BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Tujuan dari cell electrolisa chlor alkali adalah untuk memproduksi caustic soda adalah larutan

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Cell House Tujuan dari cell electrolisa chlor alkali adalah untuk memproduksi caustic soda adalah larutan garam NaCl yang telah dimurnikan (pure brine) yang dipersiapkan oleh unit pengolahan dan pemurnian garam. Larutan garam murni diinjeksikan kedalam ruang anoda dimana ion Natrium melewati membrane sebagai arus menuju katoda dan bergabung dengan ion hidroksil membentuk NaOH, sementara ion klorida teroksidasi menjadi gas klorin, sedangkan caustic soda disirkulasikan untuk mendapat penambahan volume dan konsentrasi dari ion Natrium (Na + ) dan air demin (H 2 O) yang tereduksi menjadi ion hidroksil (OH - ) dan gas Hidrogen (H 2 ) yang berpindah dari ruang anoda, Sisa garam akan meninggalkan ruang anoda. Sisa garam akan meninggalkan ruang anoda bersama gas klorin dan caustic soda meninggalkan ruang katoda bersama gas hidrogen. Langkah selanjutnya larutan dan gas akan dipisahkan untuk melalui proses selanjutnya. Gas hidrogen dikemudian didinginkan dan tekanannya dikendalikan dengan membuang sebagian ke atmosfer dan sebagian di alihkan ke proses produksi larutan HCl. Larutan caustic (NaOH) akan dikumpulkan dalam sebuah tangki yang disebut tangki Catholyte dan akan disirkulasikan kembali ke cell setelah suhu dan konsentrasinya disesuaikan dengan target melalui alat penukar panas dan pengenceran dengan demin water. Sementara sebagian kecil larutan

2 caustic (NaOH) akan dipindahkan ke tangki penyimpanan yang disebut Tangki Caustic 32 % dengan tetap menjaga level pada tangki catholyte. Larutan ini dikirim ke konsumen dalam konsentrasi 32 % dan 10 % baik untuk area sendiri seperti: Hypo plant, ClO 2 plant dan brine treatment plant maupun unit didepartemen yang lain seperti : bleaching, boiler feed water dan unit recaustisizing. Sementara itu gas klorin akan mendapat perlakuan pendinginan dan penyaringan sebelum memasuki proses selanjutnya di area perlakuan chlorine dan larutan garam sisa (anolyte) akan dikembalikan ke unit pengolahan garam untuk digunakan kembali. (Anonim, 2003) 2.2 Chlorine Treatment Tujuan dari perlakuan terhadap chlorine treatment adalah untuk menyederhanakan peralatan penanganan klorin produk dikarenakan sifat korosif dan chlorine yang mengandung uap air. Gas klorin yang keluar dari cell panas, jenuh dengan uap air dan mengandung garam yang terbawa dari ruang anoda. Dengan kondisi gas diatas pada perlakuan terhadap klorin atau chorine treatment adalah untuk mengeringkan gas chlorine agar dapat ditangani dengan alat material yang lebih sederhana Pendinginan dan Penyaringan Cara yang paling murah untuk memisahkan kandungan uap air adalah dengan cara kondensasi uap air melalui proses pendinginan dengan alat pendingin menggunakan air pendingin. Untuk mencapai kandungan uap air yang rendah dilakukan dengan dua cara yaitu dengan air pendingin biasa dan chilled water. klorin dapat membentuk kristal hydrat pada suhu 9,8 0 C yang dapat

3 memuai jiak terkena panas dan menghasilkan volume yang besar sehingga seperti meledak. Maka suhu minimum gas klorin tidak boleh mencapai temperatur tersebut dan dalam operasi temperature setelah pendinginan tahap kedua dikendalikan pada target 18 0 C dan minimum 12 0 C. Diantara kedua tahap pendingin terdapat alat penyaring yang berfungsi untuk memisahkan semua kristal padat yang terbawa terutama garam dengan cara menginjeksikan air pada gas yang termasuk sehingga kristal garam dapat tersangkut pada saringan berbentuk pipa dan larut dalam air tersebut dan jatuh kebawah bersama air menuju Dechloronation Tank untuk proses selanjutnya. Partikel padatan yang terkandung didalam chlorine akan disaring atau dipisahkan di candle Filter dan Mist eliminator. Air demin diinjeksikan kedalam Candle Filter dan Mist Eliminator untuk melarutkan garam atau kristal garam yang terbawa bersama chlorine. Padatan yang terlarut dari sistem ini kemudian di drain ke dechlorination tank untuk selanjutnay dikembalikan ke salt dissolver Pengeringan Sisa uap air yang masih terbawa dalam gas chlorine diserap dengan menggunakan asam sulfat yang mempunyai sifat Hygroskopis yaitu sifat mudah menyerap air. Dalam proses penyerapan ini terjadi pengenceran terhadap asam sulfat dimana kemampuan penyerapan airnya menurun seiring dengan turunnya konsentrasi asam sulfat. Selain itu juga terjadi panas yang cukup besar sehingga dibutuhkan alat pendingin untuk menjaga temperature asam sulfat karena naiknya temperature juga mengurangi kemamuan penyerapan air.

4 Temperature proses penyerapan air ini terjadi disebut Drying Tower yang merupakan menara yang berisi packing yang terbuat dari material yang tidak bereaksi dan tahan terhadap asam sulfat pada bagian atas dan tangki penampung pada bagian dasarnya. Asam sulfat dialirkan dari atas ke bawah dengan bantuan pompa sedangkan gas chlorine masuk dari bagian bawah menuju keatas berlawanan arah sehingga asam sulfat yang memiliki konsentrasi lebih rendah bertemu dengan gas chlorine yang paling basah. Menara tersebut diatur sedemikian rupa sehingga Asam sulfat overflow secara gravitasi kemenara sebelumnya secara seri.asam sulfat pekat segar diinjeksikan pada dasar menara dari Head tank dan overflow pada lapisan atas larutan menuju menara sebelumnya.pada menara terakhir larutan overflow ketangki penampung yang disebut spent acid tank. Kandungan klorin dalam spent acid tank ini dipisahkan dengan injeksi udara yang menuju ke Hypo system sebelum digunakan untuk proses selanjutnya yang umumnya adalah pengaturan ph effluent. Semakin banyak menara yang ada semakin efisien pemakaian asam sulfatnya dengan minimum dibutuhkan dua menara. Dalam operasi,asam sulfat tidak boleh dialirkan dalam jumlah berlebih yang dapat menyebabkan terjadinya flooding sehingga aliran gas terhambat oleh cairan dalam menara. Pendistribusian yang baik dan merata sehingga packing menjaadi basah sehingga mendapat luas kontak yang lebar (tidak terjadi channeling). Semakin rendah suhu gas, semakin kecil volumenya sehingga dapat dialirkan menggunakan pipa carbon stell sehingga tahap perlakuan boleh dikatakan sudah selesai Kompresi Klorin dan Pendistribusian

5 Pada membrane cell yang dioperasikan pada tekanan Anolyte Catholyte yang rendah kompresi merupakan salah satu cara untuk menarik produk yang dihasilkan dengan / melalui proses pengeringan seperti yang telah kita pelajari diatas. Pengompresan ini dilakukan dengan menggunakan sebuah system compressor yang terdiri dari : a) Suction pot b) Acid cooler c) Sistem kontrol tekanan anolyte d) Acid dan mist separator e) Rotary liquid ring compressor f) Perpipaan yang berhubungan, instrument dan katup-katup Rotary liquid ring compressor ini memanfaatkan Asam sulfat 98% sebagai cairannya untuk mengkompres gas klorin. Panas compressi ini diabsorpsi oleh Asam sulfat. Asam sulfat dan gas chlorine hangat meninggalkan compressor yang dipisahkan oleh separator. Asam sulfat didinginkan dengan pendingin sebelum di kembalikan ke kompressor bersama dengan gas chlorine. Konsentrasi asam sulfat ini sampai pada minimum konsentrasi 96%,asam sulfat yang kemudian dinaikkan kembali konsentrasinay dengan mengganti sebagian asam sulfat tersebut dengan yang baru. Asam sulfat yang ditukar dikirim ke spent acid tank, sedangkan gas klorin akan melanjutkan pemisahan mist asam sulfat sebelum menuju ke proses selanjutnya. Discharge kompressor memiliki tekanan hingga 5 bar,sehingga dapat langsung disalurkan di pemakaian yang lain dalam hal ini adalah HCl Burner dan Hypo reaktor system. Kelemahan

6 dalam hal ini adalah bila terjadi kegagalan dalam operasi konsumen maka tekanan balik dari konsumen akan menyebabkan naiknya tekanan Header dan berakibat kepada keseimbangan tekanan recycle yang berpengaruh pada tekanan di anolyte di cell, sehingga system pencairan selalu dijalankan bersamaan sehingga dapat mengurangi dampaknya Pencairan dan Penyimpanan Untuk dapat disimpan dalam wadah secara ekonomis, maka chlorine perlu dicairkan dengan alat pencair. Pada tekanan 5 barg maka titik cair chlorine adalah sekitar 10 0 C dan semakin rendah tekanan akan makin rendah titik cairnya. Pencairan dilakukan dalam sebuah unit pendingin yang menggunakan Freon dimana klorin yang dicairkan mengalir secara gravitasi menuju storage tank. Tidak semua gas yang masuk dicairkan tetapi sebagian dibakar ke HCl burner atau hypo plant bersama dengan impurities yang terkandung seperti gas oksigen, karbon dioksida, dan sedikit hydrogen. Bila pembuangan ini tidak dilakukan secara continiue maka dapat menurunkan effisiensi pencairan dan lebih buruk lagi dapat mengumpulkan gas hidrogen yang dapat membentuk campuran explosive dengan chlorine pada kandungan 4%. Tujuan mencairkan gas klorin adalah untuk memperkecil volume klorin yang hendak disimpan bila terdapat kelebihan produk. Proses pencairan gas chlorine dilakukan di Cl liquiefier unit, alat ini bekerja dengan prinsip ekspansi dari tekanan tinggi ke tekanan rendah akan menyebabkan turunnya temperature dan perubahan bentuk dari cair menjadi gas atau sebaliknya akan menyerap dan melepaskan energi. Sebagai media pendingin digunakan gas Freon yang mempunyai sifat mudah menguap dan mencair. Gas Freon yang decompress setelah diturunkan temperaturnya pada tekanan yang sama

7 di ekspansikan ke ruang Evaporator sehingga temperature gas Freon akan turun sampai titik cairnya, pada ruangan ini terjadi proses perpindahan panas dimana gas Freon yang dingin akan mendinginkan gas klorin, panas yang dikandung gas klorin akan diserap sehingga temperaturnya turun sampai titik cairnya sehingga chlorine mencair sebaliknya gas Freon yang menerima panas dari gas klorin akan menguap menjadi gas untuk selanjutnya diisap kembali oleh compressor, pada proses ini terdapat perbedaan tekanan yang tinggi antara discharge dan suction compressor. Demikian proses ini berlangsung secara terus menerus sehingga tujuan pencair gas chlorine tercapai. Selanjutnya klorin yang cair disimpan di chlorine storage (tangki penyimpanan klorin cair). Tiga buah tangki klorin tersedia, dua berisi klorin, sebagai penerima dan pengirim sedangkan satu lagi selalu dijaga kosong dengan tekanan rendah sebagai tangki cadangan kalau terdapat peristiwa yang bersifat emergency. Misalnya ada klorin yang bocor pada satu tangki maka chlorine tersebut harus dipindahkan ke tangki yang kosong tersebut. Tangki klorin dilengkapi dengan sistem perpipaan yang cukup standart yaitu : a) Liquid chlorine inlet dari liquefier, yang terletak pada manhole b) Liquid chlorine outlet menuju evaporator, dimana pipa ini masih sampai kedasar tangki dekat mangkok yang ada pada dasar tangki. c) Pipa vent gas yang mengarah baik ke 550 header (header distribution) dan 5% NAOH tank. Pipa vent ini pun masuk kedalam sebagian sebagain pembatas level maksimum klorin cair d) Pipa padding udara yaitu untuk memasukkan udara padding yang bermanfaat unuk: 1. Menaikkan tekanan tangki sebagai inlet bila tekanannya terlalu rendah (kurang dari 4 kg/cm 2 )

8 2. Menaikkan tekanan tangki sebagai tangki yang menuju ke evaporator sehingga tekanannya harus lebih tinggi dari 550 header. Semakin tinggi beda tekanannya semakin besar aliran yang dapat terjadi dan diatur dengan bukaan katup diinlet evaporator. Tekanan untuk fungsi ini adalah 6,5 7,0 kg/cm Untuk melakukan pembuangan gas klorin sisa yang ada sebelum tangki dibuka dan pembuangan uap air setelah tangki klorin ditutup kembali manhole dari inspection. e) Pipa equalizing ini berfungsi untuk menyamakan tekanan antar tangki dan mempunyai hubungan ke bagian sniff dari liquefier dan cylinder unloading system. F) Instrumentasi yang ada pada tangki chlorine terdiri dari pressure gauge local, pressure transmitter yang keduanya terletak pada manhole. Sedangkan level transmitter sistem pelampung dan temperature sensor ada pada bagian badan tangki. Instrumentasi lainnya adalah pengukur berat isi tangki yang ada pada bagian bawah dari tangki. g) katup relief valve yang berfungsi untuk melepaskan tekanan tangki klorin bila berlebih ke 5% NaOH tank terdapat dua. Katup ini akan bekerja bila tekanan mencapai 8 dan tertutup kembali pada tekanan 6,5 kg/cm 2. h) Sebuah nozzle cadangan berukuran inci terdapat pada bagian manhole.

9 2.2.5 Penguapan klorin, Expansion tank dan Prinsip pengaturan tekanan Klorin selalu digunakan dalam bentuk gas, sehingga bila klorin yang dibutuhkan dari storage maka perlu dipanaskan agar menguap. Klorin cair dapat dikeluarkan dari tangki dengan cara memberikan tekanan pada tangki sehingga dengan beda tekanan antara tangki dan tekanan distributor cairan klorin mengalir melalui pipa yang menjulur didalam tangki hingga mendekati dasar menuju alat penguap. Alat penguap yang kita miliki adalah sistem bak air panas yang dibuat dengan air dicampur steam. Expansion tank adalah sebuah tangki kecil yang berfungsi sebagai alat penampung ekspansi berlebihan dari klorin cair yang terjebak di dalam perpipaan antara dua buah katup, yaitu : a. Pipa klorin cair dari chlorine liquefier ke storage tank b. Pipa klorin cair dari tangki ke evaporator c. Pipa klorin unloading dari silinder klorin ke tangki klorin Jadi terdapat tiga buah jalur yang menuju expansion tank dengan dibatasi oleh suatu alat yang disebut bursting disc yang akan pecah bila melebihi tekanan tertentu. Pada expansion tank terdapat sebuah alat pengukur tekanan yang akan menunjukkan bila ada bursting disc yang pecah dengan kenaikan tekanan. Tanpa kejadian ini tidak akan terdapat tekanan (karena alat penunjukan tekanan sekarang tidak ada maka harus dilakukan pembuangan tekanan secara teratur ke 5 % tank). Padding air juga terdapat pada tangki ini dengan fungsi untuk mengusir chlorine gas yang terdapat dalam bila dibutuhkan.

10 klorin sebagai gas mengikuti kaidah bahwa gas akan berpindah dari yang bertekanan tinggi ke tekanan rendah sedangkan sebagian cairan mengikuti kaidah cairan yang bergerak dari tempat yang tinggi ketempat yang rendah. Bila dua buah tangki chlorine divent bersamaan ke distributor gas maka tangki yang bertekanan lebih tinggi akan lebih dulu menurunkan tekanan nya akan mencapai kesetimbangan untuk ketiga tempat tersebut. Tetapi bila konsumen yang mendapat suplai gas dari distributor akan naik dan jumlah gas akan meningkat ke konsumen yang lain tetapi apabila tidak maka tekanan distributor akan naik. Apabila sumber gas tersebut berasal dari : a. Bypas liquifier maka kompressor akan ikut merasakan efek tekanan balik tersebut dan mempengarhi tekanan anolyte yang sedang dikontrolnya. b. Vent tangki penerima tersebut akan naik dan mempengaruhi tekanan snift gas liquifier dan mempengaruhi tekanan discharge compressor dan seterusnya. Tetapi bila liquifier mempunyai kapassitas yang cukup besar untuk membuat gas cair pada suhu yang lebih rendah maka akan ada kemungkinan tekanan dapat bertahan. Hal ini dikarenakan gas klorinyang ada di vent dari tangki penerima adalah gas yang menguap,tekanan tangki klorin akan stabil bila jumlah klorin cair yang masuk seimbang dengan jumlah volume gas yang digantiikan dan juga besarnya yang menguap. Bila tidak seimbang maka akan terjadi kenaikan tekanan tangki penerima dan bila berlebih maka tekanan ntangki penerima akan dapat turun.

11 c. Bila klorin berasal dari evaporator maka dengan mengurangi atau menutup inlet evaporator akan dapat mengendalikan tekanannya. (Anonim, 2003) 2.3 Klorin dan Asam Sulfat Klorin Klorin (Cl 2 ) merupakan salah satu unsur yang ada di bumi dan jarang dijumpai dalam bentuk bebas. Pada umumnya klorin dijumpai dalam bentuk terikat dengan unsur atau senyawa lain membentuk garam natrium klorida (NaCl) atau dalam bentuk ion klorida di air laut. Dalam kehidupan manusia, klorin memegang peranan penting yaitu banyak benda-benda yang kita gunakan sehari-hari mengandung klorin seperti peralatan rumah tangga,alat-alat kesehatan, kertas, obat dan produk farmasi, pendingin, semprotan pembersih,pelarut, dan berbagai produk lainnya. Klorin pertama kali diidentifikasi oleh seorang ahli farmasi dari Swedia, Carl Wilhem Scheele pada tahun Pada saat itu, Scheele belum dapat memastikan kandungan gas tersebut. Pada tahun 1810 Sir Humphrey Davy, seorang ahli kimia Inggris menyatakan bahwa gas kuning kehijauan pada percobaan Scheele adalah sebuah unsur dan menamakannya Chlorine, berasal dari bahasa Yunani Khloros yang berarti hijau. Pada tahun 1994, Scott menyatakan bahwa klorin dalam suhu kamar berbentuk gas, termasuk unsure golongan halogen (Golongan VII), sangat reaktif dan merupakan oksidator kuat yang mudah bereaksi dengan berbagai unsur. Pada suhu C, klorin berbebtuk cair dan pada suhu C berbentuk padatan Kristal kekuningan.secara alami, klorin terdapat dalam bentuk ion klorida dengan jumlah relative jauh lebuh besar dibandingkan ion-ion halogen lainnya. (Anonim, 2003)

12 2.3.2 Asam Sulfat Asam sulfat merupakan asam kuat, karena asam sulfat mudah menyumbang sebuah proton pada air untuk membentuk ion hidronium (H 3 O + ) dan ion bisulfat (HSO - 4 ). Asam sulfat adalah asam yang dapat digunakan untuk melarutkan logam dan oksida logam, menetralkan basa, dan membersihkan permukaan logam yang terkorosi. (Keenan, Kleinfelter & Wood,1999) Asam sulfat merupakan bahan pengoksidasi dan pendehidrasi, lebih-lebih terhadap senyawa organic. Aksi dehidrasinya sangat penting dalam menyerap air yang terbentuk dalam konversi kimia sperti nitrasi, sulfonasi, dan esterifikasi, sehingga hasilnya menjadi lebih besar. (George T. Austin, 1996) Sifat-sifat Fisika Asam Sulfat Sifat Nilai Titik Leleh ( 0 C) Titik Didih ( 0 C) Gravitasi Spesifik Uap Densitas Kadar bahaya untuk kesehatan (mg/m 3 ) Titik Beku ( 0 C) Viskositas pada 25 0 C, P Indeks Refraksi pada 25 0 C Konduktivitas Elektrik pada 18,33 0 C ,8 (air-1) 3,4(air-1) 80 4,44 (konsentrasi 98%) 31(konsentrasi 96%) 1,384(konsentrasi 98%) 500(konsentrasi 98%) (Kirk-Othmer, 1979)