BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Caustic Soda (NaOH) adalah merupakan salah satu bahan kimia yang sangat penting untuk industri industri lain, bahkan termasuk Heavy Chemical Industry yang diproduksi dalam volume besar. Kebutuhan Caustic Soda (NaOH) di Indonesia dewasa ini terus meningkat terutama banyak digunakan untuk bahan pembuatan sabun, pemurnian minyak, dan proses pengolahan minyak goreng. Kebutuhan akan Caustic Soda (NaOH) di Indonesia pada saat ini masih ditunjang dengan import dan luar negeri, padahal Indonesia kaya akan Calsium Karbonat yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku dalam pembuatan NaOH dengan proses Continous Door Causticizing. Adapun kegunaan dari Caustic Soda ( NaOH ) adalah untuk : 1. Proses pembuatan kertas. 2. Pembuatan sabun dan detergen. 3. Proses pengolahan minyak goreng. 4. Pembuatan bumbu masak. 5. Pemurnian minyak bumi. 6. Pengolahan garam NaCl, dan lain lain Tujuan Penyusunan makalah ini bertujuan: 1. Untuk mengetahui gambaran umum proses pembuatan NaOH. 2. Untuk memilih alternative proses pembuatan NaOH yang lebih efektif Manfaat Manfaat dalam penyusunan makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Memahami konsep perancangan proses yang ada di dalam pabrik pembuatan NaOH. 2. Mengetahui serta membandingkan proses-proses dalam pembuatan NaOH 3. Dapat menganalisa proses dan memilih proses pembuatan NaOH.

2 BAB II KREASI PROSES 2.1 Diagram Alir Baku Proses Pembuatan NaOH dimulai pada tahun 1853, yaitu ketika soda mulai digunakan dalam industri secara luas. Dalam pembuatan NaOH dikenal 2 macam proses yang umum digunakan, yaitu : Proses Produksi NaOH dari Lime dan Soda Ash (Continous Door Causticizing) Pada proses ini bahan yang digunakan adalah Soda Ash (Na 2 CO 3 ) dan Lime (Ca(OH) 2 ). Adapun reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : Na 2 CO 3(aq) Ca(OH) 2(s) 2NaOH (aq) CaCO 3(s) Metode ini dilakukan sebagai berikut : Larutan Na 2 CO 3 dicampur dengan Ca(OH) 2 yang menghasilkan larutan NaOH dan CaCO 3 (s). Setelah dipisahkan maka larutan NaOH dipekatkan untuk menghasilkan konsentrasi NaOH yang diinginkan. Proses ini dapat dilakukan secara batch maupun kontinue. Pada reaksi di atas digunakan larutan Na 2 CO 3 20 %, sedangkan Ca(OH) 2 yang digunakan berupa buburan. Reaksi berlangsung pada temperatur sekitar 85 o C. Setelah diaduk selama sekitar 1 jam, kemudian diendapkan di dalam thickener. Larutan hasil pemisahan dari thickener mengandung NaOH dengan kadar %. Larutan tersebut kemudian dimasukkan ke dalam evaporator untuk dipekatkan kadar NaOHnya menjadi 50 % dengan konversi %. Sedangkan endapan yang keluar sebagai hasil bawah thickener dipompa ke thickener yang lain untuk diambil kandungan NaOH dan Na 2 CO 3 dengan jalan menambahkan air panas ke dalam thickener tersebut. Larutan hasil yang diperoleh adalah larutan encer yang dipakai sebagai make up Na 2 CO 3 20 % (Faith and Keyes, 1957). Na 2 CO 3 NaOH Continous Door Causticizing Ca(OH) 2 CaCO 3

3 2.1.2 Proses Produksi NaOH dari Elektrolisa Garam Pada proses pembuatan NaOH dengan cara elektrolisa, reaksi yang tejadi adalah sebagai berikut: 2NaCl 2H 2 O 2NaOH H 2 Cl 2 Adapun tahapan tahapan proses elektolisa garam meliputi: 1. Proses pemurnian larutan NaCl Sebelum NaCl dikonversikan di dalam sel elektrolisa terlebih dahulu NaCl padat tersebut dilarutkan ke dalam sejumlah air sampai konsentrasi tertentu. Setelah itu barulah dilakukan pemurnian larutan garam dari ion ion Mg 2, Ca 2, Fe 3, dan SO 4 2- dengan menambahkan reagen BaCl 2, NaOH, dan Na 2 CO 3 dalam bentuk larutan. Dengan demikian ion ion tersebut bereaksi dan menghasilkan endapan yang dibuang pada rotary drum filter. 2. Proses elektrolisa larutan NaCl Larutan NaCl dimasukkan ke dalam reaktor sel elektrolisa. Dalam sel elektrolisa larutan garam dialiri arus listrik searah (DC), sehingga akan mengakibatkan terurainya NaCl menjadi Na dan Cl -. Dengan penambahan air akan terbentuk NaOH disertai pembentukan gas H 2. Proses elektrolisa sendiri dapat dilakukan dengan 3 macam cara : 1. Proses elektrolisa dengan sel diaphragma Dalam sel diphragma yang dipakai sebagai anoda adalah grafit dan sebagai katoda digunakan besi atau platina. Diaphragma dibuat dari asbes mudah dilalui ion ion tapi sukar dilalui oleh molekul. Diaphragma ini memisahkan memisahkan anoda dan katoda. Dengan adanya arus searah, pada anoda diperoleh gas Cl 2 dan pada katoda diperoleh gas H 2 Reaksi : NaCl Na Cl - H 2 O H OH - Anoda : 2Cl - Cl 2 2e Katoda : 2H 2 O 2e H 2 2OH - Na OH - NaOH Konsentrasi NaCl yang diizinkan adalah g/liter yang pada hakekatnya adalah larutan jenuh. Sel bekerja pada suhu 85 o C (Faith and Keyes, 1972). Diaphragma umumnya diganti setiap empat kali pergantian anoda. Umur anoda

4 biasanya sekitar 365 hari. Pada saat ini telah digunakan diafragma dan elektroda yang telah dimodifikasi sehingga memiliki efisiensi yang lebih tinggi dan umur penggunaan yang lebih lama yaitu mencapai 8-10 tahun. Larutan NaOH yang dihasilkan adalah 11,3 15 %. 2. Proses sel elektrolisa dengan sel membran Sel membran memakai membran semipermeabel untuk memisahkan anoda dan katoda. Membran ini hanya mengijinkan ion Na untuk melewatinya dan mencegah ion OH-. Pemakaian ini dimaksudkan untuk mencegah ion OH - dan Clmasuk ke dalam ruangan katoda. Membran terbuat dari bahan polimer seperti perfluoro sulfonie acid polimer dan perfluorocarboxylic acid polimer. Sel membran menghasilkan NaOH yang lebih murni dan lebih tinggi konsentrasinya bila dibandingkan dengan sel diaphragma, yaitu sebesar 28 %. Sel membran ini telah diterapkan dalam industri secara komersiil tetapi terlalu mahal. 3. Proses elektrolisis dengan menggunakan sel merkuri Di dalam sel mercuy, yang dipakai sebagai katoda adalah merkuri yang dialirkan pada bagian dasar sel, sedangkan sebagai anoda dipakai grafit. Larutan NaCl yang telah dimurnikan dialirkan diantara kedua elektroda tersebut dan membentuk NaHg pada katoda dan gas Cl 2 pada anoda. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : NaCl Na Cl - Anoda : 2Cl - Cl 2 Katoda : 2Na Hg 2e NaHg 2NaHg H 2 O 2NaOH H 2 Hg Larutan NaCl sebagai umpan masuk ke dalam sel elektrolisa pada suhu o C dengan konsentrasi NaCl g/liter. Amalgam (NaHg) yang dihasilkan mengalir ke dekomposer dan dikontakkan dengan air secara counter current sehingga dihasilkan NaOH 50 % dan gas H 2. H 2 O Listrik DC H 2 NaCl Pemurnian Reaktor sel elektrolisa NaOH

5 2.2 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk Proses produksi NaOH dari lime dan Soda Ash (Continous Door Causticizing) Bahan baku yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Calsium Hidroksida ( Ca(OH)2) Calsium Hidroksida dihasilkan dari Calcite ( CaO ) atau dolomit dengan penambahan air, sedangkan CaO merupakan hasil kalsinasi batu kapur pada suhu tinggi antara ºC. Reaksi terbentuknya kapur hidrat adalah sebagai berikut : Batu kapur ( Kalsinasi ) CaCO3 CaO CO2 CaO H2O Ca(OH)2 Dolomit CaO.MgO 2H2O Ca(OH)2 Mg(OH)2 Sifat fisika dan kimia dari Calsium Hidroksida adalah antara lain : - Berbentuk bubuk putih halus. - Bila dipanaskan pada suhu 450 C akan terurai menjadi CaO dan air. - Menyerap CO2 dan membentuk calsium karbonat. - Titik lelehnya 580 C. - Spesifik gravity : Berat molekul (BM) : 74,08. (Shreve, hal 67 ) 2. Natrium karbonat ( Na 2 CO 3 ) Sifat fisika dari Natrium karbonat adalah antara lain : - Berbentuk bubuk putih keabu abuan atau seperti gumpalan yang terdiri atas 99% sodium karbonat. - Larut dalam air. - Tidak larut dalam alkohol dan tidak mudah terbakar. - Specific gravity : 1,5. - Titik lelehnya 851 C. - Berat molekul (BM) : Berfungsi sebagai pengikat ion Ca2 yang ada dalam garam karena bila ion ini berlebihan akan mengakibatkan terbentuknya gas H2 dan mengurangi efisiensi Cl2.

6 Produk yang dihasilkan adalah sebagai berikut : 1. Sodium Hidroksida ( NaOH ) Sifat fisika : - Berbentuk padatan, serbuk. - Berwarna putih. - Larut dalam air, alkohol, dan glycerol. - Menyerap air dan CO2 dari udara. - Specific gravity pada suhu 68 C : 2,13. - Titik leleh : 318 C. - Titik didih : 1390 C. - Bersifat korosif terhadap kulit tetapi tetap dapat digunakan untuk menyerap kelembaban dan karbon. Sifat kimia : - Bereaksi dengan gas CO 2 dari udara sesuai reaksi sebagai berikut : 2 NaOH CO2 Na2CO3 H2O - Bereaksi dengan asam lemak bebas ( FFA ) dengan konsentrasi rendah, di bawah 0,5 normal. Sesuai dengan reaksi sebagai berikut : - Dengan asam klorida membentuk garam sesuai denganreaksi sebagai berikut : HCl NaOH NaCl H 2 O

7 Produk samping yang dihasilkan adalah sebagai berikut: Kalsium Karbonat (CaCO 3 ) Sifat fisika: Fase : Padat Warna : Putih Kadar air : 7 10 % H 2 O Bulk density : 1,3 ton/m 3 Spesific gravity : 2,49 gr/cm 2 Kandungan CaO : % Kuat tekan : 31,6 N/mm 2 Silika ratio : 2,6 Alumina ratio : 2,57. (Puja Hadi Purnomo, 1994) Sifat Kimia: Mengalami kalsinasi, dengan reaksi: CaCO 3 CaO CO 2 (R.H. Perry, 1984) T= C Proses produksi NaOH dari Elektrolisa Garam Bahan baku yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Natrium Klorida (NaCl) Sifat fisika - Berbentuk Kristal - Tidak berwarna - Higroskopis - Sedikit larut dalam alkohol dan larut dalam air dan gliserol - Memiliki berat molekul 58,44 - Berbentuk padatan putih dengan struktur bongkahan Kristal - Titik lelehnya 800,6 o C - Titik didihnya 1,413 o C Sifat kimia - Bisa didapat dari reaksi NaOH dan HCl sehingga phnya netral - Ikatan ionik kuat (Na) (Cl-) selisih elektronegatifnya lebih dari 2 - Larutannya merupakan elektrolit kuat karena terionisasi sempurna pada air.

8 2. Air (H 2 O) Sifat fisika Air - Rumus kimia : H2O - Wujud pada suhu 30 C, tekanan 1 atm : Cair - Berat molekul : 18 g/gmol - Kapasitas panas : 1 kal/g C - Densitas : 1 g/cm3 - Konduktifitas panas : 726 kal/m.jk (Kirk and Othmer,1983) Sifat kimia Air memiliki rumus kimia H2O, satu molekul air tersusun atas dua atom hidrogen yang terikat secara kovalen pada satu atom oksigen. Zat kimia ini merupakan suatu pelarut yang penting, yang memiliki kemampuan untuk melarutkan banyak zat kimia lainnya, seperti garamgaram, gula, asam, beberapa jenis gas dan banyak macam molekul organik. Produk yang dihasilkan 1. Sodium Hidroksida (NaOH) Sama seperti yang telah dijelaskan diatas Produk samping yang dihasilkan adalah sebagai berikut: 1. Hidrogen (H 2 ) Sifat Fisik : - Rumus kimia : H2 - Berat molekul : 2,016 gr/gmol - Fase pada temperatur kamar : gas - Titik didih : -252,8 0 C - Titik lebur : -259,2 0 C - Kapasitas panas : 6,483 (2, )T (-3, ) T2 (1, ) T3 kkal/gmol.k Sifat Kimia Hidrogen merupakan unsur yang paling ringan. Molekul hidrogen meliputi dua bentuk, yaitu ortho dan para dari orientasi spin atom tetapi sifat keduanya sama. Dalam industri hidrogen digunakan sebagai pereduksi logam oksida seperti pada besi untuk pengelasan, serta operasi pengerjaan logam lainnya. Beberapa proses

9 industri yang dalam proses sintesanya menggunakan hidrogen adalah proses amonia, asam hipoklorit, metanil dan aldehid. Selain itu juga untuk menghidrogenasi bermacam-macam produk petroleum, edible oil dan batu bara. 2. Klorin (Cl 2 ) Sifat fisika: Rumus molekul : Cl 2 Berat molekul : 70,91 kg/kgmol Titik didih (1 atm) : -34,05 0 C Titik beku (1 atm) : -100,98 0 C Wujud (25 0 C, 1 atm) : gas Densitas gas : 2,48 kg/m 3 Densitas cairan : 3,213 kg/m 3 Tekanan kritis : 7,7108 MPa Volume kritis : 0, m 3 / kg Suhu kritis : 417,15 K Viskositas cairan : 0,34 cp Viskositas gas : 0,014 cp Panas laten penguapan : 287,4 J/g Sifat Kimia Klorin tidak bereaksi langsung dengan oksigen atau nitrogen. Pada kondisi tertentu dapat bereaksi dengan amonia cair membentuk monokloroamin, dikloroamin atau nitrogen triklorida, menurut reaksi sebagai berikut : NH 3 Cl 2 NH 2 Cl HCl NH 3 2 Cl 2 NHCl 2 2 HCl NH 3 3 Cl 2 NCl 3 3 HCl Klorin mempunyai afinitas yang besar terhadap hidrogen. Contoh : klorin bereaksi dengan hidrogen sulfit membentuk hidrogen klorida, menurut reaksi sebagai berikut: H 2 S Cl 2 2 HCl S Klorin digunakan sebagai chlorinating agent untuk beberapa senyawa organik. Klorin bereaksi dengan beberapa hidrokarbon, memanfaatkan kembali satu atau lebih atom hidrogen dan membentuk hidrogen klorida sebagai produk samping. Contoh : metana dapat diklorinasi membentuk metil klorida, meskipun pada

10 umumnya cara yang digunakan adalah hidroklorinasi dari methanol menggunakan hidrogen klorida. Reaksi yang terjadi : CH 4 Cl 2 CH 3 Cl HCl CH 3 OH HCl CH 3 Cl H 2 O Klorin bereaksi dengan hidrokarbon tak jenuh membentuk klorinasi hidrokarbon. Reaksi yang terjadi : CH2 = CH2 CH Cl2 ClCH2CH2ClCH ( Kirk & Othmer, vol. 1,1992) 2.3 Analisis Pemilihan Proses Tabel Perbandingan pembentukan NaOH berdasarkan analisa proses No. Parameter Continuous Door Elektrolisa Causticizing Bahan baku Reaktor Bentuk Sifat Konversi Equipment Soda Ash (Na 2 CO 3 ) dan Lime (Ca(OH) 2 ). Tangki elektrolisa Eksotermis >50% Mudah didapat NaCl CSTR Elektrik (Arus DC) 11-28% Mudah didapat Continuous Door Causticizing Elektrolisa Berdasarkan data di atas, proses yang dipilih adalah proses no. 1, proses produksi NaOH dari lime dan soda ash (Continuous Door Causticizing). karena konversi NaOH yang dihasilkan paling besar, yaitu 50%. Selain itu prosesnya juga sering digunakan dalam industri dan bahan baku yang digunakan juga mudah di dapat. 2.4 Tahapan Sintesa proses Tahapan sintesa proses pembuatan NaOH dari lime dan soda ash (Continuous Door Caustizing) adalah sebagai berikut:

11 Step 2. Distribute the Chemicals Menggunakan reactor tangki berpengaduk. NaOH Na 2 CO 3 Ca(OH) 2 Reaktor CSTR CaCO 3 Pada tahap ini, Na 2 CO 3 dan Ca(OH) 2 direaksikan di dalam reaktor dengan tipe CSTR. Produk keluar berupa NaOH sebagai produk utama dan CaCO 3 sebagai produk samping. Step 3. Eliminate Differences in Composition NaOH Na 2 CO 3 Ca(OH) 2 Reaktor CSTR Thickener CaCO 3 Pada tahap ini, produk yang keluar dari reactor berupa NaOH dan CaCO 3 kemudian dipisahkan dengan menggunakan alat pemisah yang berupa thickener. Step 3. Elminate Differences in Temperature, Pressure and Phase. NaOH Na 2 CO 3 Ca(OH) 2 Reaktor CSTR (1 atm, 85ᵒC 1 jam operasi) Thickener CaCO 3

12 BAB III FLOWSHEET 3.1 Deskripsi proses Bahan baku berupa padatan Na 2 CO 3 dari suplier disimpan dalam gudang penyimpanan. Dengan menggunakan screw conveyor, Na 2 CO 3 didistribusikan kedalam mixer untuk dicampur dengan air dan padatan Ca(OH) 2 yang berasal dari gudang penyimpanan Ca(OH) 2. Keluaran dari mixer yaitu berupa campuran Na 2 CO 3 dan Ca(OH) 2 dipompa menuju heat exchanger untuk menaikkan suhu dari 30 O C menjadi 85 O C. Larutan yang keluar dari heat exchanger dipompa menuju reaktor. Campuran yang sudah masuk reaktor kemudian bereaksi selama 1 jam dengan suhu 85 O C tekanan 1 atm. Setelah diaduk selama sekitar 1 jam, kemudian diendapkan didalam thickener. Larutan hasil pemisahan dari thickener mengandung NaOH dengan kadar 10-15%. Endapan yang keluar sebagai hasil bawah thickener dipompa ke thickener yang lain untuk diambil kandungan NaOH dan Na 2 CO 3 dengan jalan menambahkan air panas ke dalam thickener tersebut. Larutan hasil yang diperoleh adalah larutan encer yang digunakan untuk make up Na 2 CO 3 sedanagkan padatan CaCO 3 didstribusikan menuju spray dryer untuk dikeringkan dan kemudian ditampung di tangki penampung. Larutan NaOH dari thickener pertama dipompa menuju evaporator untuk memekatkan larutan NaOH dengan kadar 50%. Uap air yang terbetuk dari evaporator dikondensasi menuju ke water tank. Larutan NaOH pekat, dipompa ke crystallizer. Slurry yang keluar dari crystallizer, dialirkan menuju centrifuge. Setelah mengalami pemisahan di centrifuge, larutan NaOH dikembalikan ke crystallizer sedangkan padatannya menuju spray dryer untuk dikeringkan. NaOH yang telah dikeringkan didistribusikan dengan screw conveyor ke tangki penampung. 3.2 Analisa Pemilihan alat 1. Pompa Pompa yang digunakan selama proses pembuatan NaOH adalah pompa sentrifugal dan rotary pump. Hal ini sesuai dengan heuristic Heat Exchanger

13 Penggunaan Heat Exchanger dipilih berdasarkan heuristic 26 karena suhu operasi yang digunakan 85 0 C (185 0 F). 3. Alat Pemisah a. Berdasarkan heuristic 9, pemisahan campuran liquid dengan menggunakan kristalisasi. Crystalizer yang digunakan adalah type batch, b. Berdasarkan heuristic 15, alat evaporator yang digunakan untuk memekatkan larutan NaOH, uap airnya dikondensasi dan hasil kondensatnya dimanfaatkan kembali pada water tank.