisator yang dapat digunakan untuk reaksi pembentukan belerang trioksida antara lain Pt, V₂O₅, Fe₂O₃, Cr₂O₃, Mn₂O₃ dan Mn₃O₄.

Katalisator yang baik adalah Pt dan V₂O₅, tapi yang paling banyak dipakai adalah Vanadium Pentoksida, karena :

·         V₂O₅ lebih murah harganya

·         Pt lebih mudah teracuni

·         V₂O₅ memiliki daya tahan terhadap suhu tinggi yang lebih baik

·         Konversi relatif lebih tinggi (Fairlie, Sherve, Kirk Othmer)

2.      Sumber Daya Manusia & Teknologi

Pabrik asam sulfat dapat didirikan di lahan dengan luas area sedang sekitar 900m², baik didirikan di pantai maupun di tengah-tengah daratan. Hal ini dapat dilakukan karena sebagian besar limbah pabrik asam sulfat berupa cairan polar yang dapat dinetralkan dengan sodium hidroksida dan atau natrium bikarbonat. Sehingga jika terjadi tumpahan, asam sulfat dapat ternetralisasi oleh sodium bikarbonat.

Pabrik asam sulfat juga merupakan pabrik menengah dan padat karya. Sehingga pabrik asam sulfat dapat didirikan dengan sedikit modal dan sedikit pekerja. Akan tetapi diperlukan suatu alat untuk mengatur proses tersebut, sehingga cukup diperlukan sedikit operator.

Sumber daya manusia yang diperlukan cukup mengerti tentang dasar-dasar peralatan proses. Alat proses tersebut meliputi valve, pompa, dan line proses. Tidak dibutuhkan keterampilan khusus untuk menjalankan proses ini.

D.    Kesimpulan

Asam sulfat adalah zat kimia yang bersumber dari sulfur yang dioksidasi sehingga didapat asam sulfat. Asam sulfat merupakan asam kuat dengan nilai derajat disosiasi satu. Asam sulfat berasap atau oleum merupakan asam sulfat dengan sulfur trioksida berlebih. Sehingga larutannya akan menimbulkan asap yang berasal dari gas sulfur trioksida.

Asam sulfat dapat didirikan dengan sedikit modal dan sedikit pekerja. Sehingga pabrik ini dapat dikategorikan dalam pabrik jenis menengah dan padat karya. Pabrik asam sulfat tidak membutuhkan area yang luas dan dapat didirikan di tengah daratan. Akan tetapi akan lebih ideal jika pabrik ini didirikan di dekat laut, sehingga transportasi sulfur dan produk dapat dilakukan dengan lebih mudah.