MAKALAH
PEMBUATAN INDUSTRI SODA ABU
DI SUSUN OLEH:
ESMAWATY SABARIAH (2312092023)
SITI MAHMUDAH ( 2312092024)
BAB I PENDAHULUAN
Pembuatan soda abu, soda kaustik dan klor merupakan salah satu industri kimia dasar yang paling penting. Ketiga produk ini hampir seluruhnya dijual kepada industri dimana kemudian digunakan untuk pembuatan sabun dan detergen, serat dan plastic, kaca, petrokimia, pulp dan kertas, pupuk, bahan peledak, pelarut dan berbagai bahan kimia lainnya.
Soda abu biasa juga disebut natrium karbonat yaitu suatu serbuk amorf putih yang membentuk agregat di udara terbuka. Soda abu memiliki tl = 860 C, T transisi = 450 C, P karbon dioksida = 1,2 mm pada 950 C dan d = 2,43.
Soda kaustik biasa juga disebut NaOH yaitu zat padat higroskopik, basah leleh, berwarna putih, mudah larut dalam air dan gliserol, sedikit tembus cahaya, dan bertekstur serat. NaOH merupakan elektrolit dan basa kuat yang dapat diperoleh dengan cara elektrolisis NaCl dengan memakai kiatoda raksa atau dengan sel diafragma. Dalam sel Castner Kellner, Na dibebaskan pada katoda Hg sehingga mengamalgama dan akan bereaksi dengan air membentuk NaOH dan hidrogen.
Klor pada mulanya hampir seluruhnya digunakan sebagai pemutih, sekarang sudah menjadi bahan kimia yang sangat penting. Hal ini disebabkan oleh penggunaannya dalam sintesis bahan kimia organic, dimana biasanya ia tidak muncul dalam produk akhir, tetapi hanya terlibat dalam langkah antara.
Amerika Serikat adalah produsen klor terbesar dengan laju produksi 10,4 juta ton, diikuti oleh Eropa barat (9,5 juta ton), dan Jepang (3 juta ton). Baik klorin maupun natrium hidroksida (biasanya diperdagangkan sebagai 50%w/w larutan) harus dipertimbangkan sebagai produk utama. Hidrogen juga digunakan, jika memungkinkan, sebagai bahan kimia atau sebagai bahan bakar.
BAB II MATERI
Alkali dalam berbagai ragam dan konsentrasi banyak dipakai dalam industri sesuai dengan kandungan NaOH, Na2HCO3 di dalamnya. Beberapa diantaranya
merupakan campuran mekanik, misalnya soda abu kaustisasi (causticized soda ash) yaitu soda abu yangmengandung 10% sampai 50% kaustik untuk pencucian botol, pembersihan logam dan soda modifikasi (modified soda), yaitu soda abu dengan 25% sampai 75% NaHCO3, untuk alakli yang tidak terlalu keras sebagaimana dibutuhkan
dalam industri penyamakan. Natrium seskuikarbonat atau mineral trona alami, sangat stabil dan dapat digunakan tanpa modifikasi. Bahan ini digunakan dalam pembuatan wol dan dalam perpenatuan. Sal soda (Na2CO3.2H2O) juga dikenal sebagai soda cuci
atau kristal soda. Bahan ini cenderung melepaskan air ke udara pada waktu pnyimpanan sehingga rupanya pun berubah dengan cepat.
2.1 Pembuatan Soda Abu
Garam Batu gamping Kokas/gas bumi + amonia NaHCO3 Soda Abu Amonium klorida Amonia NaCl + H2O, CO2 disaring dan dipanggang
dikonversi + Batu gamping + CaCl2
1. Garam
2. Batu gamping 3. Kokas atau gas bumi
4. Amonia sebagai reagen siklus
Batu gamping merupakan batuan sedimen karbonat yang terdapat di alam. Tampak luar bahan tambang batu gamping berwarna putih, putih kekuningan, abu-abu hingga hitam. Berdasarkan determinasi bahan tambang batu gamping merupakan salah satu bahan galian industri yang potensinya sangat besar. Cadangan batu gamping di seluruh Indonesia diperkirakan lebih dari 28 milyar ton yang tersebar hampir diseluruh wilayah Indonesia, salah satu lokasi depositnya yang cukup besar adalah di Tasikmalaya bagian Selatan.
Proses :
Proses Solvay, Amonia, Karbon dioksida dan air, dalam perbandingan yang tepat, bereaksi membentuk amoniun karbonat. Amonium bikarbonat bereaksi dengan natrium klorida membentuk natrium bikarbonat yang relative tidak larut di dalam larutan yang digunakan dank arena itu dapat disaring keluar dan dipanggang menjadi soda abu. Amonium klorida yang terbentuk dikonversikan kembali memjadi amonia dengan mereaksikannya dengan gamping.
2.2 Pembuatan Natrium Bikarbonat
Natrium bikarbonat atau soda kue (baking soda) dibuat dari larutan jenuh soda yang diberi CO2 di dalam menara kontak pada suhu 40ºC. Suspensi bikarbonat yang
terbentuk kemudian dikeluarkan dari dasar menara, disaring dan dicuci di dalam filter daun putar. Ampas saringan disentrifugasi dan dikeringkan di dalam konveyer sabuk pada suhu 70ºC. Bikarbonat yang dibuat dengan cara ini mempunyai kemurnian 99,9%. Natrium bikarbonat sangat banyak dipakai di dalam industri makanan, pada pembuatan karet, dalam produk farmasi sebagai zat antiasam, dalam natrium api, untuk pengurasan asap cerobong dan berbagai pemakaian kecil yang amat beragam.
Klor dan soda kaustik dibuat hampir seluruhnya dari elektrolit larutan akua logam alkali klorida atau dari klorida lebur. Elektrolisis larutan garam menghasilkan klor pada anode dan hidrigen bersama alkali hidroksida pada katode. Jika klor dan alkali hidroksida yang diinginkan sebagai produk akhir, rancang sel harus dibuat sedemikian rupa sehingga kedua bahan itu tidak dapat bercampur.
Amerika Serikat adalah produsen klor terbesar dengan laju produksi 10,4 juta ton, diikuti oleh Eropa barat (9,5 juta ton), dan Jepang (3 juta ton). Baik klorin maupun natrium hidroksida (biasanya diperdagangkan sebagai 50%w/w larutan) harus dipertimbangkan sebagai produk utama. Hidrogen juga digunakan, jika memungkinkan, sebagai bahan kimia atau sebagai bahan bakar. Terdapat tiga macam teknologi elektrolitik berdasarkan sel merkuri, diafragma, dan membran.
Sejarah
1890 Sel elektrolitik pertama diperkenalkan 1970 Teknologi sel membran diperkenalkan
1987 memproduksi sekitar 10% dari total produksi dunia
2000 Diperkirakan menjadi dominan, dan mungkin menjadi satu-satunya teknologi dalam industri klor-alkali
Konsep Dasar Elektrolisis Brine
Produksi tahunan dunia (1990) untuk klorin adalah sebesar 3,5 x 107 ton. Laju produksi ini membutuhkan sekitar 2 km2 (atau sekitar satu mil persegi) anoda dan
mengkonsumsi 108 MWh listrik (sekitar 1-2% dari listrik yang dibangkitkan atau keluaran lebih dari sepuluh pembangkit tenaga listrik besar)
Merupakan proses dengan intensitas energi tinggi, sehingga dibutuhkan: 1. Desain sel yang sederhana dan murah
2. Rapat arus tinggi untuk meminimasi investasi di pabrik
3. Komponen sel yang handal, mudah didapatkan dan mempunyai umur pakai yang panjang, untuk meminimasi downtime
4. Efisiensi arus dan perolehan material yang baik, baik untuk reaksi anoda dan katoda. Reaksi parasit tidak hanya menurunkan konsumsi energi dan
meningkatkan penggunaan material tetapi juga menimbulkan pengotor dalam produk.
Konsumsi enegi rendah (kWh ton-1). Hal ini ditentukan oleh efisiensi arus dan tegangan sel
Data dalam tabel 3.2. tidak menunjukkan keadaan sesungguhnya pada sel dalam industri, karena koefisien aktivitas diasumsikan berharga 1 dan nilainya dinyatakan pada tekanan dan temperatur kamar.
Overpotensial hidrogen sangat besar pada merkuri dan amalgam natrium. Pada anoda, diinginkan klorin dengan kandungan oksigen yang sangat rendah, tetapi menurut tabel di bawah reaksi B (i) lebih memungkinkan daripada reaksi A à harus dipilih bahan anoda yang selektif
Perkembangan Teknologi Modern
Material Elektroda
Selain katoda dalam sel merkuri, persyaratan material elektroda sebagai berikut: 1. Material anoda yang menghasilkan klorin pada overpotensial rendah dan tidak
mendukung terjadinya oksidasi air menjadi oksigen.
2. Katoda yang menghasilkan hidrogen pada overpotensial rendah dalam larutan alkali.
a. Sel Diafragma
Brine 30% dilewatkan pada ruang anoda, klorin terbentuk di anoda Anoda umumnya Titanium berlapis katalis (e.g. DSA)
Katoda baja bisa juga dilapis dengan katalis (e.g. high-area Ni)
Beberapa masalah:
Soda kaustik yang terbentuk memiliki kandungan klorida yang tinggi. Konsentrasi ion hidroksida yang terbentuk di katoda harus dibatasi di bawah 12%, agar tidak terjadi difusi OH- dari katoda ke anolit. Hal ini mengakibatkan kehilangan klorin karena hidrolisis menjadi hipoklorit dan pembentukan oksigen pada anoda. Evaporasi untuk menghilangkan 80% air menyerap banyak energi. Pada pendinginan, banyak NaCl mengkristal dari larutan NaOH 50%.
iR drop dari diafragma cukup besar. Potensial sel kesetimbangan adalah –2,2 V, tetapi sel beroperasi pada rentang –3,2 s/d -3,8 V. Proses pemurnian brine harus lebih teliti.
Suatu segi yang paling menguntungkan mengenai sel diafragma adalah bahwa sel itu dapat beroperasi dengan air garam encer (20%) yang kurang murni. Air garam encer itu menghasilkan natrium hidroksida encer puloa yang
teremar dengan natrium klorida (biasanya 11% NaOH dan 15% NaCl) sebagai produk. Untuk pengiriman, larutan itu perlu dipekatkan terlebih dahulu, biasanya sampai 50% dan ini menelan banyak energi, biarpun dengan menggunakan evavorator efek ganda.
b. Sel Membran
Membran yang digunakan adalah membran cation permeable, tidak mampu menahan ion OH-.
membatasi konsentrasi natrium hidroksida yang diproduksi menjadi dibawah 40%
kontaminasi klorida dalam NaOH rendah dan kandungan oksigen dalam klorin lebih rendah dibandingkan sel diafragma
Sel bisa dioperasikan pada rapat arus lebih tinggi, sekitar 0,25-0,40 Acm-2
peningkatan energy cost
Tahanan membran rendah à untuk menurunkan kebutuhan energi à
‘zero gap’ cell
Model-model sel membran berdasarkan filterpress yang terdiri dari
plate and frame cells tersusun seri
Area membran bisa mencapai 2 x 2 m, walaupun normalnya 1 x 1 m Ketebalan dari ruang elektrolit kurang dari 1 cm
Posisi elektroda vertikal
Ruang anoda dan katoda diberi umpan brine 25% dan NaOH encer Potensial sel bisa mencapai –2,7 V
Konsumsi energi hanya sekitar 2200 kWh ton-1 NaOH Temperatur 90oC
Brine harus mempunyai kemurnian tinggi untuk menghindarkan masalah baik di anoda dan membran. Sel membran menggunakan membrane
semipermeabel untuk memisahkan kompartemen anode dari katode. Dengan menggunakan sel diafragma, migrasi balik ion-ion itu dikendalikan oleh laju aliran fluida melalui diafragma dan ini diatur dengan mengendalikan tinggi permukaan zat cair di dalam kedua komartemen itu secara teliti. Dalam sel membrane, kedua sel itu dipisahkan dengan lembaran plastik yang aktif kimia, yang dapat melewatkan ion natrium, tetapi melewat ion hidroksil.
Konstruksi Sel Membran c. Sel Merkuri
Sel raksa sangat berbeda operasinya dari sel-sel jenis lain. Anodenya masih grafit juga atau titanium modifikasi seperti yang lain-lain, tetapi katodenya adalah kolam aliran raksa. Elektrolisis menghasilkan paduan raksa natrium (amalgama) yang tidak terdekomposisi karena adanya air garam. Amalgama itu didekomposisi di dalam suatu bejana lain menurut reaksi:
2Na.Hg + H2O 2 NaOH + H2 + Hg
Bila proses itu digunakan air dalam jumlah yang tepat maka hasilnya adalah NaOH 50% dengan kandungan garam yang sangat rendah (30 rpm) tanpa memerlukan penguapan. Tetapi kehilangan raksa ke lingkungan, walaupun sedikit saja, akan menimbulkan masalah yang amat gawat.
Reaksi Elektroda : 2Cl- - 2e- → Cl2 Na+ + Hg + e-→ NaHg
Natrium amalgam dihidrolisa dalam denuder dengan reaksi : 2 NaHg + 2H2O → H2 + 2Na+ + 2OH- + 2Hg
Potensial sel kesetimbangan = -3,16 V Anoda = DSA
Tegangan sel normal = - 4,50 V
Konfigurasi Sel : Horizontal parallel plate Temperatur : 60oC
Skema Sel Merkuri dengan sirkuit Hg
Denuder adalah bejana berbentuk silindris diisi dengan bola-bola grafit diimpregnasi dengan logam transisi (e.g. Fe atau Ni) Rapat Arus = 0,8-1,4 Acm-2
Logam golongan II harus dipisahkan karena logam tersebut memberikan fenomena yang dikenal sebagai thick mercury atau mercury
Perbandingan Teknologi Sel
(a) Initial cost
Rapat arus menentukan ukuran dan jumlah sel yang dibutuhkan Sel merkuri memerlukan pemurnian brine dengan persyaratan paling ringan Fasilitas sel merkuri harus dilengkapi dengan pengolahan limbah untuk menangkap merkuri → meningkatkan persyaratan monitoring
(b) Operating cost
Kebutuhan untuk mengganti diafragma secara rutin meningkatkan labour cost (c) Nilai tambah selama proses
Tergantung pada harga bahan baku dan harga produk (d) Biaya energi
Terdapat hubungan antara konsumsi energi dan rapat arus Lebih menguntungkan untuk meningkatkan rapat arus (i.e. laju produksi) daripada menghemat energi
