PROSES INDUSTRI KIMIA PROSES INDUSTRI KIMIA
INDUSTRI ASAM NITRAT INDUSTRI ASAM NITRAT
Disusun Oleh: Disusun Oleh:
Jeanne
Jeanne Fransiska Fransiska W W (1114010)(1114010) Feri
Feri Firdiansyah Firdiansyah (1114033)(1114033) Kurniawan
Kurniawan Teguh Teguh W W (1114036)(1114036)
JURUSAN TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL MALANG INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL MALANG
2013 2013
Senyawa kimia asam nitrat (HNO3) adalah sejenis cairan korosif yang tak berwarna, dan merupakan asam beracun yang dapat menyebabkan luka bakar. Larutan
asam nitrat dengan kandungan asam nitrat lebih dari 86% disebut sebagai asam nitrat berasap, dan dapat dibagi menjadi dua jenis asam, yaitu asam nitrat berasap putih dan
asam nitrat berasap merah.
Asam nitrat murni (100%) merupakan cairan tak berwarna dengan berat jenis 1.522 kg/m³. Ia membeku pada suhu -42 °C, membentuk kristal-kristal putih, dan mendidih pada 83 °C. Ketika mendidih pada suhu kamar, terdapat dekomposisi (penguraian) sebagian dengan pembentukan nitrogen dioksida sesudah reaksi:
4HNO3 → 2H2O + 4NO2+ O2(72°C)
yang berarti bahwa asam nitrat anhidrat sebaiknya disimpan di bawah 0 °C untuk menghindari penguraian. Nitrogen dioksida (NO2) tetap larut dalam asam nitrat yang membuatnya berwarna kuning, atau merah pada suhu yang lebih tinggi.
Sebagai mana asam pada umumnya, asam nitrat bereaksi dengan alkali, oksida basa, dan karbonat untuk membentuk garam, seperti amonium nitrat. Karena memiliki sifat mengoksidasi, asam nitrat pada umumnya tidak menyumbangkan protonnya (yakni, ia tidak membebaskan hidrogen) pada reaksi dengan logam dan garam yang dihasilkan biasanya berada dalam keadaan teroksidasi yang lebih tinggi.Karenanya, perkaratan (korosi) tingkat berat bisa terjadi. Perkaratan bisa dicegah dengan penggunaan logam ataupun aloi anti karat yang tepat.
Asam nitrat memiliki tetapan disosiasi asam (pK a) 1,4: dalam larutan akuatik, asam nitrat hampir sepenuhnya (93% pada 0.1 mol/L) terionisasi menjadi ion nitrat NO3 dan proton terhidrasi yang dikenal sebagai ion hidronium, H3O+.
HNO3+ H2O → H3O+ + NO3 -Proses pembuatan Asam Nitrat (HNO3) Ada 2 macam :
1. Oksidasi NH3dengan udara
Proses pembuatan asam nitrat di industri dipelopori oleh Oswald (1901) dengan mengkonversi ammonia menjadi asam nitrat dengan membakar ammonia ditambah dengan katalis platina.
Pada proses ini dibutuhkan suhu tinggi, NH3 dengan penambahan katalis diubah menjadi NO, yang kemudian didinginkan dan dioksidasi oleh udara menghasilkan
NO2. Nitrogen dioksida bereaksi dengan H2O untuk memproduksi HNO3dan sedikit NO. NO diproduksi pada tahap 3 kemudian direcycle ke tahap 2.
Reaksi:
4NH3 (g) + 5O2→ 4NO(g)+ 6H2O(g) 2NO(g) + O2(g)→ 2NO2(g)
3NO2(g)+ H2O(l) → 2HNO3-+ NO(g) Proses:
Udara dikompresikan menjadi 6,8 atm, disaring dan di panaskan menjadi 300oC. Amonia diuapkan dalam penguap steam dan selanjutnya dicampurkan dengan udara yang sudah dikompresi. Campuran antara udara dan Amonia dimasukan ke dalam reaktor yang berisi katalisator Platina 2- 10%. Pada reaksi ini konversi reaksi bahan untuk menjadi produk adalah 93 – 95%. Dari reaktor akan di hasilkan Nitric Oksode (NO). Hasil Nitric Okside kemudian direaksikan dengan oksigen supaya terbentuk Asam Nitrat yang konsentrasinya 65%. Untuk memekatkan hasil, gas NO2 diserap dengan menggunakan H2SO4 dalam absorber. Hasil akhir penyerapan berupa Asam Nitrat dengan kadar 95%.
2. Proses Retort
Dari Chili Salpoter direaksikan dengan H2SO4 menghasilkan HNO3. Cari ini tidak digunakan lagi karena biaya pemeliharaan dan perbaikan alat sangat mahal dan kurang efisien meskipun investasinya kecil.
Reaksi :
NaNO3 + H2SO4 NaHSO4 + HNO3 Proses:
Bahan baku Natrium Nitrat dan Asam Sulfat masuk reaktor tangki berpengaduk. Reaktor di panaskan secara isotermal pada suhu 150oC selama 10 jam. Konversi pembentukan asam Nitrat adalah 97%.Selama waktu itu NO2 dan air akan teruapkan. Uap Asam Nitrat di lewatkan di kondensor parsial, kemudian di pisahkan antara gas dan cairanya dalam separator. Cairan Asam Nitrat di dinginkan dengan menggunakan Cooler dan selanjutnya di simpan sebagai hasil Asam Nitrat. Konsentarsi hasil adalah sebesar 90%. Gas yang tidak terembunkan diserap dengan menggunakan air pada absorber. Hasil bawah menghasilkan kadar Asam Nitrat 43%. Hasil samping reaktor berupa campuran
”either cake”. Bahan ini dapat di jual pada industri baja dan dapat juga di pakai sebagai bahan baku Asam Klorida bila di reaksikan dengan garam NaCl.
Berdasarkan uraian beberapa macam proses pembuatan Asam Nitrat tersebut, maka dipilih Proses Retort dalam pembuatan Asam nitrat dari Natrium Nitrat dan asam Sulfat dengan pertimbangan :
1. Proses ini menghasilkan konversi reaksi yang lebih tinggi tinggi.
2. Kondisi operasi mudah dicapai karena hanya memerlukan suhu dan tekanan yang rendah
3. Produk yang dihasilkan mempunyai kemurnian yang lebih tinggi. Uraian Proses
Oksidasi NH3dengan udara
Cara kerjanya:
1. Udara tekan 100 psig melalui kompresor (dingin) menyerap panas dari preheater dialirkan bersama-sama dengan NH3gas kdalam converter
2. h operai enan tini kataliator Pt - R h NH3
3. Gas panas segera dialirkan kedalam preheater untuk didinginkan dengan menggunakan udara dingin dari kompresor. Selanjutnya dialirkan ke dalam heater. arena pana maih ckp tini maka a ia ari aorer (t ) imana P
masih cukup tinggi dipergunakan untuk menyerap panas dari gas hasil dan panas ini dirubah menjadi kerjaa oleh turbin (selisih p). Sisa panas dimanfaatkan oleh Wh.B. untuk steam dan akhirnya untuk menguapkan NH3 di dalam evaporator NH3. a an telah inin ini ( 4 4 – ) iaori enan H2O di dalam tangki absorber menghasilkan HNO360%.
4. Bila HNO3 berwarna coklat berarti NO2lebih besar, dapat direduksi dengan udara
Bentuk Konverter dan Prinsip Kerjanya
- Campuran NH3 dan udara masuk dari puncak converter, turun kebawah melalui
lapisan katalisator. Gas hasil didinginkan dengan udara dingin dan keluar gas outlet. - Pada waktu starting penyalaan permulaan dengan nyala H2 melalui H sampai suhu
reaksi, lalu dimatikan Pemekatan HNO3
- Larutan HNO3 dengan kadar 60% merupakan campuran azeotrop, sehingga
penyulingan hanya dapat dilakukan sampai kadar 68%.
- Dalam industri dibutuhkan HNO3 pekat, maka salah satu cara ialah dengan
pemekatan menggunakan H2SO4 pekat (karena mudah menyerap air) yang
dipanaskan dengan uap secara langsung atau tidak langsung. Bila dipergunakan steam langsung :
Digelembung dan sekaligus berfungsi sebagai mengaduk Proses Retort
Natrium nitrat (NaNO3) padat dari gudang (G-1) dengan belt conveyor (BE – 1),
selanjutnya dilewatkan Screw conveyor (SC-1) dan masuk ke rotary drier (RD) untuk mengurangi kadar air. Suhu masuk rotary drier RD = 35oC dan keluar pada 100oC, Selanjutnya dengan belt conveyor (BC – 2) dan bucket elevator (BE – 1),Natrium nitrat diumpankan ke reaktor (R – 1).
Asam sulfat (H2SO4) 66oBe (93%) dari tangki penyimpan (T – 1) dipompa dan
dilewatkan pemanas (HE – 1) untuk pemanasan pendahuluan dari 35oC menjadi 60oC dan kemudian masuk ke reaktor (R – 1).
Reaktor di panaskan dengan saturated steam pada suhu 200oF secara isothermal, kondisi operasi reaktor pada 150oC (302oF), selama 10 jam. Gas hasil reaksi dalam reaktor pada keadaan lewat jenuh dilewatkan (HE – 1) untuk didinginkan, dan dialirkan ke kondensor (CD – 1) dengan menggunakan bowler (B-3). Pada suhu 95oC dalam tekanan 1 atm, sebagian gas hasil reaksi akan mengembun dan sebagian lagi tidak. Gas dan cairan ini selanjutnya dimasukan ke sparator (S – 1), dipisahkan antara gas dan cairan. Cairan dari sparator (S – 1) selanjutnya didinginkan dengan (HE-2) sampai suhu 40oC, kemudian masuk dalam accumulator (AC – 1), konentrasi asam nitrat hasil 76%.
Gas yang tidak terembun pada kondensor (CD – 1) didinginkan dengan pendingin (HE – 2) menjadi 40oC dan di serap dengan air (H2O) pada 40oC dalam
absorber (AB – 1). Pada absorber 1 terjadi absorbsi gas dengan reaksi kimia. Menara absorber (AB – 1) erpa menara “Ble p” an erkerja paa tekanan1 Atm. Hasil arbsorbsi berupa asam nitrat dengan kadar 65% yang selanjutnya dimasukan ke accumulator (AC – 1).
Pada accumulator (AC – 2) yang ditambahkan asam nitrat dari hasil (AC – 1) dengan kosentrasi 68% untuk menaikan konsentrasi hasil. Selanjutnaya asam nitrat dipompakan ke tangki penyimpan T – 2. Hasil samping berupa campuran antara NaHSO4, Na2SO4, NaCl yang berbentuk slurry encer dipompa dan disimpan pada tangki T – 3
Gambar. Diagram alir kualitatif
Usaha untuk memperbesar hasil Kelompok 1 (a, b, c, d, e)
Reaksi samping b, c, d (tidak diinginkan)
Segi termodinamika
1. Reaksi okap yang dimana T lebih besar supaya K lebih besar dengan kenyataannya T leih ear ( ) paa reaki tiak ereer ke kiri.
2. O2 lebih besar yang dimana supaya reaksi b, d, tidak mengalami masalah pemingutan hasil, penguapan kurang efisien
3. P lebih besar dari 1 atm tidak berpengauh 4. Inert yang menguntungkan, menyerap panas
5. Hasil reaksi (a) segera dipisahkan supaya reaksi (c) tidak terjadi
Segi kinetika 1. O2 besar
2. A besar yang terdapat pada turbulensi ( pengadukan), yang dimana reaksi samping (reaksi c), waktu kontak dengan katalisator lebih dari 1 detik
3. Reaksi ekso yang dimana T lebih besar supaya K leih ear ( – ) 4. E kecil, katalisator : kadar Pt – Rh (10%)
NO sudah terurai menjad N2 + O2, pada T lebih besar sehinggga harus membekukan kesetimbangan.
Caranya : itrkan menjai Kelompok 2 (e, f, g)
Segi termodinamika 1. O2 besar
2. eaki oo kecil k leih ear ( leih kecilama enan ) 3. P besar yang digunakan untuk reaksi o dan g : menguntungkan
Segi Kinetika
1. Reaksi exo : T besar supaya k lebih besar : ternyata k lebih besar cukup pada T kamar
Kesimpulan : Kelompok 1 1. O2 lebih besar
2. P lebih kecil atau sama dengan 1 atm 3. 2 – 2
Kelompok 2 1. O2besar
2. P besar (100 psig)
3. leih kecil ata ama enan
- Ternyata T dan P bertentangan
- Perlu dipecah menjadi 2 kelompok (prosesnya) - Ada 3 alternatif
a. Kelompok 1: tekanan rendah ( P normal) Kelompok 2: tekanan tinggi (P lebih besar)
b. Kelompok 1 dan 2: tekanan sama: 1 atm (rendah) P lebih kecil Kelompok 1 dan 2: tekanan sama : 100 psig (tinggi) P lebih besar
Dari ketiga alternatif ini maka :
Keadaan a : gas mengandung NO dan H2O sehingga bersifat sangat korosif dan
mengakibatkan kompresor cepat rusak
Keadaan b : untuk kelompok 2 bila p lebih kecil maka dibutuhkan ruangan yang sangat besar (tidak ekonomis)
Keadaan c : ini paling menguntungkan dilaksanakan pada P = 100 psig, kelompok 1 dirugikan, tetapi secara keseluruhan menguntungkan karena biaya investasi kecil, alat-alat kecil dan hasil lebih baik.
