BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Urea Urea adalah suatu senyawa organik yang terdiri dari unsur karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen dengan rumus CON 2 H 4 atau (NH 2 ) 2 CO. Urea juga dikenal dengan nama carbamide yang terutama digunakan di kawasan Eropa. Nama lain yang juga sering dipakai adalah carbamide resin, isourea, carbonyl diamide dan carbonyldiamine. Senyawa ini adalah senyawa organik sintesis pertama yang berhasil dibuat dari senyawa anorganik. (wikipedia, 2007) Urea merupakan pupuk nitrogen yang paling mudah dipakai. Zat ini mengandung nitrogen paling tinggi (46%) di antara semua pupuk padat. Urea mudah dibuat menjadi pelet atau granul (butiran) dan mudah diangkut dalam bentuk curah maupun dalam kantong dan tidak mengandung bahaya ledakan. Zat ini mudah larut didalam air dan tidak mempunyai residu garam sesudah dipakai untuk tanaman. Kadang-kadang zat ini juga digunakan untuk pemberian makanan daun. Disamping penggunaannya sebagai pupuk, urea juga digunakan sebagai tambahan makanan protein untuk hewan pemamah biak, juga dalam produksi melamin, dalam pembuatan resin, plastik, adhesif, bahan pelapis, bahan anti ciut, tekstil, dan resin perpindahan ion. Bahan ini merupakan bahan antara dalam pembuatan amonium sulfat, asam sulfanat, dan ftalosianina (Austin, 1997). Urea ditemukan pertama kali oleh Roelle pada tahun 1773 dalam urine. Pembuatan urea dari amonia dan asam sianida untuk pertama kalinya ditemukan oleh F.Wohler pada tahun Namun pada saat ini pembuatan urea pada umumnya menggunakan proses dehidrasi yang ditemukan oleh Bassarow pada tahun Proses ini mensintesis urea dari pemanasan amonium karbamat. Prinsip pembuatan urea pada umumnya yaitu dengan mereaksikan antara amonia dan karbondioksida pada tekanan dan temperatur tinggi didalam reaktor kontinu untuk membentuk amonium karbamat (reaksi1) selanjutnya amonium karbamat yang terbentuk didehidrasi menjadi urea (reaksi 2).

2 Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: Reaksi 1 : 2 NH 3 (g) + CO 2 (g) NH 2 COONH 4 (g) Reaksi 2 : NH 2 COONH 4 (g) NH 2 CONH 2 (g) + H 2 O(l) Sintesis urea dilakukan dengan amonia yang berlebih agar kesetimbangan dapat bergeser ke arah kanan sehingga dapat dihasilkan produk yang lebih banyak. (Muliawati, 2007) 2.2 Proses Sintesis Urea Berdasarkan ammonium karbamat yang tidak terkonversi, proses sintesis urea secara komersial dapat dibagi menjadi beberapa jenis yaitu : a. Once-through urea process Amonium Karbamat yang tidak terkonversi menjadi urea didekomposisi menjadi gas NH 3 dan CO 2 dengan cara memanaskan keluaran urea syntesis reaktor pada tekanan rendah. Gas NH 3 dan CO 2 dipisahkan dari larutan urea dan dimanfaatkan untuk memproduksi garam amonium dengan cara mengabsorbsi NH 3 dengan larutan asam nitrat atau asam sulfat sebagai absorben. b. Solution recycle urea process Karbamat yang tidak terkonversi didekomposisi menjadi gas NH 3 dan CO 2. Selanjutnya gas amonia dan karbondioksida tersebut diabsorbsi oleh air dan dikembalikan kedalam reaktor dalam bentuk larutan. (Muliawati, 2007) 2.3 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Sintesis Urea Ada beberapa faktor yang mempengaruhi reaksi pembuatan urea yaitu: a. Temperatur Reaksi sintesis urea berjalan pada temperatur optimal adalah C dengan waktu pemanasan sekitar 30 menit. Jika temperatur turun akan menyebabkan konversi amonium karbamat menjadi urea akan turun.

3 b. Tekanan Untuk menghasilkan urea yang optimal, maka diperlukan tekanan tinggi yaitu 250kg/cm2 karena konversi amonium karbamat menjadi urea hanya berlangsung pada fasa cair sehingga tekanan harus dipertahankan pada keadaan tinggi. c. Perbandingan NH3 dan CO2 Industri urea di Indonesia pada umumnya mensintesis urea dengan perbandingan NH3 dan CO2 adalah 2-2,5 mol. Hal ini dikarenakan perbandingan mol dapat mempengaruhi suhu, tekanan operasi dan jumlah amonia yang terbentuk. d. Jumlah air Jumlah air dalam reaktor dapat berpengaruh terhadap reaksi yang kedua yaitu penguraian amonium karbamat menjadi urea dan air. Jika terdapat air dalam jumlah yang cukup banyak, maka akan memperkecil konversi terbentuknya urea dari larutan karbamat. Berikut ini diberikan kualitas urea yang dihasilkan pada Pabrik Sriwijaya. (Muliawati, 2008) Tabel 2.1 Kualitas Urea yang dihasilkan Komponen Kandungan dalam pupuk Urea Nitrogen 46,2 % berat (minimum) Air 0,3 % berat (minimum) Karbamat 0,5 % berat (minimum) Besi 1 ppm berat (maksimum) Amonia bebas 150 ppm berat (maksimum) Abu 15 ppm (maksimum) (Sumber: PUSRI, 2007) 2.4 Gambaran Umum Gas Sintesis Gas sintesis merupakan gas yang diperoleh dari suatu proses, misalnya dari proses penyulingan minyak bumi atau dari proses gasifikasi batubara. Gas sintesis yang diperoleh merupakan bahan antara atau intermediate material pada pembuatan ammonia dan karbondioksida merupakan hasil sampingnya yang digunakan dalam

4 proses pembutan pupuk. Gas sintesis terdiri dari beberapa senyawa kimia, yakni Hidrogen (H 2 ) 56,4%, Nitrogen (N 2 ) 33,1%, Metana (CH 4 ) 7,1%, Uap air (H 2 O) 1,7%, Karbon monoksida (CO) 1,3% dan Karbon dioksida (CO 2 )0,4%. (Subekti, 2005) 2.5 Proses Produksi Ammonia Secara Umum Tahapan reaksi yang terjadi di hydrogen plant adalah desulfurisasi, steam reforming, shift convention, absorbsi CO 2 dan metanasi. Produk yang dihasilkan adalah gas hidrogen. a. Desulfurisasi Feed hidrokarbon harus dihilangkan sifatnya untuk melindungi katalis di reformer. Tipe dari desulfurisasi dipengaruhi feed stock dari senyawa sukfur pada feed. Hidrogen sulfida dan kompoenen sulfur reaktif dapat dihilangkan dengan absorbsi karbon aktif atau absorbsi zinc oksida panas. Komponen sulfur yang tidak reaktif pada feed stock dapat dihilangkan dengan hidrogenasi menjadi hirogen sulfida memakai zinc oksida. Katalisator zinc oksida sangat baik untuk penghilangan senyawa sulfur pada feed stock. Adapun reaksinya sebagai berikut : ZnO + H 2 S ZnS + H 2 O Katalis zinc oksida digunakan pada suhu sampai C, tetapi paling efektif pada suhu C dan tekanan atmosfer sampai 50 kg/cm 2. Sedangkan Space Velocity antara 200 per-jam sampai 2000 per-jam dan kandungan hidrogen sulfida maksimum 50 ppm. b. Steam hydrocarbon reforming Hydrocarbon setelah diproses pada Desulfurizer dicampur dengan steam dan selanjutnya diproses pada Reformer dengan bantuan katalis nikel dengan alumina yang ditempatkan di dalam tube reformer. Adapun reaksinya sebagai berikut : C n H m + nh 2 O nco 2 + m(n+2)h 2 CO + H 2 O CO 2 + H 2 CO + 3H 2 CH 4 + H 2 O Burner digunakan untuk memanaskan feed sampai mencapai suhu reaksi. Suhu operasi C dan tekanan 18 kg/cm 2 ; sedangkan steam/carbon sebesar 2,5-8

5 mol. Jika feed-nya methane, diperlukan steam carbon ratio lebih kecil dibaningkan dengan buthane. Disamping kebutuhan steam untuk keperluan proses I Shift Catalyst. Kebutuhan steam harus seimbang agar effluent dari reformer jangan ada yang terbentuk methane. c. Shift Converter Karbon monoksida pada reformer ridak akan terabsorb pada absorber sistem dan karbon monooksida ini harus dikonversi menjadi karbon dioksida pada Shift Converter. Ini merupakan fungsi dari shift converter untuk mereaksikan karbonmonoksida dengan steam menjadi bentuk tambahan antara hidrogen dengan karbon dioksida. Reaksi pada Shift Converter adalah : CO + H 2 O CO 2 + H 2 + Heat Walaupun reaksi ini eksotermis, namun berlangsung pada suhu rendah, konsentrasi steam yang tinggi dan tidak dipengaruhi oleh tekanan. Reaction rate akan terjadi pada suhu yang lebih tinggi, jika suhunya rendah konversinya lebih sempurna tetapi reaction rate-nya lambat. Oleh sebab itu dibutuhkan dua stage konversi, yaitu: - High Temperatur Shift Coverter (HTSC) dengan suhu operasi C C dan tekanan 50 kg/cm 2, tetapi pada tekanan 121 kg/cm 2 memungkinkan untuk beroperasi, sedangkan normal wet gas space velovity antara 1000 hingga 5000 per jam. - Low Temperatur Shift Converter (LTSC) yang beroperasi pada suhu C C dan tekanan 51 kg/cm 2. katalis memiliki thermal stability tinggi tetapi sangat dipengaruhi oleh senyawa sulfur dan klorida serta normal wet gas space velovity antara per jam - d. CO 2 Absorbtion Beberapa sistem absorbsi yang digunakan untuk menghilangkan CO 2 dari produksi gas, yaitu : 1. Mono Ethanol Amine (MEA) 2. UCAR Amine Guard System (Actived MEA) 3. Hot Potassium Carbonat seperti Vetrocoke, catacarb, benfield process

6 4. Sulfinol process Hot potassium carbonate dioperasikan pada suhu yang lebih tinggi dibandingkan MEA dan Sulfinol, oleh sebab itu biayanya lebih murah dibandingkan MEA dan sulfinol. MEA dan sulfinol solution mengabsorb pada suhu 35 0 C sedangkan hot Potassium Carbonate pada suhu C. Untuk memilih proses mana yang dipakai, tergantung pada spesifikasi produk dan steam balance. Reaksi yang terjadi pada Potassium Carbonate (K 2 CO 3 ) dan CO 2 sebagai berikut: K 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O 2KHCO 3 Reaksi ini terjadi 2 langkah : Langkah Pertama : Hydrolysis Potassium Carbonate K 2 CO 3 + H 2 O KOH + KHCO 3 Langkah Kedua : Potassium Hydroxide direaksikan dengan CO 2 menjadi Potassium Bicarbonate KOH + CO 2 KHCO 3 Untuk menaikkan aktivitas dari Potassium Carbonate digunakan amine borate dimana proses ini disebut Catacarb, sedangkan proses benfield menggunakan Hot Potassium Carbonate dengan actived agent DEA. e. Methanation Sisa-sisa dari karbon oksida yang keluar dari absorber sistem dirubah ke bentuk methan dengan bantuan katalis. Karbon oksida dihidrogenasi menjadi methane terjadi pada reaksi yang mana keduanya secara eksotermis. Adupun reaksinya adalah : CO + 3H 2 CH 4 + H 2 O CO 2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2 O Sisa karbon oksida bisa dikurangi sekitar 5-10 ppm pada proses methanasi. Suhu operasi antara C C dan teknan hingga 60 kg/cm 2, namun bisa beroperasi hingga 250 kg/cm 2. Katalis harus dilindungi dari sulfur, khlorine, dan arsenic. Space velocity volume gas pada STP per-jam, per-volume katalis. (Pertamina, 2009) f. Synthesis Loop dan Amoniak Refrigerant Synthesis Loop

7 Gas sintesis yang akan masuk ke daerah ini harus memenuhi persyaratan perbandingan H 2 /N 2 = 2,5 3 : 1. gas sintesis pertama-tama akan dinaikkan tekanannya menjadi sekitar kg/cm 2 oleh syn gas compressor dan dipisahkan kandungan airnya melalui sejumlah K.O. Drum dan diumpankan ke Amoniak Converter dengan katalis iron. Reaksi : N 2( g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) Kandungan Amoniak yang keluar dari Amoniak Converter adalah sebesar 12,05-17,2 % mol. Ada banyak variabel yang mempengaruhi sintesis amonia di dalam ammonia converter di antaranya adalah temperatur, tekanan, laju alir gas sintesis dan kecepatan ruang, perbandingan antara H 2 dan N 2, jumlah inert, serta katalis. Penjelasan dari masing-masing faktor adalah sebagai berikut (PT.Pupuk Kujang, 2007) : 1. Temperatur Sesuai dengan Azas Le Chatelier Jika suatu sistem berada dalam kesetimbangan, suatu kenaikan temperatur akan menyebabkan kesetimbangan itu bergeser ke arah yang menyerap kalor (reaksi penguraian/reaksi endoterm). Dan reaksi sintesis ammonia merupakan reaksi eksoterm (reaksi pembentukan) : N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) Sedangkan reaksi penguraian amonia adalah reaksi endoterm : 2NH 3 (g) N 2 (g) + 3H 2 (g) Perubahan temperatur akan mengakibatkan bergesernya kesetimbangan reaksi. 2. Tekanan Menurut Azas Le Chatelier, kenaikan tekanan menyebabkan reaksi bergeser ke arah mol (koefisien reaksi) yang lebih kecil (ke arah pembentukkan NH 3 ), tetapi jika tekanan berkurang maka kecepatan tumbukan antar molekul reaktan berkurang, sehingga kecepatan reaksi pembentukkan NH 3 menurun atau ke arah penguraian NH 3 3. Laju alir gas reaktan Sesuai dengan Azas Le Chatelier, jika komponen reaktan ditambah dan produk terus-menerus diambil/dikurangi maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah pembentukkan NH 3.

8 4. Perbandingan reaktan antara hidrogen dan nitrogen Menurut reaksi kesetimbangan, pembentukan amonia dalam memproduksi 1 mol gas NH 3 membutuhkan 1/2 mol N 2 dan 3/2 mol H 2. Perbandingan N 2 :H 2 = 1:3. 5. Jumlah gas inert Jika terjadi peningkatan kadar gas inert dalam ammonia coverter yang terutama terdiri dari metana dan argon maka dapat mengakibatkan turunnya produksi pembentukan amonia. 6. Katalis Katalis merupakan zat yang dapat mempercepat reaksi namun tidak ikut bereaksi. Peranan katalis adalah untuk menurunkan energi aktivasi reaksi. Sesuai dengan fasa terjadinya reaksi, maka katalis dibedakan menjadi dua jenis yaitu: katalis homogen dan heterogen. Dalam industri umumnya katalis yang dipakai adalah katalis heterogen karena lebih ekonomis. Katalis heterogen yang paling banyak digunakan adalah dalam bentuk unggun dengan keunggulan lebih mudah pengoperasiannya, mudah dalam regenerasi, dan harganya relatif lebih murah. Katalis yang digunakan untuk sintesis amonia adalah iron. Amoniak Refrigerant Amoniak cair yang dipisahkan dari gas sintesis masih mengandung sejumlah tertentu gas-gas terlarut. Gas-gas inert ini akan dipisahkan di seksi Amoniak Refrigerant yang berfungsi untuk : o Mem-flash amoniak cair berulang-ulang dengan cara menurunkan tekanan di setiap tingkat flash drum untuk melepaskan gas-gas terlarut. o Sebagai bagian yang integral dari refrigeration, chiller mengambil panas dari gas synthesa untuk mendapatkan pemisahan produksi amoniak dari Loop Synthesa dengan memanfaatkan tekanan dan temperatur yang berbeda di setiap tingkat refrigeration. g. Produk Amoniak Produk Amoniak yang dihasilkan terdiri atas dua, yakni : Warm Ammonia Product (30 o C) yang digunakan sebagai bahan baku untuk pabrik urea.

9 Cold Ammonia Product (-33 o C) yang disimpan dalam Ammonia Storage Tank (wikipedia, 2007). 2.6 Proses Produksi Urea Secara Umum Urea dihasilkan dari ammonia liquid dan gas CO 2 sebagaimana reaksi sebagai berikut : (1) 2NH 3 (l) + CO 2(g) <==> NH 2 CO ONH 4 (liq Ammonium Karbamat) (2) NH 2 CO ONH 4(l) <==> NH 2 CO NH 2 (liq Urea) + H 2 O(liq) Reaksi (1) merupakan pembentukan karbamat secara cepat dan eksotermis. Reaksi (2) merupakan dekomposisi karbamat menjadi urea dan air yang berjalan lambat dan sedikit endotermis. Kondisi reaksinya sebagai berikut : Tekanan kg/cm 2 Temperatur o C Rasio mol NH 3 /CO 2 (feed reaktor) 2,9 4,0 Reaktor Urea dilengkapi dengan sieve tray yang mempunyai volume cukup untuk mengakomodasi residence time dari reaksi endotermis (2) yang relative lambat dimana karbamat dikonversi menjadi urea. Sieve tray ini berfungsi agar pencampuran reaktan (gas liq) berlangsung baik dengan spesifikasi volume vessel dan residence time yang dibutuhkan di reactor (Wikipedia, 2008). Fluida campuran meninggalkan reaktor mengandung urea, air, karbamat dan ekses ammonia. Karbamat & excess ammonia akan dipisahkan dengan cara : 1. Proses Stamicarbon CO 2 Stripping : Liquid Outlet Reaktor di stripping dengan panas steam jenuh (tidak kontak langsung) dan gas CO 2 dari disch Comp yg bertujuan untuk menurunkan tekanan parsial gas ammonia sehingga terjadi perubahan kesetimbangan dimana ammonia fase liquid akan berubah ke gas sedangkan gas CO 2 yg sebelumnya terlarut dalam ammonia liquid (sbg karbamat) akan ikut ke keluar menjadi fase gas. Liquid Outlet di bottom Stripper dikirim ke Reactor Column dengan diturunkan tekanannya ke 3,0 3,5 kg/cm2 serta dipanaskan. Gas NH 3 & CO 2 yang terlepas dari karbamat di top Reactor Column masuk ke LPCC (Low Pressure Carbamat Condenser) untuk

10 dikondensasikan lalu di pompakan (recycle) ke reactor Urea. Sedangkan cairan yang keluar dari reaktor dengan Urea 63% dikirm ke Flash tank (vakum) Sedangkan campuran gas CO 2 dan NH 3 dari top Stripper dialirkan ke HP Carbamat Condenser bertemu dengan NH 3 feed menjadi 80% carbamat liquid (panasnya diserap kondensat untuk pembentukan steam tekanan rendah) dan sisanya masih gas. Aliran beda fase ini dipisahkan menjadi 2 aliran dan bersama-sama menuju Reaktor Urea. Di HPCC (High Pressure Carbamat Condenser) disengajakan tidak semua gas CO 2 & NH 3 dikondensasikan karena panasnya masih dibutuhkan untuk reaksi endotermis pembentukan carbamat liqid menjadi urea di reaktor Urea (Wikipedia,2008). 2. Proses Stamicarbon Konvensional (Total Recycle): Liquid Oulet Reaktor dialirkan ke Rectifying Column tingkat pertama, dimana tekanannya diturunkan menjadi 18 kg/cm2 serta dipanaskan dengan steam saturated sehingga carbamat liquid terdekomposisi jadi campuran gas CO 2 & NH 3. Lalu cairanya masuk ke Reactor Column kedua dengan tekanan yang lebih rendah lagi (3,5 kg/cm2). Gas Outlet Reactor Column I masuk ke Midlle Pressure Carbamat Condenser utk dikondensasikan, sedangkan gas outlet Reactor Column II masuk ke Washing Column dimana ada NH 3 water yg menyerap gas tersebut, lalu campuran gas liquid (NH 3 -CO 2 ) masuk ke Low Pressure Carbamat Condenser. Dari LPCC, carbamat liquid di kirim ke MPCC (Middle Pressure Carbamat Condenser) dan dari MPCC diumpan lagi (recycle) ke Reaktor Urea bersama-sama dengan feed NH 3 dan CO 2. Liq Out Reactor Column II masuk ke Flash Tank (Wikipedia,2008). Vacuum Evaporation Larutan urea dengan konsentrasi 99,7% wt diperoleh dengan menguapkan air pada kondisi vakum 2 tingkat.larutan Urea outlet flash Tank dengan konsentrasi 73% masuk ke Evaporator yang terdiri dari 2 evaporator single pass yang bekerja pada tekanan 0,34 dan 0,03 kg/cm 2. Tiap Evaporator terdiri dari heater shell & tube, separator vapor-liquid, serta surface condenser-ejector untuk menjaga kebutuhan vakum. Pada Evaporator pertama, larutan urea yang berkonsentrasi 74% wt dinaikkan menjadi 95,3% wt. Setelah pemisahan vapor di separator, larutan urea di alirkan ke Evaporator kedua untuk mencapai konsentrasi 99,7%. Setelah dipisahkan

11 dari vapornya di vapor-liquid separator, larutan urea konsentrasi tinggi atau urea melt di pompakan ke prilling tower menuju prilling bucket. Untuk meminimalkan pembentukan biuret (penguraian urea yg bersifat racun bagi tanaman), harus memperhatikan batasan residence time di evaporator dimana pembentukan biuret ini dipengaruhi residence time dan temperature (Wikipedia,2008). Prilling Prilling bucket merupakan sebuah conical bucket dengan lubang-lubang kecil yang banyak, berputar pada kecepatan tertentu dengan gaya sentrifugal. Urea melt terdistribusi menjadi tetesan kecil jatuh ke bawah tower sesuai luas cross section. Selama jatuh ke bawah, terjadi proses solidifikasi. Panas kristalisasi di bawa dari aliran udara secara counter current ke atas yang dihisap oleh fan. Tetesan padat ini disebut prill. Untuk mengimprove kualitas prill, sejumlah urea prill diumpankan lagi ke tower sebagai seeding (pembentukan inti) dari kristalisasi tetesan urea melt. Produk Urea Prill merupakan butiran bulat dan keras di scrap dan di transfer ke belt conveyor yang menuju ke Urea Bulk Storage. Kualitas produk Urea Prill : Kandungan Nitrogen minimum 46,2%, Biuret maximum 1%, H2O maximum 0,5 %, Temperatur maximum 60 C, size 18 mesh minimum 98% (Wikipedia,2008). 2.7 Deskripsi Proses Proses dalam pembentukan Urea dibagi dalam 2 tahap yaitu: Proses Pembentukan Ammonia Gas nitrogen dan gas hidrogen yang berasal dari Hydrogen Plant dan Nitrogen Plant industri pengilangan minyak diumpankan ke reaktor ammonia (R- 101) dengan perbandingan 1 : 3. Reaksi berlangsung pada fasa gas dengan mengikuti persamaan berikut : N H 2 2NH 3 Gas hidrogen dan nitrogen sintesis dilewatkan melalui heater (E-101 dan E- 102), dan blower (B-101 dan B-102) untuk menaikan temperatur dan tekanannya yang masing-masing sebesar temperatur C dan pada tekanan 150 atm yang telah

12 dikompres sebelum masuk ke tangki penyimpanan (TK-101 dan TK-102), kemudian gas umpan tersebut diteruskan ke reaktor ammonia (R-101). Reaksi berlangsung cepat dengan konversi maksimum 17,2 % mol (Rifai, 2007). Jenis reaktor yang digunakan adalah jenis fixed bed dengan katalis besi. (Walas, 1988). Reaksi pembentukkan ammonia ini merupakan reaksi reversible sehingga menghasilkan reaksi kesetimbangan. Pembentukan 1 mol gas NH 3 membutuhkan 1/2 mol gas N 2 dan 3/2 mol gas H 2. Selanjutnya, gas ammonia dikondensasi pada suhu C di dalam kondensor (E-103), kemudian ammonia cair bersama gas hidrogen dan gas nitrogen yang tidak terkonversi diteruskan ke dalam flash drum (F-101) untuk memisahkan ammonia dari gas hidrogen dan nitrogen yang tidak terkonversi. Ammonia cair diteruskan ke tangki ammonia (TK-102) yang sebelumnya temperaturnya dinaikkan sampai C pada heat exchanger (E-104) yang nantinya merupakan bahan baku pembuatan pupuk urea. Gas hidrogen dan nitrogen yang tidak terkonversi disimpan dalam tangki penyimpanan (TK-103) untuk selanjutnya dapat dipergunakan sebagai gas bahan bakar (Walas, 1988). Proses Pembentukan Urea Ammonia dari tangki (TK-102) dan karbondioksida dari tangki (TK-201) dialirkan dengan menggunakan masing-masing blower ammonia (B-201) dan karbondioksida (B-202), dan diteruskan ke heater (E-201) untuk mendapatkan temperatur sebesar C dan tekanan masing-masing gas sebesar 150 atm dengan menggunakan kompressor nitrogen dan hidrogen (JC-101 dan JC-102). Produk masing-masing selanjutnya masuk ke dalam reaktor urea (R-201), reaksi ini berlangsung selama 30 menit (Muliawati, 2008). Reaksi: 2NH 2 r1 r 3 + CO2 NH2COONH NH (g) 4( ) 2CONH H 2( ) 2O l l (l) (g) + Larutan yang masih mengandung ammonia dan karbondioksida yang tidak terkonversi dilewatkan melalui (J-202) yang kemudian akan diteruskan ke dalam Knock Out Drum (F-201) untuk memisahkan gas karbon dioksida dan amonia dari larutan urea dengan kondisi operasi pada C. Selanjutnya, gas karbon dioksida

13 dan amonia yang keluar dari Knock Out Drum dilewatkan melalui kompresor (JC- 202) dan heater (E-203) untuk menaikkan tekanan dan temperaturnya sebesar 150 atm dan C yang kemudian akan direcirculation ke dalam reaktor urea (R-201) (muliawati, 2008). Larutan karbamat, urea, dan air yang telah dipisahkan dari karbon dioksida dan amonia dilewatkan melalui cooler (E-202) untuk menurunkan temperaturnya menjadi 70 0 C, kemudian larutan tersebut diteruskan ke dalam low pressure decomposer (S-201), di dalam low pressure decomposer terjadi reaksi penguraian larutan karbamat menjadi amonia dan karbon dioksida dengan temperatur 70 0 C (Muliawati, 2008). Reaksi: NH COONH 2 4 ( l ) 2NH 3 (g) + CO2 (g) Larutan urea, karbondioksida, ammonia, air dan sedikit karbamat diteruskan ke knock out drum (F-202) untuk memisahkan karbondioksida dan ammonia yang telah diuraikan sebelumnya. Gas ammonia dan karbondioksida yang keluar dari knock out drum (F-202) dikembalikan ke reaktor (R-201). Larutan urea yang masih mengandung air dan sedikit karbamat dari knock out drum (F-202) diteruskan ke evaporator untuk memisahkan air dari larutan urea sampai konsentrasi urea mencapai 99,3%. Evaporator yang digunakan berjumlah 2, yaitu evaporator 1 (FE-301) dengan tekanan 0,32 atm dan temperatur 128,96 0 C dan evaporator 2 (FE-302) dengan tekanan 0,03 atm pada temperatur 157,58 0 C yang bertujuan agar air yang dievaporasi lebih banyak (Muliawati, 2008). Uap air yang keluar dari kedua evaporator dikondensasikan di dalam condenser (E-301). Kondensat dari proses evaporasi didinginkan dengan menggunakan water condensor dan kemudian dialirkan ke bagian utilitas. Larutan urea yang memiliki konsentrasi tinggi keluar dari evaporator 2 (FE-302), selanjutnya larutan urea tersebut diteruskan ke dalam melting tank (TK-401), di dalam melting tank terjadi pelelehan urea dengan temperatur C. Lelehan urea dari melting tank dipadatkan dengan proses prilling di dalam prilling tower (TK-402) pada temperatur 62,63 0 C dengan menggunakan rotating prilling bucket yang dikontakkan dengan udara dingin. Udara yang keluar dari prilling tower kemudian didinginkan didalam cooler (E-302) dan dialirkan kembali ke prilling tower (TK-402). Urea yang berbentuk butiran keluar dari prilling tower dimasukkan ke dalam screening (C-403) yang diangkut dengan menggunakan belt

14 conveyor (C-402). Di dalam screening butiran urea dipisahkan berdasarkan ukuran mesh sebesar 18 mesh (Bingo, 2008). Urea yang keluar dari screening diangkut dengan belt conveyor (C-404) ke gudang (TK-404). Urea yang tidak lolos dari proses screening dibawa ke hopper (TK-403) untuk diumpankan kembali ke melting tank (TK-401) menggunakan bucket elevator (C-401) untuk dilelehkan dan diproses dalam prilling tower (TK-402) kembali. 2.8 Sifat Fisika dan Kimia Urea A. Sifat-sifat Fisika Berat Molekul : 60,06 Spesific Gravity : 1,335 (20 0 C/4 0 C) Titik lebur : 132,7 0 C Kelarutan : 100 (17 0 C dalam 100 % air) 20 (20 0 C dalam 100 % alkohol) Panas pembakaran : -91, J/kg B. Perubahan Kimia Urea dibuat dari hidrolisis parsial cyanamide. H 2 N-CN + H 2 O H 2 N-CO-NH 2 Urea dihasilkan dari reaksi antara ammonia dengan karbon dioksida. CO 2 + NH 3 H 2 N CO - NH 2 + H 2 O Urea dapat bereaksi dengan formaldehid. NH 2 -CO-NH 2 + HCHO NH 2 CO - NH 2 + CH 2 OH Pemanasan ammonium sianat dapat terurai menjadi urea. NH + 4 OCN Heat H 2 NCONH 2 (Perry dan Green, 1997) 2.9 Sifat-sifat Reaktan dan Bahan Pembantu Sifat-sifat dari reaktan, bahan pembantu yang digunakan dan produk samping yang dihasilkan adalah sebagai berikut :

15 2.9.1 NH 3 (Ammonia) A. Sifat-sifat Fisika Berat Molekul : 17,03 Spesific Gravity : 0,817 (-79 0 C) Titik lebur : -77,7 0 C Titik didih : -33,4 0 C Kelarutan : 89,9 (0 0 C dalam 100 bagian air dingin) 7,4 (96 0 C dalam 100 bagian air panas) Temperatur kritis : C Densitas : 0,880 g/cm 3 B. Sifat-sifat Kimia Ammonia dapat bereaksi dengan klorida. 2NH 3 + Cl 2 NH 2 Cl + NH 4 Cl Ammonia dapat bereaksi dengan natrium. 2Na + 2NH 3 2NaNH 2 + H 2 Ammonia dapat bereaksi dengan magnesium. 3Mg + 2NH 3 Mg 3 N 2 + 3H 2 Ammonia dapat bereaksi dengan kalsium oksida. 3CuO + 2NH 3 3Cu + 3H 2 O + N 2 Ammonia dapat dioksidasi dengan oksigen. 4NH 3 + 3O 2 2N 2 + 6H 2 O (Perry dan Green, 1997) CO 2 (Karbon dioksida) A. Sifat-sifat Fisika Berat Molekul : 44,01 kg/kmol Spesific Gravity : 1,53 Titik lebur : -56,6 (5,2 atm) Titik didih : -78,5 0 C Kelarutan dalam 100 bagian : 179,7 (0 0 C air dingin) 90,1 (20 0 C air panas) Densitas : 0,770 g/cm 3

16 B. Sifat-sifat Kimia Karbon dioksida dapat bereaksi dengan natrium karbonat dan air. Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O 2NaHCO 3 Kalsium karbonat dapat terurai menjadi kalsium oksida dan karbon dioksida bila dilakukan pemanasan. CaCO 3 CaO + CO 2 Karbon monoksida dapat bereaksi dengan gas hidrogen untuk menghasilkan benzen dan karbon dioksida. 12CO + 3H 2 C 6 H 6 + 6O 2 Tembaga oksida dapat bereaksi dengan karbon monoksida untuk menghasilkan karbon dioksida dan tembaga. CuO + CO Cu + CO 2 Karbon dioksida dapat dihasilkan dari reaksi respirasi. C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O + Energi (Perry dan Green, 1997) Nitrogen (N 2 ) A. Sifat-sifat Fisika Berat molekul : 28 kg/kmol Titik didih : 195,5 0 C Titik lebur : 209,86 0 C Temperatur kritis : 126,26 0 C Tekanan kritis : 33,54 atm Densitas : 1,25046 g/cm 3 B. Sifat-sifat Kimia Merupakan Unsur Diatomik Apabila bereaksi dengan Ozon akan membentuk NO N + O 3 NO + O 2 Apabila dibakar dengan lithium pada tekanan 1 atmosfer akan menghasilkan lithium nitrit.

17 6 Li + N 2 2 Li 3 N Dapat bereaksi dengan magnesium dengan proses pembakaran pada tekanan satu atmosfer, dan akan menghasilkan magnesium nitrit 3Mg + N 2 MgN 2 Dapat bereaksi dengan hidrogen dengan menggunakan katalis yang dikenal dengan proses Haber-Bosch dan menghasilkan NH 3 3H 2 + N 2 2NH 3 ( Hidrogen (H 2 ) A. Sifat-sifat Fisika Berat Molekul : 2,016 gr/mol Specific Gravity : 0,0709(-252,7 o C) Titik Cair : -259,1 o C Titik Didih : -252,7 o C Kelarutan : 2,1 cc/100gr pelarut air (0 o C) 0,85 cc/100gr pelarut air (80 o C) Temperatur Kritis :33,3 K B. Sifat-sifat Kimia Dapat bereaksi dengan hidrogen dengan menggunakan katalis yang dikenal dengan proses Haber-Bosch dan menghasilkan NH 3 3H 2 + N 2 2NH 3 Hidrogen dapat bereaksi dengan oksigen dan menghasilkan hidrogen dioksida. H 2(g) + O 2(g) H 2 O (l) Dalam suasana basa Aluminium dapat bereaksi dengan hidrogen dioksida dan menghasilkan hidrogen dan karbon monoksida. 2Al + 6 H 2 O + 2OH - 2Al(OH) - + 3H 2 O Dapat dihasilkan dari steam reforming pada gas alam yang menghasilkan hidrogen dan karbon monoksida.

18 CH 4 + H 2 O CO + H 2 Dapat dihasilkan melalui proses reaksi water gas shift dengan menggunakan katalis Fe 2 O 3. CO + H 2 O CO 2 + H 2 (