Nitrogen

(1)

MAKALAH

PABRIK GAS NITROGEN

Nama kelompok : Nama kelompok : M. Arief Hidayat M. Arief Hidayat Rangga Jepriari Rangga Jepriari Nanda Ratu F. Nanda Ratu F. Didin Masrofiana Didin Masrofiana PP.. Lia Risadi Lia Risadi

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FA

FAKULT

KULTAS TEKNOLO

AS TEKNOLOGI

GI INDUSTR

INDUSTRII

INSTIT

(2)

BAB 

P!NDAH"L"AN #.# Latar Belakang

Dalam ke$idupan se$ari % $ari kita &anyak memanfaatkan unsur logam dan nonlogam untuk keperluan transportasi' industri' dan &angunan. Penggunaan logam dan nonlogam makin meningkat seiring dengan perkem&angan ilmu' teknologi' dan industri

Dari #() unsur yang tela$ di temukan' ada )* unsur yang terdapat di alam dan +( unsur diantaranya adala$ logam. Hanya se&agian sa,a dari logam % logam ini yang dimanfaatkan ole$ manusia se-ara meluas. Alam ndonesia kaya akan &i,i$ logam yang ada dalam perut &umi ndonesia. "ntuk itu' anda $arus mengeta$ui ilmu dan teknologi untuk mengola$nya.

Logam di alam pada umumnya terdapat dalam &entuk senyaa' &ukan unsur &e&as. /enyaa logam terdapat dalam &er&agai &atuan dalam kerak &umi. Batuan yang mengandung senyaa logam dalam kadar tinggi dise&ut Bi,i$. /enyaa logam yang dikandung &i,i$ dise&ut mineral.

Nitrogen adala$ sala$ satu unsur golongan 0 A yang merupakan unsur nonlogam dan gas yang paling &anyak di atmosfir &umi. Nitrogen terdapat dalam &entuk unsur &e&as di udara 1+23 4olume5' se&agai ammonia yang &erasal dari senyaa % senyaa nitrogen' serta dalam &e&erapa mineral' seperti kalium nitrat. Nitrogen merupakan unsur yang relatif sta&il' tetapi mem&entuk isotop % isotop yang 6 diantaranya &ersifat radioaktif. #.* 7u,uan

#. "ntuk mengeta$ui pem&uatan senyaa nitrogen.

*. "ntuk mengeta$ui kegunaan nitrogen dalam ke$idupan se$ari8$ari. 9. "ntuk memenu$i tugas mata kulia$ PP #.

(3)

BAB 

7NJA"AN P"/7AA *.# Pengertian nitrogen

Nitrogen adala$ unsur kimia dalam ta&el periodik yang memiliki lam&ang N dan nomer atom +. Biasanya ditemukan se&agai gas tanpa arna' tanpa &au' tanpa rasa dan merupakan gas diatomi- &ukan logam yang sta&il' sangat sulit &ereaksi dengan unsur atau senyaa lainnya. Dinamakan ;at lemas karena ;at ini &ersifat malas' tidak aktif &ereaksi dengan unsur lainnya.

Nitrogen mengisi +2'(2 3 atmosfir &umi dan tedapat dalam &anyak ,aringan $idup. <at lemas mem&entuk &anyak senyaa penting seperti asam amino' amoniak' asam nitrat dan sianida.

*.* /ifat % sifat nitrogen

omponen utama udara adala$ nitrogen yang memiliki sifat % sifat fisik sangat dekat dengan oksigen se$ingga menyulitkan dalam proses pemisa$an oksigen dan nitrogen. Nitrogen tidak mendukung pem&akaran' dan karena nitrogen adala$ suatu gas yang

tergolong asp$y=iant' maka seseorang dalam lingkungan yang kaya akan nitrogen akan sangat -epat ke$ilangan kesadaran dan dapat meninggal dunia.

Nitrogen pada tekanan atmosferik adala$ gas yang tidak &erarna' tidak &erasa' tidak &er&au. Bila ter-airkan' nitrogen #) 3 le&i$ ringan dari air. 7itik didi$ pada tekanan

atmosfer adala$ 8#)>?@ 1++ 5 dan &erat molekulnya *2.(#9.

Liuid nitrogen &er&eda dengan liuid oksigen' karena nitrogen tidak &erarna. Nitrogen tidak memiliki sifat paragmetik seperti $al nya oksigen.

*.9 Manfaat nitrogen

Nitrogen dapat digunakan' antara lain :

#. Pem&uatan ammoniak tetapi &ukan dari N* murni tetapi dari udara langsung

*. "ntuk melindungi &a$an makanan dari gangguan &akteri dan ,amur 9. as inert dalam pa&rik

6. /tart tip pada pa&rik amoniak

BAB 

P!MBAHA/AN

9.# /e,ara$ "nsur Nitrogen

Pada ta$un #++*' Hanry @a4endis$ 1 #+9# % #2#( 5 mengemukakan &a$a komponen penyusun udara ter&anyak adala$ mep$iti- air. Dua ta$un kemudian Josep$ Priestley

1 #++9 % #2(6 5 menemukan komponen udara lain' yaitu apa yang dise&utnya 4ital air. Penemuan kedua ilmuan nggris di atas mendorong Antoine Lourent La4oisier 1 #+698

(4)

#+)6 5 di Peran-is untuk melakukan eksperimen. La4oisier memanaskan merkuri 1raksa5 dalam ta&ung tertutup . 7ernyata merkuri &ersenyaa dengan seperlima &agian udara' mem&entuk suatu ser&uk mera$ 1yg sekarang di se&ut merkuri oksida5. !mpat perlima &agian sisa udara tetap &erupa gas. La4oisier mengamati &a$a dalam gas sisa itu lilin

tak dapat menyala serta tikus tak dapat $idup lama.

Maka' la4oisier menyimpulkan &a$a udara tersusun dari dua ,enis gas. Jenis gas yang pertama sangat &erguna &agi ke$idupan dan pem&akaran dan ,umla$nya meliputi seperlima &agian udara. nila$ 4ital air yang di kemukakan ole$ Priestley. as 0ital air ini ole$ La4oisier di&eri nama Cksigen.

Adapun ,enis gas yang kedua' yang meliputi empat perlima &agian udara merupakan gas mep$itik air yang ditemukan ole$ @a4endis$ La4oisier yang di&eri nama a;ote dalam &a$asa yunani yang &erarti tiada ke$idupan. emudian a&ad ke 8#) nama a;ote diganti men,adi nitrogen yang artinya pem&entuk niter. Niter adala$ nama lama untuk kalium nitrat' NC9' suatu ;at yang se,ak ;aman pur&a dipakai se&agai ;at pengaet.

(5)

9.* pem&uatan senyaa nitrogen 1. Di laboratoriu

Di la&oratorium dari dekomposisi termal senyaa amonium CNH 4 NO2

dengan -ara dipanaskan. Reaksinya seperti &erikut : CNH 4 NO2(s )E N 2 * H 2O

!. Dala i"#u$tri

Pemisa$an udara untuk memperole$ kedua senyaa nitrogen dan oksigen dalam keadaan mendekati murni dapat dilakukan se-ara kriogenik dan non8kriogenik. Dalam $al ini' kita akan mem&a$as terle&i$ da$ulu proses pemisa$an se-ara kriogenik. riogenik diartikan se&agai operasi yang dilangsungkan dalam keadaan temperatur yang sangat renda$.

Metode kriogenik atau &iasa dise&ut air destilation ini ditemukan pada ta$un #2)G ole$ Dr. @arl 4on Linde. Prinsip dasar dari metode ini adala$ pemisa$an udara men,adi dua komponen utamanya yaitu Nitrogen yang akan men,adi prodeknya dan oksigen yang akan men,adi &uangannya.

omponen utama dari plant atau unit produksi nitrogen ini adala$: #. "nit ompresi udara

*. "nit Pendinginan aal 9. "nit Pemurnian

6. "nit Distilasi G. Penyimpanan

(6)

#. U"it Ko%r&$i

"nit ini &ertugas untuk menyedot udara dari lingkungan untuk masuk ke dalam sistem untuk di proses' kalau di Badak LN' unit ini terpisa$ dari unit Nitrogen plant. ompresi dilakukan ole$ ompresor udara yang &erfungsi menaikkan tekanan agar udara luar dapat masuk ke sistem.

!. U"it P&"#i"'i"a" a(al

"nit ini &erfungsi untuk menurunkan su$u dari udara sampai pada su$u optimum sekitar Go_@

agar kandungan air di udara dapat men-air dan le&i$ muda$ untuk dipisa$kan.

Media pendingin dari unit ini adala$ refrigeran ,enis freon. /iklus pendinginannnya sama sa,a seperti siklus refrigerant pada &iasanya.

(7)

). U"it P&ur"ia"

"nit ini &erfungsi untuk meng$ilangkan pengotor atau &iasa dise&ut impurities yang dapat menye&a&kan pem&ekuan pada proses utamanya yaitu proses distilasi yang mem&utu$kan temperatur proses sekitar 8#>)o_{@. mpuritis disini adala$ H}

*C dan @C* yang dapat mem&eku

pada su$u ekstrim dingin terse&ut.

Metode peng$ilangannya menggunakan metode adsor&si ole$ mole-ular sie4e dan sili-a gel yang mempunyai diameter pori yang spesifik ter$adap kedua impuritis terse&ut.

7erdapat dua unit adsor&er dalam satu unit pemurnian ini' fungsinya adala$ ketika satu unit melakukan ser4is unit lainnya melakukan regenerasi.

Pada saat regenerasi' adsor&er dialirkan gas &uang panas dengan su$u sekitar #+(o_{@ untuk}

meng$ilangkan kandungan H*C dan @C* yang suda$ ,enu$ yang terdapat pada mol sie4e dan

sili-a gel yang ada di dalam adsor&er.

*. U"it Di$tila$i

"nit distilasi adala$ unit utama dalam proses produksi Nitrogen ini. "nit ini &erfungsi untuk meme-a$ udara proses men,adi dua komponen utamanya yaitu Nitrogen dan Cksigen &erdasarkan per&edaan titik didi$nya.

Pertama8tama' udara proses yang &erasal dari unit pemurnian akan masuk ke Main Heat !=-$anger dan masuk ke Liuefier yang &erfungsi untuk menurunkan su$unya dari Go_{@ ke 8}

#>)o_{@. Pada su$u terse&ut' komponen Cksigen suda$ &eru&a$ fase pada fase -air sementara}

(8)

komponen ini akan memisa$. Nitrogen gas akan men,adi top produ-t sementara oksigen -air akan men,adi &ottom produ-t.

Nitrogen gas akan ter&agi dua' satu akan tetap men,adi gas dan akan men,adi media pendingin dalam Main Heat !=-$anger dan setela$ itu siap untuk digunakan se&agai produk

gas Nitrogen 1AN5' dan yang kedua akan masuk ke dalam kondenser untuk didinginkan sampai Nitrogen akan man-air. Media pendingin dari kondenser ini adala$ Cksigen -air yang &erasal dari &ottom produ-t dari menara distilasi. /etela$ men-air' nitrogen -air akan ter&agi

dua' nitrogen -air yang pertama akan masuk kem&ali ke menara distilasi se&agai reflu= untuk memurnikan top produ-t. Nitrogen -air yang kedua akan menu,u penyimpanan dan siap digunakan se&agai produk Liuid Nitrogen 1LN5.

Pro$&$ No"+Krio'&"i,.

/ala$ satu proses industri gas selain dengan -ara kriogenik ada ,uga dengan proses non8 kriogenik. Proses kali ini sangat &er&eda dengan proses se&elumnya' proses ini tidak menggunakan su$u se&agai patokannya tetapi mengunakan per&edaan ukuran molekul dan masa dari senyaa gas terse&ut. Proses ini memiliki kemurnian yang le&i$ renda$ di&andingkan dengan produk $asil kriogenik. /e$ingga &aik diproduksi untuk skala ke-il dan permintaan yang ter&atas. Proses non8kriogenik di &agi lagi men,adi 9 ,enis yaitu P/A

1 Pressure Swing Adsorption5' 0P/A 1Vacuum-Pressure Swing Adsorption5 dan Pemisa$an dengan mem&ran polimer.

a. PSA - Preassue Swing Adsorption.

Proses non kriogenik ini dapat dilakukan untuk memperole$ gas oksigen maupun nitrogen tetapi tidak dapat dilakukan dalam satu proses. Hal terse&ut dise&a&kan karena

(9)

adsor&an yang digunakan itu &er&eda. Pada proses ini yang paling &erperan adala$ tekan dan ,enis adsor&an yang digunakan.

Pada proses produksi Nitrogen adsor&an yang digunkan &erupa mole-uler ser4e kar&on aktif' fungsi dari adsor&en ini untuk mengikat oksigen dan ;at pengtor lain' tekanan yang digunakan sekitar >82 atm. /edangkan untuk meng$asilkan oksigen adsor&an yang digunakan &erupa alumina dan ;eolit' fungsi adsor&an ini mengikat uap air dan nitrogen yang terdapat di

udara sedangkan tekanan yang digunakan se&esar #89 atmosfer.

Adsor&an yang digunakan memiliki * model penempetan ada * lem&aran dan 9 lem&aran' masing8masing penempatan memiliki keuntungan dan kerugian. "ntuk penempatan * lem&ar akan meng$asilkan &iaya yang le&i$ renda$ dan kemurnian yang

renda$ tetapi ,ika 9 lem&ar &iaya tinggi dengan kemurnian yang le&i$ tinggi. /etiap adsor&an memiliki tenggang aktu adsor&si yang &er&eda tergantung pengotor dan kondisinya se$ingga adsor&en akan di regenerasi dalam rentang aktu tertentu .

b. /PSA -Vacuum Preasure Swing Adsorption

"ntuk proses yang kedua pada non8kriogenik adala$ ga&ungan dari proses pertama dengan tam&a$an proses 4a-um yang &erfungsi untuk memaksimalkan adsorpsi yang ter,adi se$ingga &iaya yang di perlukan le&i$ sedikit dan le&i$ efisien.

Proses ini &iasanya untuk meng$asilkan gas oksigen dengan kosentrasi )(8)63 dengan pengotor &erupa nitrogen dan argon. Proses ini meiliki alur yang $ampir sama dengan proses pertama tetapi memiliki &loer yang &erfungsi untuk menurunkan tekanan pada proses se$ingga adsor&en memiliki umur regenerasi yang le&i$ lama . Proses ini -o-ok untuk industri yang meng$asilkan produk dengan kuatitas sekitar *( ton per$ari.

0. P&i$aa" #&"'a" M&bra" Poli&r.

Jenis proses yang ketiga &er&eda dengan proses8proses se&elumnya' proses kali ini tidak menggunakan adsor&en tetapi menggunakan mem&ran polimer dioksida. Prinsip pemisa$anya adala$ &erdasarkan sifat pemea&ilitas masing8masing gas. Pemisa$an ini digunakan untuk industri gas oksigen' oksigen memiliki permea&ilitas yang le&i$ tinggi dari pada gas argon dan nitrogen. Proses ini memiliki &iaya produksi yang relatif renda$ se$ingga

-o-ok untuk industri yang &ersekala ke-il.

(10)

#. Dalam &entuk amonia niotrogen ' digunakan se&agai &a$an pupuk' o&at8o&atan' asam nitrat' urea' $idrasin' amin' dan pendingin.

*. Asam nitrat digunakan dalam pem&uatan ;at pearna dan &a$an peledak.

9. Nitrogen sering digunakan ,ika diperlukan lingkungan yang inert' misalnya dalam &ola lampu listrik untuk men-ega$ e4aporasi filament

6. /edangkan nitrogen -air &anyak digunakan se&agai refrigerant 1pendingin5 yang sangat efektif karena relatif mura$.

G. Banyak digunakan ole$ la&oratorium8la&oratorium medis dan la&oratoriumla&oratorium penelitian se&agai pengaet &a$an8&a$an preser4atif untuk ,angka aktu yang sangat lama' misalnya pada &ank sperma' &ank penyimpanan organ8organ tu&u$ manusia' &ank dara$.

9.6 /eleksi Proses

#5 Metode riogenik

Dalam metode ini terdapat G ta$ap pem&uatan nitrogen dan masing8masing ta$ap ini mem&utu$kan kondisi8kondisi tersendiri. ondisi8kondisi terse&ut antara lain su$u yang $arus turun sampai Go_{@ se&elum di proses. /erta su$u pada proses}

sekitar 8#>)o_{@. Juga mem&utu$kan alat a&sor&er.}

*5 Metode Non8riogenik

• P/A

Menggunakan tekanan >82 atm dan menggunakan a&sor&an

• 0P/A

Menggunakan tekanan >82 atm dan menggunakan a&sor&an' serta ditam&a$i sistem 4akum

• Mem&ran

Mem&utu$kan kompressor dan mem&ran 9.G Per&andingan Proses

No .

Para&t&r M&to#& ,rio'&"i, M&to#& "o" ,rio'&"i,

P/A 0P/A Mem&ran 1. emurnian >99,99 % <99,5% <99,5% <99 % !. apasitas 300.000 Nm3_/jam ₅₀₀₀ Nm3_/jam 5000 Nm3_/jam 1.000 Nm3_/jam ). /u$u 8#>)o_@ ₈ ₈ ₈

*. 7ekanan > &ar + &ar 2 &ar 8

(11)

!/MP"LAN

Dari proses8proses serta dari data dan kapastas masing8masing proses kami memili$ untuk menggunakan proses mem&ran karena alaupun kapasitas sedikit tapi dari segi

pengoperasian serta &anyaknya alat yang digunakan metode inila$ yang paling sederana. Dan untuk peraatan ,uga mem&utu$kan &iaya yang relatif ke-il.