BAB II PEMBAHASAN. 2.1 Sejarah Pupuk

Transkripsi

1 BAB II PEMBAHASAN 2.1 Sejarah Pupuk Pupuk mungkin sudah seperti makanan pokok, walau sebenarnya hanya makanan untuk tanah. Dalam kondisi bumi sekarang ini, dan juga beberapa dasawarsa tahun lalu, bumi sudah mulai aus dengan tingkah manusia memproduksi pangan yang dilakukan secara kontinyu, tanpa jarak waktu. Pupuk pun menjadi partner, sepanjang siklus, sejauh perjuangan. Pupuk tak lain adalah senjata ampuh untuk menumbuhkan apa saja, untuk memperoduksi pangan sebanyak yang kita inginkan. Saat ini, pupuk yang digunakan sebagian besar petani adalah pupuk kimia (urea, TSP, Poska), sebagian lagi pupuk organik (nutrilake). Pupuk kimia masih popular, lantaran harganya yang murah dan efektivitasnya. Sekali tebar dalam jumlah kilogram, tanah telah mengandung unsure nitrat dan posfat yang sangat dibutuhkan tumbuhan. Namun, setelah melihat perkembangannya, pupuk jenis kimiawi ini pun mengandung problem, yaitu ekses kimiawinya yang cukup membahayakan, seperti reduksi amoniak. Zaman ini ditandai dengan bergesernya pola dan gaya hidup masyarakat, khususnya golongan menengah dalam memandang makanan. Mereka, mulai berorientasi pada produk yang dikenal alami atau organik. Maka menjamurlah produk olahan makanan di gerai-gerai toko yang berlabel organik. Mulai dari jenis beras, jus, buah- Kimia Industri_Pupuk 3

2 buahan. Dan tampaknya, pola konsumsi ini sudah menjadi semacam style, yang bersifat khusus. Namun, ini belum bersifat massif, karena petani yang di lapangan belum terlalu paham dengan pola itu, yang mereka ketahui adalah efisiensi dan produktivitas, tentu dengan tambahan pupuk. Di daratan Inggris, tepatnya di Harpenden, dekat lingkaran puing-puing kuil Romawi, satu rumah besar telah dibangun pada awal abad ketiga belas. Rothamsted Manor, terbuat dari bata dan kayu, dikelilingi pagar dan parit yang lebar, luasnya 120 hektar, telah dihuni oleh beberapa generasi sekian abad, sampai seorang anak delapan tahun mewarisinya pada 1814, bernama John Bannet Lawes. Lawes bersekolah di Eton, kemudian melanjutkan ke Oxford, di sana ia belajar geologi dan kimia. Di sekolah cambangnya tumbuh subur, namun ia tak mendapatkan gelar. Saat kembali ke Rothamsted, ia lalu melakukan sebuah teknik pengolahan tanah yang akhirnya mengubah cara orang bertani sejak saat itu. Kisah John Bannet Lewis dimulai dengan tulang, kata sebagian orang berhubungan dengan kapur. Sebelumnya, selama berabad-abad para petani Hertfordshire telah menggali kapur sisa mahluk laut purba yang terkubur di bawah lapisan lempung tanah mereka untuk ditebarkan pada parit-parit di sekitar lading mereka, karena telah terbukti menyuburkan tanaman lobak dan biji-bijian. Dari kuliahnya di Oxpord, Lawes tahu bahwa kapur yang ditebarkan di lading-ladang bukan merupakan makanan tambahan bagi tanaman, melainkan bahan melunakkan tanah sehingga tidak terlalu asam. Jadi, apa sesungguhnya yang menyebabkan tanaman lebih subur? Seorang ahli kimia Jerman, Justus von Liebig, tidak lama sebelumnya mencatat bahwa tulang-tulang yang dijadikan tepung dapat mengembalikan kebugaran tanah. Setelah direndam dahulu dalam asam sulfat encer, tulisnya, bubuk tulang itu bahkan lebih mudah dicerna. Lawes mencobanya di ladang lobak, dan ia terkesan. Justus von Liebig dikenang sebagai pelopor industry pupuk, tetapi ia mungkin tak berkeberatan andai ia bisa menukar kehormatan itu dengan sukses luar biasa yang diraih oleh John Bannet Lawes. Von liebig tidak pernah berpikir untuk mematenkan prosesnya. Setelah sadar betapa merepotkan bagi para petani yang sibuk untuk Kimia Industri_Pupuk 4

3 membeli, merebus, dan menggiling tulang, kemudian membeli asam sulfat dari pabrik gas di London untuk merendam bubuk tulang, dan menggiling hasilnya yang menjadi keras lagi. Dan, Lawes justru mematenkan metode itu atas namanya sendiri. Dengan paten di tangan, ia membangun pabrik pupuk buatan pertama di dunia di Rothmasted tahun Tidak lama kemudian ia menjual superfosfat kepada semua tetangganya. Pabrik pupuknya pindah ke lahan yang lebih besar dekat Greenwich di Sungai Thames. Sewaktu penggunaan bahan penyubur tanah kimiawi menyebar, pabrikpabrik Lawes makin banyak, dan daftar produknya pun bertambah panjang. Produknya tidak hanya bubuk tulang dan mineral fosfat, tetapi juga dua pupuk nitrogen: natrium nitrat dan ammonium sulfat (keduanya belakangan digantikan dengan ammonium nitrat yang lazim digunakan sekarang). Lagi-lagi, von Liebig yang telah menemukan nitrogen sebagai komponen penting asam-asam amino dan asam-asam nukleat yang vital bagi tumbuhan itu terlambat berfikir untuk memanfaatkan temuannya. Sementara von Liebig sibuk menerbitkan temuannya, Lawes mematenkan campuran nitratnya. Untuk mempelajari mana pupuk yang paling efektif, 1834 Lawes memulai rangkaian lahan uji yang masih diterapkan sampai sekarang, yang menjadikan Rothamsted Research baik sebagai pusat penelitian pertanian paling tua di dunia, juga sebagai tempat eksperimen lapangan berkelanjutan yang paling lama di dunia. Lawes dan John Henry Gilbert, ahli kimia yang menjadi mitranya selama 60 tahun, yang samasama menjadi sasaran kebencian Justus von Liebig, mulai dengan menanami dua Kimia Industri_Pupuk 5

4 bidang ladang: yang satu ditanami lobak, yang lain ditanami gandum. Mereka membagi keduanya dalam 24 lajur, kemudian menerapkan perlakuan yang berbeda kepada setiap lajur. Kombinasi-kombinasi yang diterapkan meliputi pemakaian pupuk nitrogen dalam jumlah banyak, sedikit, atau tidak sama sekali; pemakaian bubuk tulang mentah, superfosfat buatannya, atau tanpa fosfat sama sekali; pemakaian mineral-mineral seperti senyawa kalium, magnesium, belerang, natrium; dan pemakaian pupuk kandang mentah atau pupuk kandang olahan. Ada lajur yang ditaburi batu kapur setempat, ada yang tidak. Tahun-tahun berikutnya, sebagai plot dirotasi dengan jelai, kacang, havermut, semanggi, dan kentang. Sebagian lajur diistirahatkan secara berkala, sebagian lain ditanami terus menerus dengan tumbuhan yang sama. Sebagian difungsikan sebagai control, tanpa penambahan apa pun an, hasil panen bertambah ketika pupuk nitrogen dan fosfat diberikan, sedangkan penambahan mineral mikro berpengaruh baik terhadap sebagian tanaman, tapi berpengaruh buruk kepada tanaman lain. Bersama Gilbert, setelah pengambilan sampel yang sangat cermat dan pencatatan hasil-hasilnya, Lawes bersedia menguji teori apa pun entah ilmiah, awam, atau tidak masuk akal tentang apa yang membantu pertumbuhan tanaman. Menurut George Vaughn Dyke, penulis biografinya, percobaannya meliputi pembuatan superfosfat dari tepung gading, dan melumuri tanaman dengan madu. Satu eksperimen yang masih dilakukan sampai sekarang adalah tidak menggunakan tanaman pangan sama sekali, tapi hanya menggunakan rumput. Sehamparan padang penggembalaan purba tidak jauh dari Rothamsted Manor dibagi menjadi lajur-lajur dan diberi perlakuan dengan bermacam-macam senyawa nitrogen anorganik dan penambahan mineral. Belakangan Lawes dan Gilbert menambahkan tepung ikan serta pupuk kandang dari ternak yang diberi bermacam-macam makanan. Dalam abad kedua puluh, dengan peningkatan hujan asam, lajur-lajur itu dibagi lagi, sebagian ditaburi kapur untuk menguji pertumbuhan dalam kondisi angka ph atau keasaman berbeda-beda. Dari eksperimen di ladang rumput ini, mereka melihat bahwa walaupun pupuk nitrogen anorganik membuat rumput pakan tumbuh setinggi pinggang, namun Kimia Industri_Pupuk 6

5 keanekaragaman hayati menjadi korban. Sementara 50 spesies rumput, gulma, kacang-kacangan, dan sayur-sayuran bisa tumbuh di lajur-lajur yang tidak diberi pupuk, lajur-lajur bersebelahan yang diberi nitrogen hanya ditumbuhi dua atau tiga spesies. Karena petani tidak ingin benih tumbuhan lain bersaing dengan benih yang mereka tanam, mereka tidak berkeberatan dengan hasil tersebut, tetapi tidak demikian dengan alam. Itu suatu paradoks, tetapi begitu juga Lawes. Pada 1870-an, setelah menjadi kaya raya, ia menjual bisnis pupuknya tetapi gairahnya untuk bereksperimen ia lanjutkan. Di antara beberapa hal yang diperhatikannya adalah berapa lama sebidang lahan dapat ditanami tanpa henti. Penulis biografinya mencatat bahwa ia pernah mengatakan bahwa petani mana pun yang berfikir dapat menghasilkan panen sama bermutu entah ketika ia menggunakan beberapa kilogram bahan kimia atau ketika menggunakan sekian ton pupuk kandang, petani itu hanya berhayal. Lawes memberikan nasihat kepada siapa pun yang bertanam sayuran dan biji-bijian bahwa, kalau ia yang melakukannya, ia akan memilih sebuah tempat yang memungkinkan pasokan besar pupuk kandang dengan harga murah. Perkembangan berikutnya semakin pesat, dengan ditemukannya teknologi dan metode pembuatan pupuk, industri-industri pertanian semakin giat berproduksi. Hingga tiba sebuah revolusi, khususnya di dunia ketiga seperti di Indonesia, yaitu revolusi hijau, dimana intensifikasi dan massifikasi pertanian digenjot. Dengan logika efisiensi, kecepatan, dan produksi massal, penggunaan pupuk pun semakin massif. negara penghasil pangan seperti Indonesia pun pada akhirnya memperoleh surplus dan bebas pangan. 2.2 Pengertian Pupuk Pupuk adalah substansi / bahan yang mengandung satu atau lebih zat yang dibutuhkan untuk pertumbuhan dan perkembangan tanaman atau dapat dengan pengertian lain merupakan material tertentu yang ditambahkan ke media tanam atau tanaman dengan tujuan untuk melengkapi ketersediaan unsur hara yang dibutuhkan tanaman sehingga dapat berproduksi dengan baik. Pupuk memang sengaja dibuat mengandung bahan-bahan yang mendukung pertumbuhan dan perkembangan Kimia Industri_Pupuk 7

6 tanaman. Menurut pengertian ini, bahan yang walapun mengandung zat yang dibutuhkan tanaman tetapi tidak dibuat dengan sengaja untuk memberikan nutrisi kepada tanaman tidak bisa dikatagorikan sebagai pupuk. Sebagai contoh, sisa tanaman yang jatuh ke tanah dan menyediakan N bagi tanah tidak bisa dikatakan sebagai pupuk. Dalam pemberian pupuk perlu diperhatikan kebutuhan tumbuhan tersebut, agar tumbuhan tidak mendapat terlalu banyak zat makanan. Terlalu sedikit atau terlalu banyak zat makanan dapat berbahaya bagi tumbuhan. Pupuk dapat diberikan lewat tanah ataupun disemprotkan ke daun. Salah satu jenis pupuk organik adalah kompos. 2.3 Pupuk Berdasarkan Sumbernya Dilihat dari sumber pembuatannya, terdapat dua kelompok besar yaitu pupuk alami (bahasa Inggris: manure) dan pupuk buatan (Ing. fertilizer). Pupuk alami mencakup semua pupuk yang dibuat dari sisa-sisa metabolisme atau organ hewan dan tumbuhan, sedangkan pupuk buatan dibuat melalui proses pengolahan oleh manusia dari bahan-bahan mineral. Pupuk buatan biasanya lebih "murni" daripada pupuk organik, dengan kandungan bahan yang dapat dikalkulasi. Pupuk alami sukar ditentukan isinya, tergantung dari sumbernya, keunggulannya adalah ia dapat memperbaiki kondisi fisik tanah karena membantu pengikatan air secara efektif Proses Pembuatan Pupuk Buatan a. Pembuatan Amonia Pupuk Urea yang dikenal dengan nama rumus kimianya NH 2 CONH 2 pertama kali dibuat secara sintetis oleh Frederich Wohler tahun 1928 dengan mereaksikan garam cyanat (sianat) dengan ammonium hydroxide. Bahan baku pembuatan Pupuk Urea adalah Amoniak dan Karbondioksida, yang mana kedua bahan baku tersebut dihasilkan dari pabrik Amoniak. Amoniak dan Karbondioksida berasal dari sintesa gas alam. Jadi disini kami Kimia Industri_Pupuk 8

7 akan membahas proses pembuatan Amoniak terlebih dahulu kemudian di lanjutkan dengan proses pembuatan pupuk urea. Reaksi N 2 + 3H 2 2NH 3 merupakan reaksi kesetimbangan eksoterm. Kesetimbangan reaksi untuk konversi yang paling tinggi di peroleh pada teakanan tinggi dan suhu yang lebih rendah. Kp = Untuk menghasilkan konversi tinggi perlu suhu rendah tetapi kecepatan reaksi akan naik jika suhu dinaikkan. Pemilihan proses umumnya menggunakan tekanan tinggi dan suhu tinggi, atau suhu antara C dengan tekanan sedang dengan beban recycle yang lebih tinggi. Ada 4 macam proses yang berbeda untuk mendapatkan suatu amonia, yaitu: 1. Tekanan sangat tinggi ( atm) beroperasi pada temperatur C dan yield %. 2. Tekanan tinggi (600 atm) temperatur 500 C yield % misalnya : casale. 3. Tekanan moderat ( atm) temperatur C, yield dengan katalis terbaru % misalnya : haber bosch, kellog. 4. Tekanan rendah (100 atm) temperatur C, yield 8-20 %, misalnya mont cenis. Kecenderungannya lebih banyak ke arah menggunakan tekanan yang cukup rendah dengan meningkatkan beban resirkulasi, karena menimbang mahalnya harga tangki bertekanan. Juga cenderung untuk mengguanakan single-train yang besar (yang berkapasitas reaktor 1000 ton/hari) sehingga ongkos produksinya rendah, hal mana di mungkinkan dengan digunakannya kompresor sentrifugal yang dapat menekan gas alam hingga 280 atm atau lebih. Rumus molekul amoniak adalah NH 3, berdasarkan rumus molekul tersebut amoniak terbentuk dari gugus N dan H yang masing-masing dapat diperoleh Kimia Industri_Pupuk 9

8 dari H 2 (Hidogen) dan N 2 (Nitrogen). H 2 adalah salah satu komponen gas sintesa yang diperoleh dari pemrosesan gas alam yang mengandung % CH 4 (Metan). Sedang N 2 diperoleh dari udara yang mengandung 79% N 2 dan 21% O 2. Tahapan Proses 1. Desulfurisasi. Gas alam pada umumnya mengandung sulfur dalam bentuk H 2 S atau Sulfur Anorganik dan Sulfur Organik seperti mercaptan yang rumus molekulnya RS. Kadar sulfur anorganiknya di dalam gas alam yang diterima industri pupuk adalah relatif kecil yaitu berkisar 0, ppm sedang sulfur organiknya relatif tidak ada. Kadar sulfur dalam gas alam yang diijinkan untuk memasuki Primary Reformer maksimum adalah 0,1 ppm. Untuk menyerap sulfur dari gas yang dari gas alam digunakan ZnO sebagai adsorbent ini bukan katalis. Keberhasilan adsorbsi sulfur anorganik praktis diadsorbsi pada temperatur yang lebih rendah ( o C) dibandingkan dengan sulfur organik ( o C). Kimia Industri_Pupuk 10

9 Kondisi operasi di Desulfurisasi: Pressure : kg/cm 2 G Temperature Inlet : o C Temperature Outlet : o C 2. Primary Reformer. Ke dalam Primary Reformer dimasukan Steam bersama gas alam yang keluar dari Desulfurisasi. Sebelum bertemu katalis yang berada dalam tube yang dipanasi secara radiasi oleh burner-burner (seperti burner pada kompor gas), campuran steam dan gas terlebih dahulu dipanasi hingga temperatur reaksi o C. Hal ini sesuai dengan jenis reaksinya yang endotermis. Disamping reaksi reforming, reaksi shift juga terjadi di Primary Reformer. Untuk menjamin bahwa reaksi berjalan sesempurna mungkin, rasio steam terhadap carbon yang ada dalam gas alam (S/C) dijaga sekitar 3,1-4 (mol/mol) Kondisi operasi Primary Reformer : Pressure : kg/cm 2 G Temperature Inlet : o C Temperature Outlet : o C Kadar CH 4 Outlet : 9 16 % berat Kadar CO Outlet : 8 9 % berat Kadar H 2 Outlet : % berat. 3.Scondary Reformer. Pada dasarnya Scondary Reformer berfungsi untuk menyempurnakan reaksi reforming yang telah terjadi di Primery Reforming. Kalau Primery Reformer sumber panasnya untuk reaksi reforming yang endotermis disuplay oleh burner-burner yang memberikan panasnya secara radiasi, maka sumber Kimia Industri_Pupuk 11

10 panas di Scondary Reformer disuplay oleh udara yang dimasukkan ke Scondary Reformer menggunakan kompresor udara. Reaksi pembakaran O 2 dari udara dengan H 2 hasil reaksi reforming di Primary Reformer : O 2 + H 2 H 2 O + Panas ( exothermic) Akan menghasilkan panas yang akan dipakai oleh reaksi reforming Scondary Reformer. Campuran hasil reaksi di Scondary Reformer ini akan menyisakan N 2 yang praktis tidak/belum bereaksi dengan H 2 dan campuran gas lainnya. N 2 akan bereaksi dengan H 2 nantinya di Converter Amoniak setelah menjalani berbagai proses pemurnian berikutnya. Adapun reaksi yang terjadi di scondary reformer adalah sebagai berikut : CH 4 + udara CO + 2H 2 + N 2 Kondisi operasi di Scondary Reformer : Pressure : kg/cm 2 G Temperature Inlet : o C Temperature Outlet : o C CH 4 Outlet : 0,2-1,0 % berat CO Outlet : % berat H 2 Outlet : % berat 4. Shift converter, CO 2 removal dan metanasi Karbondioksida yang ada dalam gas hasil reaksi yang terjadi pada scondary reformer (Reforming Unit) dipisahkan dahulu di Unit Purification, Karbon dioksida yang telah dipisahkan dikirim sebagai bahan baku Pabrik Urea. Sisa Karbon dioksida yang terbawa dalam gas proses, akan menimbulkan racun pada katalisator Ammonia Converter, oleh karena itu sebelum gas proses ini dikirim ke Unit Synloop & Refrigeration terlebih dahulu masuk ke Methanator. Kimia Industri_Pupuk 12

11 Konverter Sintesis Amonia. Konverter ini terdiri dari selongsong (cangkang) tekanan tinggi berisi bagian katalis dan penukar kalor. Bagian katalis adalah selongsong berbentuk silinder yang ditempatkan di dalam selongsong tekanan tinggi tadi sehingga terdapat anulus di antara kedua selongsong itu. Untuk menjaga supaya katalis selalu berada pada suhu optimum, agar hasil maksimum, gas umpan dingin diinjeksikan sebagai pendingin kejut di antara unggun unggun katalis. Unggun paling atas berisi katalis paling sedikit. Oleh karena gradien suhu pada unggun unggun berikutnya lebih landai, ukuran unggun pun diatur bergradasi, yaitu makin ke bawah makin besar. Penukar kalor terdapat di bawah bagian katalis. Penukar kalor ini memberikan pemanasan awal terhadap gas gas umpan yang mengambil kalor dari gas panas hasil reaksi dari unggun katalis paling akhir. Titik pemasukan gas pendingin kejut paling atas memungkinkan gas umpan masuk tanpa pemanasan pendahuluan, dan memudahkan pengendalian suhu gas masuk ke unggn katalis pertama. Gas umpan masuk dari puncak konverter dan mengalir ke bawah antara selongsong tekanan dan dinding bagian katalis. Gas itu mendinginkan selongsong dan sementara itu menjadi panas. Gas tersebut kemudian masuk Kimia Industri_Pupuk 13

12 ke dalam penukar kalor di bagian bawah konverter, dan dengan bersikulasi di dalam tabung penukar kalor, gas itu dipanaskan lebih lanjut oleh gas keluaran yang panas. Sebagian dari gas umpan dimasukkan ke dalam langsung dari atas unggun pertama, di mana gas itu bertemu dengan umpan yang telah mengalami pemanasan pendahuluan. Arus gabungan itu, pada suhu 370 o C sampai 425 o C, lalu masuk ke dalam unggun yang pertama. Gas tersebut mengalir ke bawah melalui katalis dan suhu naik dengan cepat bersamaan dengan berlangsungnya reaksi pembentukan amonia. Kemudian melalui kisi penunjang katalis, masuk ke dalam ruang antara unggun pertama dan kedua. Di sini suhu diturunkan dan kandungan amonia diencerkan dengan injeksi gas umpan dingin. Dengan cara ini, suhu di semua unggun katalis dapat dikendalikan sehingga didapatkan suhu optimum dan hasil maksimum. Gas mengalir ke bawah melalui unggun- unggun katalis selanjutnya. 5. Compression Synloop & Refrigeration Unit Gas proses yang keluar dari Methanator dengan perbandingan Gas Hidrogen dan Nitrogen = 3 : 1, ditekan atau dimampatkan untuk mencapai tekanan yang diinginkan oleh Ammonia Converter agar terjadi reaksi pembentukan uap ini kemudian masuk ke Unit Refrigerasi sehingga didapatkan amoniak dalam fasa cair yang selanjutnya digunakan sebagai bahan baku pembuatan urea. Hasil/Produk pada proses diatas adalah gas amonia cair serta karbon dioksida yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan urea. Adapun Reaksi-reaksi yang terlibat dalam proses pembuatan NH 3 dan CO 2 adalah sebagai berikut : 1. Reaksi Desulfurisasi H 2 S + ZnO ZnS +H 2 O 2. Reaksi Reforming a. Dalam primary reformer Kimia Industri_Pupuk 14

13 CH 4 (g) + H 2 O (g) katalis Ni CO + 2H 2 (g) H = 54,3 kkal 400 psig b. Dalam secondary reformer CH 4 + udara katalis Ni 1730 o F Cu + 2H 2 +an 2 3. Reaksi shift CO + H 2 O katalis FeO + Cr2O3 CO 2 + H 2 H=-9,2 kkal 400 o C 4. Reaksi Metanasi Katalis Ni a. CO + 3H 2 CH 4 +H 2 O (eksoterm) 315 o C b. CO 2 +4H 2 CH 4 +2H 2 O 5. Reaksi absorpsi/penyerapan CO 2 K 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O DEA 2KHCO 3 + Panas 6. Reaksi pelepasan CO 2 2 KHCO 3 K 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O + Panas 7. Reaksi sintesa amoniak N 2 + 3H 2 2NH 3 H=-11,0 kkal (padda 18 o C) H=-13,3 kkal (pada 659 o C) Katalisator Katalisator adalah suatu senyawa yang berfungsi untuk mempercepat suatu reaksi kimia. Secara fisik katalisator tidak berubah bentuk walaupun terlibat dalam suatu reaksi kimia. Dari bentuknya katalisator di pabrik Amoniak Kimia Industri_Pupuk 15

14 sebagian besar berbentuk padatan. Hanya DEA (Dietanol Amione) yang berbentuk cairan. Katalisator yang dalam bentuk padatan ini disuplai dari pembuatnya dalam kondisi masih teroksidasi. Untuk mengaktifkanya katalisator harus terlebih dahulu direduksi (penurunan bilangan oksida) menggunakan pereduksi H 2 dan CO 2, akan tetapi yang umum dipakai adalah H 2 karena kenaikan temperatur yang dihasilkan dari aktifasi/reduksi katalis masih dapat dikendalikan dibandingkan bila menggunakan CO sebagai pereduksi. Berikut adalah salah satu contoh reaksi reduksi katalis Fe 3 O 4 dengan H 2 : 3Fe 2 O 3 + H 2 2Fe 3 O 4 +H 2 O + Panas Katalisator yang aktif (tereduksi) bila terkena udara ( O 2 ) akan bereaksi dengan cepat dan menghasilkan panas yang besar (pyrophoric) dan sulit dikendalikan, oleh karena itu katalisator baru selalu disuplai oleh penjual dalam bentuk teroksidasi agar pada saat dibuka drumnya ketika akan dimasukkan ke dalam reaktor tidak bereaksi dengan udara. Untuk menjaga katalisator tetap tinggi aktifitasnya maka beberapa beberapa racun katalis berikut harus dipastikan tidak masuk ke dalam sistem reaksi : Cl - Sulfur Carbon Phospat Khusus untuk katalis synthesa amoniak disamping racun-racun diatas berikut racun-racun lainnya yang dapat menurunkan aktifitas katalis : CO CO 2 H 2 O Kimia Industri_Pupuk 16

15 b. Pembuatan Pupuk Urea Diagram pembuatan urea menurut menurut proses resirkulasi total adalah sebagai berikut CO2 camp.hasil lar. Urea but. SINTES DEKOMP KRISTAL A OSI ISA NH3 U R SI Reaksi 95% urea NH3 SI & Lar. Karbamat CO2 lar. induk RECOVE RY Pembuatan urea secara komersil dari NH3 dan CO2 melalui 2 tahap reaksi kesetimbangan sebagai berikut : 2NH3(g) + CO2(g) NH2CONH4(l) ΔH =-28 kkal/mol NH2CONH4(l) NH2CONH2(l) + H2O(l) endoterm Reaksi tahap 1 sangat eksotermis dan berlangsung dengan cepat sehingga panas reaksi yang di hasilkan harus segera dihilangkan agar temperatur campuran reaktan tidak naik. Sedangkan panas yang diserap reaksi 2 masih lebih kecil. Secara praktis reaksi pembentukan urea hanya berlangsung dalam fasa cair (153 C titik leleh amm karbamat) sedangkan fasa cair tersebut mengandung amm. Karbamat, amonia dan CO2 terlarut yang mudah menguap, sehingga pada temperatur yang tinggi diperlukan tekanan tinggi agar fasa cair tetap dapat terjaga. Konversi karbamat menjadi urea berkisar antara %, yang tidak terkonversi kemudian dipisahkan dari urea dan air, dan diresirkulasi ke Kimia Industri_Pupuk 17

16 dalam reaktor. Tahap pemisahan dan resirkulasi inilah yang menjadi ciri dari teknologi proses urea yang berbeda beda. Larutan karbamat adalah sangat korosif sehingga dibutuhkan bahan konstruksi reaktor yang khusus, misalnya stainless steel dengan pasifasi injeksi oksigen atau paduan khusus dengan Ti dan Cr. Sifat korosif ini bertambah bila temperatur lebih tinggi, sehingga pada proses komersil kondisi sintesa ini berlangsung pada C, atm dan NH 3 /CO 2 = 0,15 sampai 0,65 yang pada dasarnya merupakan kompromi antara tekanan yang wajar dan laju korosi yang dapat diterima dengan kecepatan reaksi dan derajat konversi yang memadai. Selama sintesa urea, terjadi pula reaksi samping pembentukan senyawa biuret yang tidak diinginkan karena merupakan racun bagi tanaman. Pembentukan senyawa ini menurut persamaan : 2NH 2 CONH 2 NH 2 CONHCONH 2 + NH 3 endotermis Konsentrasi senyawa ini harus dibawah 1 % (0,7-0,8). Dalam persamaan diatas terlihat bahwa biuret dapat terbentuk bila kadar NH 3 rendah serta kontak dengan temperatur tinggi terjadi cukup lama. Produksi sintesa terdiri atas urea, biuret, amonium karbamat, air dan kelebihan amoniak. Untuk pemisahan urea dari produk lain dilakukan dengan pemanasan pada tekanan rendah, sehingga terjadi reaksi kesetimbangan sebagai berikut : NH 2 CONH 2 CO 2 + 2NH 3 Akan tetapi bersama dengan itu terjadi pula hidrolisa urea yang akan mengurangi produksi urea : NH 2 CONH 2 + H 2 O CO 2 + 2NH 3 q 2 Kimia Industri_Pupuk 18

17 Reaksi diatas terjadi pada temperature tinggi, tekanan rendah, dan waktu tinggi yang lama, sejalan dengan kondisi terbentknya biuret. Sehingga dekomposisi dilakukan dalam 3 tahap berupa ekspansi hingga tekanan 17,24, dan 1 atmosfir. Untuk memisahkan gas-gas tersisa dari larutan urea dilakukan dengan menghembuskas udara melalui larutan dari dasar gas-separator, yang juga berfungsi untuk mengubah besi fero dari alat yang terkorosi menjadi besi feri yang dapat dipisahkan dengan saringan. Terdapat beberapa cara untuk mengolah gas hasil dekomposisi ini yaitu : Dengan proses sekali lewat (once through), dimana semua gas NH 3 dan CO 2 diteruskan ke proses down stream untuk pembuatan senyawa nitrogen lain seperti HNO 3, NH 4 NO 3,(NH 4 ) 2 SO 4 dan lain-lain. Diserap dengan larutan urea yang berasal dari larutan untuk proses kristalisasi dan pembutiran, sehingga NH 3 dan CO 2 diserap dan bergabung kembali menjadi ammonium karbamat, yang diresirkulasi kereaktor, sedangkan NH 3 berlebih dicairkan dan dipisahkan sebagai bahan baku. Larutan kemudian dipekatkan dan dikristalisasi dalam vakum setelah dibersihkan dari minyak dan logam-logam teroksidasi. Kristal urea dipisahkan dengan sentrifuge, kemudian dikeringkan dengan udara panas hingga kadar airnya dibawah 0,31. Kristal kering dilelehkan dan dibutirkan didalam menara pembutir (priling tower). Sejumlah larutan induk yang mengandung biuret dikembalikan keseksi recovery sebagai larutan pengabsorpsi NH 3 dan CO 2 sehingga memberikan reaksi sebagai berikut : NH 2 CONHCONH 2 + NH 3 2NH 2 CONH 2 Bahan baku : Gas CO 2 dan Liquid NH 3 yang di supply dari Pabrik Amoniak. Proses pembuatan Urea di bagi menjadi 6 Unit yaitu : Diagram Pembuatan Urea Kimia Industri_Pupuk 19

18 1. Sintesa Unit Unit ini merupakan bagian terpenting dari pabrik Urea, untuk mensintesa dengan mereaksikan Liquid NH 3 dan gas CO 2 didalam Urea Reaktor dan kedalam reaktor ini dimasukkan juga larutan Recycle karbamat yang berasal dari bagian Recovery. Tekanan operasi disintesa adalah 175 Kg/Cm 2 G. Hasil Sintesa Urea dikirim ke bagian Purifikasi untuk dipisahkan Ammonium Karbamat dan kelebihan amonianya setelah dilakukan Stripping oleh CO Purifikasi Unit Amonium Karbamat yang tidak terkonversi dan kelebihan Ammonia di Unit Sintesa diuraikan dan dipisahkan dengan cara penurunan tekanan dan pemanasan dengan 2 step penurunan tekanan, yaitu pada 17 Kg/Cm 2 G. dan 22,2 Kg/Cm 2 G. Hasil peruraian berupa gas CO 2 dan NH 3 dikirim kebagian recovery, sedangkan larutan Ureanya dikirim ke bagian Kristaliser. 3. Kristaliser Unit Larutan Urea dari unit Purifikasi dikristalkan di bagian ini secara vacum, kemudian kristal Ureanya dipisahkan di Centrifuge. Panas yang di perlukan Kimia Industri_Pupuk 20

19 untuk menguapkan air diambil dari panas Sensibel Larutan Urea, maupun panas kristalisasi Urea dan panas yang diambil dari sirkulasi Urea Slurry ke HP Absorber dari Recovery. 4. Prilling Unit Kristal Urea keluaran Centrifuge dikeringkan sampai menjadi 99,8 % berat dengan udara panas, kemudian dikirimkan kebagian atas prilling tower untuk dilelehkan dan didistribusikan merata ke distributor, dan dari distributor dijatuhkan kebawah sambil didinginkan oleh udara dari bawah dan menghasilkan produk Urea butiran (prill). Produk Urea dikirim ke Bulk Storage dengan Belt Conveyor. 5. Recovery Unit Gas Ammonia dan Gas CO 2 yang dipisahkan dibagian Purifikasi diambil kembali dengan 2 Step absorbasi dengan menggunakan Mother Liquor sebagai absorben, kemudian direcycle kembali ke bagian Sintesa. 6. Proses Kondensat Treatment Unit Uap air yang menguap dan terpisahkan dibagian Kristalliser didinginkan dan dikondensasikan. Sejumlah kecil Urea, NH 3 dan CO 2 ikut kondensat kemudian diolah dan dipisahkan di Stripper dan Hydroliser. Gas CO 2 dan gas NH 3 nya dikirim kembali ke bagian purifikasi untuk direcover. Sedang air kondensatnya dikirim ke Utilitas. Kimia Industri_Pupuk 21

20 Pada umumnya pupuk dengan kadar N yang tinggi dapat membakar daun tanaman sehingga pemakaiannya perlu lebih hati-hati. Jangan memberikan pupuk urea ini terlalu dekat dengan tanaman. Sedangkan Bentuk dan sifatsifat Urea adalah berupa kristal putih yang mudah larut dalam air serta mempunyai sifat fisis sebagai berikut : Density (padat pada 20 o C ) : 1335 kg/m 3 Titik leleh ( melting Point ) : 132 o C Panas Spesifik (Melt ) : 126j/mol/ o C Panas peleburan ( Melt Point ) : 13,6 kj/mol Berat Molekul : 60,056 Kimia Industri_Pupuk 22

21 Limbah cair urea Penyerapan tersebut perlu dilakukan karena bila limbah yang mengandung senyawa nutrien tinggi, misalnya lembah pupuk urea yang masuk ke perairan, maka dalam jangka panjang akan menyebabkan eutrofikasi. Beberapa dampak dapat muncul akibat eutrofikasi, yakni bau dan rasa yang tidak sedap, kekurangan (deplesi) oksigen pada malam hari, penetrasi cahaya ke dalam kolam air berkurang, kematian ikan, dan keracunan pada hewan maupun manusia. Pengolahan limbah cair industry pupuk urea menggunakan chlorella sp pada berbagai konsentrasi fosfat. Pemanfaatan alga dalam pengolahan limbah cair industry pupuk akan menimbulkan dampak positif bagi lingkungan yaitu dapat bertindak sebagai biokatalis dalam menurunkan kandungan bahan organic dan anorganik dalam limbah. Mikroalga yang dimanfaatkan anatara lain Chlorella sp juga memiliki kandungan gizi yang tinggi. Dampak limbah cair industri pupuk urea Menurunkan kualitas lingkungan Limbah cair yang dihasilkan oleh proses produksi dari industri pupuk urea dapat menimbulkan adanya rasa dan bau yang tidak sedap pada penyediaan air bersih, akibat adanya amoniak dalam limbah cair tersebut Berdampak pada kesehatan makluk hidup Kimia Industri_Pupuk 23

22 Bahan beracun yang terkandung dalam limbah cair industri pupuk mampu merusak sel hewan terutama pada classis mamalia termasuk manusia, akibat adanya amoniak. Apabila senyawa amniak dalam konsentrasi yang tinggi masuk dalam perairan dapat membahayakan kehidupan hewan, biota air, maupun manusia disekitarnya. Misalnya dampak amoniak pada ikan dapat menyebabkan kerusakan pada insang, sehingga konsekuensi respirasi ikan akan terganggu. insang penting untuk keseimbangan asam-basa dalam pengaturan ph darah ikan serta untuk pertukaran ion seperti natrium dan klorida dalam darah. Oleh karena itu, kerusakan insang akan mengganggu terjadinya sejumlah proses penting dalam metabolisme ikan. Amoniak juga menyebabkan kerusakan kulit, sirip, dan usus. Paparan amoniak yang lebih kronis menyebabkan terhambatnya pertumbuhan, mematiakan sistem kekebalan serta merusak sistem syaraf. Pengelolahan limbah cair industri pupuk urea 1. Equalisasi Yaitu pengolahan air limbah yang berfungsi untuk meratakan beban pencemar air limbah (mencampur untuk menjadi lebih homogen) serta untuk mengurangi atau mengendalikan variasi karakteristik air limbah agar tercapai kondisi optimum untuk proses lebih lanjut. 2. Netralisasi Yaitu suatu proses pengolahan air limbah yang digunakan untuk menetralkan asam atau basa karena beberapa limbah industri umumnya bersifat asam atau basa, sehingga memerlukan netralisasi sebelum dialirkan ke proses lebih lanjut atau dibuang ke badan air penerima. 3. Pengelolaan fisik / pengendapan Yaitu suatu proses pengolahan air limbah untuk mengurangi padatan tersuspensi. Pada proses pengendapan ini partikel padat dibiarkan mengendap ke dasar tangki yang biasanya untuk mempercepat proses sedimentasi ditambahkan bahan kimia. 4. Pengolahan biologi Yaitu suatu proses pengelolaan air limbah yang bertujuan untuk mengurangi zat organik melalui mekanisme oksidasi biologis. Pengolahan secara biologi terdiri dari: a) Kolam aerasi Yaitu kolam yang diberikan perlakuan aerator sehingga akan mampu untuk meningkatkan oksigen terlarut dalam air limbah tersebut sehingga dapat mencukupi kebutuhan mikroba Kimia Industri_Pupuk 24

23 b) Nitrifikasi dan Denitrifikasi Yaitu pengolahan air limbah dengan cara menghilangkan nitrat melalui proses biologis c) Lumpur aktif Yaitu melibatkan sejumlah mikroorganisme yang merupakan biomasa aktif yang mampu mereduksi substrat dan memiliki permukaan yang dapat menyerap. d) Trickling filter Yaitu kumpulan benda padat yang berbentuk silinder, pada tempat tersebut di berikan kerikil, pasir dan substrat untuk menyaring air limbah yang akan disemprotkan dari atas silinder tersebut. Pada kerikil dan pasir tersebut akan membentuk lapisan biofilm sehingga mampu untuk mendegradasi bahan organik yang berada pada air limbah tersebut Menurut kami secara biologi pengelolaan limbah cair industri pupuk urea yang paling tepat adalah menggunakan gabungan proses Nitrifikasi-Denitrifikasi dengan lumpur aktif sera microalgae, karena apabila menggunakan Nitrifikasi- Denitrifikasi dengan lumpur aktif saja akan menyebabkan kadar COD limbah cair ini rendah, sehingga proses nitrifikasi-denitrifikasi heterotrofik tersebut memerlukan banyak masukan sumber karbon, dalam hal ini adalah Metanol. Selain itu, kinerja proses tidak terkendali ketika terjadi fluktuasi karakteristik limbah yang ekstrim. Menanggapi masalah tersebut, untuk menguraikan limbah cair urea kadar tinggi dan ammonia kadar tinggi alternative yang digunakan dalam pengelolaan limbah cair industri pupuk adalah dengan gabungan proses Nitrifikasi- Denitrifikasi dengan lumpur aktif sera microalgae. Karena Microalgae merupakan mikroba autotrof yang mampu memanfaatkan (NH 2 ) 2 CO dan NH 3 -N sebagai sumber nitrogen (sumber N) dan gas karbon dioksida (CO 2 ) sebagai sumber karbon (sumber C). Dalam skala besar microalgae selalu berasosiasi dengan bakteri/mikroba lain. Pada dasarnya, interaksi bakteri algae mampu memurnikan air sungai. Aktivitas metabolisme bakteri heterotropik-aerobik menghasilkan CO 2, NH 4 +, NO 3 -, PO 4 3- dan sebagainya. Mikroalgae menyerap senyawa-senyawa tersebut dan menghasilkan bahan organik, O 2,dan H 2 O. Oksigen yang diproduksi mikroalgae digunakan oleh bakteri aerobikheterotrofik diantaranya untuk reaksi nitrifikasi dan bakteri aerobikdenitrifikasi. Melalui proses fotosintesis, microalgae menggunakan CO 2 dari bakteri aerob dan amonia untuk membentuk protoplasma sel dan melepaskan molekul oksigen. Faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan (fotosintesis) microalgae adalah intensitas cahaya, suhu air, Ph, makro dan Kimia Industri_Pupuk 25

24 mikronutrien, 5 konsentrasi. Walaupun mengandung unsur karbon, karbon pada urea tidak bisa digunakan sebagai sumber hara, karena karbon dalam bentuk teroksidasi dan selama hidrolisis terlepas sebagai CO 2 dalam reaksi sebagai berikut: Sumber nitrogen utama yang dapat digunakan oleh microalgae adalah nitrat dan amonia-n, sedangkan penggunaan nitrit dibatasi oleh toksisitasnya. Bila nitrat dan amonia-n terdapat bersama, maka nitrat tidak akan diabsorpsi sampai semua amonia-n habis terserap. Hampir semua microalgae memiliki enzim urease sebagaimana halnya tumbuhan tingkat tinggi. Urea digunakan sebagai sumber N dalam pertumbuhan berbagai jenis microalgae, bahkan juga oleh microalgae yang tidak mempunyai urease. Bakteri memanfaatkan bahan organik yang dihasilkan oleh microalgae atau berasal dari microalgae mati sebagai sumber karbon untuk mensintesa sel baru dan untuk kebutuhan energi membentuk produk akhir seperti CO 2, NH 4 + pada proses respirasi dan sintesis,microalgae memanfaatkan CO 2 sebagai sumber karbon untuk fotosintesis. c. Pupuk ZA Amonium Sulfat atau yang biasa disebut ZA merupakan salah satu jenis pupuk buatan yang berguna bagi tanaman. Pupuk ZA adalah pupuk yang sekaligus mengandung 2 (dua) unsur hara yaitu Nitrogen (N2) dan unsur hara Sulfur (S). Nitrogen pada tanaman diperlukan untuk pembentukan atau pertumbuhan bagianvegetatif tanaman, seperti daun, batang dan akar. Berperan penting dalam halpembentukan hijau daun yang berguna dalam proses fotosintesis, membentuk protein,lemak dan berbagai persenyawaan organik, meningkatkan mutu tanaman penghasil daun-daunan serta meningkatkan perkembang biakan mikroorganisme di dalam tanah Unsur hara belerang (S) memiliki manfaat yg besar untuk pertumbuhan tanaman. Adapun manfaat dari unsur hara belerang (S) yaitu untuk membantu pembentukan butir hijau sehingga daun lebih hijau, menambah kandungan protein dan vitamin tanaman, berperan dalam sintesis minyak yang berguna pada proses pembuatan gula, dan memacu pertumbuhan anakan produktif. Unsur belerang pada pupuk ZAtermasuk unsur makro yaitu sebesar 24 %. Kimia Industri_Pupuk 26

25 Pupuk ZA mengandung belerang 24% dan nitrogen 21%. Kandungan nitrogennya hanya separuh dari urea, sehingga biasanya pemberiannya dimaksudkan sebagai sumber pemasok hara belerang pada tanah-tanah yang miskin unsure hara ini. Namun, pupuk ini menjadi pengganti urea sebagai pemasok nitrogen bagi pertanaman tebu karena tebu akan mengalami keracunan bila diberi pupuk urea. Produksi pupuk amonium sulfat ((NH 4 ) 2 SO 4 ) atau pupuk ZA dapat menggunakan beberapa macam bahan baku, salah satunya adalah dengan menggunakan amoniak dan asam sulfat murni. Di Indonesia, amoniak diproduksi oleh beberapaperusahaan. Hal ini menunjukkan bahwa bahan baku untuk pupuk ZA masih dapatterpenuhi. Pupuk sangat dibutuhkan di berbagai komoditas, baik yang termasuk kedalam sektor pertanian (tanaman pangan, hortikultura, perkebunan dan peternakan),maupun sektor-sektor diluar pertanian yaitu kehutanan, perikanan dan perindustrian. Tertentu terutama padi, pupuk merupakan kebutuhan pokok petanidalam meningkatkan produksi padi. Bahan Baku Produksi Pupuk ZA Bahan baku pembuatan Amonium Sulfat adalah amoniak dan asam sulfat. Untuk kebutuhan amoniak dalam negeri diperoleh dari PT.Pupuk Kujang, Jawa Barat yang mampu memproduksi amoniak dengan kapasitas produksi ton/tahun pada tahun PT. Timur Raya Tunggal, Jawa Barat mempu menyediakan asam asulfat dengan kapasitas produksi ton/tahun dan PT. Sud Chemic Indonesia dengan kapsitas produksi ton/tahun Teknologi Proses Produksi Dalam proses pembuatan pupuk ZA, dikenal ada empat jenis proses. Diantaranya : A. Reaksi Netralisasi Kebanyakan dari produk Amonium Sulfat dibuat dari proses netralisasi dengan mereaksikan amoniak dan asam sulfat kuat pada tekanan atmosfer. Reaksi yang terjadi sebagai berikut : Kimia Industri_Pupuk 27

26 2NH 3(g) + H 2 SO 4(l) (NH 4 ) 2 SO 4(s) + Q Reaksi yang berlangsung adalah reaksi eksotermis (65,5 kcal/gmol). Panas yang timbul ini dikendalikan dengan pendinginan menggunakan air pada reactor. Dalam proses ini lebih effisien karena reaksi antara Amoniak dan Asam Sulfat terjadi di saturator yang mempunyai 2 fungsi yaitu sebagai penetral dan pembentukan kristal (kristalisasi). Amonium Sulfat yang terbentuk dipompakan ke centrifuge dimana dipisahkan antara kristal dan mother liquor. Kristal dikeringkan di dalam rotary dryer dengan menggunakan udara panas. B. Amonium Sulfat dari Proses Karbonisasi Batu Bara Pada tahun 1920-an proses karbonasi batu bara ini sangatlah populer di kalangan industri. Tapi pada perkembangannya proses ini makin lama makin berkurang seiring dengan meningkatnya instalasi oil gas process dan penggunaan minyak serta gas alamuntuk pemanasan. Di lain pihak batu bara yang dikarbonasi tetap digunakan untuk memproduksi Amonium Sulfat. Untuk memproduksi Amonium Sulfat dari batu bara ada tiga cara yaitu cara langsung, tidak langsung, semi langsung. Pada proses langsung, mula-mula semua gas didinginkan untuk penghilangan sejumlah besar tar sebelum dialirkan ke saturator jenis bubble atau spray. Kristal Amonium Sulfat dipisahkan dari liquor nya, kemudian dicucidi dalam centrifuges, dikeringkan, kemudian dibawa ke penyimpanan. Untuk proses langsung ini memiliki banyak sekali kelemahan terutama pada impuritas produk yang dikarenakan kontaminasi dari tar, pyridine, ataupun komponen organik lainnya yang nantinya akan mengakibatkan harga ammonium sulfat yang dijual di pasaran menjadi jauh berkurang, dan klorid dari minyak, tampungan air yang digunakan akan menyebabkan Amonium Klorida dan menyebabkan korosi, kecuali telah dipasangi peralatan khusus pencegah korosi. Namun proses ini juga memiliki kelebihan yaitu biaya investasi dan operasi yang rendah, karena keterbatasan dari proses langsung ini maka mulailah dicari metodebaru yaitu proses tidak langsung. Pada proses Kimia Industri_Pupuk 28

27 ini gas panas dari oven mula-mula didinginkan dengan sirkulasi wash liquor dan scrubbing air. Liquor yang telah dikombinasikan kemudian dipisahkan dengan Amoniak bebas di dalam kolom striping. Kemudian setelah di striper liquor tersebut diolah dengan larutan basa untuk pemisahan Amonium klorida setelah itu barulah dialirkan ke dalam reactor saturator yang kemudian dibentuk Amonium Sulfat Untuk metode semi langsung gas didinginkan dan kemudian dihilangkan tarnya sert untuk memproduksi kondensatnya yang mengandung cukup banyak amoniak. Untuk proses semi langsung ini diproduksi dengan hasil Amonium Sulfat yang lebih murni dan dengan yield recovery Ammonia yang lebih tinggi. C. Reaksi antara gypsum dan amonium karbonat Di negara Inggris, Austria dan India, Ammonium Sulfat diproduksi dengan reaksi antara kalsium Sulfat dan Ammonium karbonat. Metode ini dikenal juga sebagai Mersseburg Process, yang menggunakan gypsum dan Kalsium Sufat Anhidrat. Reaksi yang terjadi adalah : NH 3(g) + H 2 O (1) NH 4 OH (aq) ( cal/gmol) 2NH 4 OH (aq) + CO 2(g) (NH 4 ) 2 CO 3(S) + H 2 O (1) ( cal/gmol) CaSO 4.H 2 O (aq) + (NH 4 ) 2 CO 3(s) CaCO 3(S) + (NH 4 ) 2 SO 4(S) + H 2 O (1) ( cal/gmol) Proses ini digunakan pada negara-negara yang memiliki sumber Kalsium Sulfat tetapi tidak memiliki Sulfur untuk memproduksi Amonium Sulfat. Baik produk dari proses ini dapat digunakan pada industri semen atau juga dapat digunakan pada pabrik Kalsium Amonium Sulfat. Kimia Industri_Pupuk 29

28 D. Reaksi antara amoniak dan sulfur dioksida Pada proses ini, dibagi menjadi dua jenis proses. Diantaranya adalah : Proses Marino Amonium Sulfat dibuat dengan de sulfurisasi udara Amoniak cair dengan Sulfur Dioksida bereaksi di dalam reaktor kristaliser yang terbuka. Dalam pencampuran antara Sulfur dioksida, oksigen, air, dan Amoniak juga ditambah vanadium pentoxide pada suhu oC dan tekanan 0,1-5 atm. SO 2 + ½ O 2 + H 2 O + 2NH 3 (NH 4 ) 2 SO ,7 kkal/gmol Kemudian dipisahkan di centrifuge dan dikeringkan di rotary dryer. Proses Piritas Espanolas (PE)Amonium Sulfat dapat dibuat dengan mengabsorbsi gas sulfur pada pelarut organik dan menghasilkan sulfit / kaya liquor dengan udara untuk memproduksi sulfat. Kemudian ditambahkan Amoniak untuk menghasilkan Amonium Sulfat. Setelah itu dipisahkan dari solvennya, disentrifugasi, dikeringkan. Solvent yang digunakan biasanya adalah Toluena. 2C 7 H 7 NH 2 + SO 2 + H 2 O (C 7 H 7 NH 3 ) 2 SO 3 (C 7 H 7 NH 3 ) 2 SO 4 + ½O 2 (C 7 N 7 NH 3 ) 2 SO 4 (C 7 N 7 NH 3 ) 2 SO 4 + 2NH 2C 7 H 7 NH 2 + (NH 4 ) 2 SO 4 Namun untuk proses produksi pupuk ZA, proses yang sering digunakan adalah proses Netralisasi karena : Lebih ekonomis Proses lebih sederhana Bahan baku mudah didapat Tanpa menggunakan katalis Proses Produksi Pupuk ZA Proses yang sering digunakan dalam pembuatan pupuk ZA adalah proses netralisasi karena memiliki beberapa keuntungan. Bahan baku yang digunakan dalamproses pembuatan pupuk ZA dengan metode netralisasi adalah amoniak Kimia Industri_Pupuk 30

29 dan asam sulfat (reaktan murni). Digunakan metode netralisasi karena mudah, cepat, memiliki konversiyang tinggi, dan menggunakan bahan baku yang mudah didapat. Dibawah ini merupakan gambar diagram alir proses pembuatan pupuk ZA denganmetode netralisasi 1) Tahap Penguapan Dalam proses pembuatan pupuk ZA, alat yang digunakan pada tahap penguapan ini adalah vavorizer 2) Tahap Netralisasi Alat yang digunakan pada tahap netralisasi pada proses pembuatan pupuk ZA adalah saturator. Kebanyakan dari produk Amonium Sulfat dibuat dari netralisasi dengan mereaksikan Amoniak dan Asam Sulfat kuat pada tekanan atmosfer. Reaksi tersebut adalah sebagai berikut 2NH 3 (g) + H 2 SO 4 (l) (NH 4 ) 2 SO 4 (s) + Q Reaksinya adalah eksotermis (65,5 kcal/gmol). Panas yang timbul ini dikendalikan dengan pendinginan menggunakan air pada reaktor. Dalam proses ini lebih effisien karena reaksi antara Amoniak dan Asam Sulfat terjadi di saturator yang mempunyai dua fungsi yaitu sebagai penetral (netralisasi) dan pembentukan kristal (kristalisasi). 3) Tahap Pemisahan Kimia Industri_Pupuk 31

30 Pada tahap pemisahan pada proses pembuatan pupuk ZA, alat yang digunakan adalah Centrifuge. Amonium Sulfat yang terbentuk pada proses sebelumnya, kemudian dipompakan ke centrifuge dimana dipisahkan antara kristal dan mother liquor. 4) Tahap Pengeringan Tahap akhir dalam proses pembuatan pupuk ZA adalah tahap pengeringan. Tahap pengeringan adalah proses untuk menghilangkan sejumlah cairan volatile yang terdapat dalam padatan dengan cara evaporasi. Dalam industri pupuk seperti ammonium sulfat (ZA), proses pengeringan biasanya dilakukan dengan menggunakan rotary dryer. Untuk dapat mendesain dan menganalisa kinerja suatu rotary dryer, perlu diketahui terlebih dahulu karakteristik pengeringan bahan padatyang dikeringkan. Hal ini dapat dilaksanakan secara eksperimen denganmenggunakan alat tray dryer. Selama proses pengeringan dalam tray dryer terjadi peristiwa fundamental secara bersamaan yang meliputi transfer panas dari media pengering(biasanya udara) ke padatan yang dikeringkan dan transfer massa air dari padatanyang dikeringkan ke media pengering (udara). 5) Tahap Penyerapan Tahap penyerapan dilakukan jika setelah tahap pengeringan masih tersisa cairanyang tidak volatile. 6) Tahap Penampungan Produk Produk/hasil yang didapatkan ditampung untuk selanjutnya dianalisis kadar nitrogen,kadar sulfur, kadar air dan ukuran butirannya. Limbah Industri Dalam pabrik pembuatan pupuk ZA selama proses produksinya menghasilkan bebraopa limbah, antara lain : 1. Limbah Gas Limbah gas adalah suatu limbah yang berasal dari debu-debu hasil produksi yang ikut keluar bersama udara luar. Debu ini diolah terlebih dahulu sebelum dibuang ke udara. Proses pengolahan limbah debu melalui proses wet Cyclone Kimia Industri_Pupuk 32

31 dimana debu tersebut dibasahi dengan air kemudian dimasukkan ke dalam tangki penampungan dan kemudian dapat dibuang. 2. Limbah Cair Limbah cair ini diperoleh dari proses flushing peralatan yang dilakukan secara berkala dan juga berasal dari oli. Oli ini didapat dari hasi oil separator. Proses pengolahan limbah cair ini yaitu melalui proses netralisasi dimana limbah cair tersebuit ditambahkan dengan Ca(OH) 2 kemudian dimasukan ke dalam kolam aerasi. Kolam aerasi ini terdapat bakteri yang dapat menyerap racun atau zat yang berbahaya sebelum dibuang. Setelah melalui kolam aerasi, amka limbah cair tersebut akan mengendapa dan tidak berbahaya lagi bagi lingkungan. 3. Limbah Padat Limbah padat dapat bersumber dari bahan baku, proses dan produksi samping yang tidak diinginkan. Limbah padat terdiri dari gypsum dan kapur. Pengolahannya dapat menggunakan prinsip 3R (reuse, reduce, recycle) atau dumping Proses Pembuatan Pupuk Alami Selain pupuk buatan, terdapat pula pupuk alami sebagai contoh pupuk alami yaitu : Deskripsi Pupuk organik adalah pupuk yang berasal dari bahan organik misal sisa-sisa tanaman, hewan, manusia, limbah pasar, limbah pabrik, pupuk hiau, mineral alam, dan lain-lain. Pupuk kompos ini sangat membantu dalam pertumbuhan sebuah tanaman dimana pupuk kompos mempunyai bahan yang alami yang dapat membuat tanaman tumbuh subur. a. Pembuatan Pupuk Organik Sebenarnya proses pembuatan pupuk organik itu gampang tapi bagi orang awam mungkin sulit karena belum berpengalaman dalam membuat pupuk. Seiring dengan perkembangan teknologi proses pembuatan pupuk menjadi Kimia Industri_Pupuk 33

32 sangatlah mudah dan gampang bagi orang awam sekalipun karena didukung dengan mesin yang terbukti mudah di operasikan, tahan lama, produktif, dan hemat tenaga. Dalam membuat pupuk yang terpenting adalah kualitasnya dalam hal ini adalah kandungan unsur hara didalam pupuk dan umumnya pupuk organik mempunyai spesifikasi sebagai berikut : Untuk membuat pupuk organik granul kita perhatikan dahulu alur proses pembuatannya berikut: Keterangan : 1. Bahan Utama Ada berbagai macam bahan utama pembuatan pupuk organik, sedangkan yang mudah didapat dengan harga terjangkau antara lain kotoran ayam (KA), kotoran sapi (KS), kompos (sampah pertanian, perkebunan, pasar), blotong (bahan samping proses pembuatan gula), kompos limbah jamur, dan masih banyak lagi bahan yang dianggap tidak berguna disekitar kita yang bisa kita manfaatkan untuk diolah menjadi pupuk organik. Sebagai contoh kita akan memproduksi 16 ton pupuk sudah dalam karung selama 8 jam kerja dengan bahan utama KS dan blotong proses pembuatan menggunakan 1 set mesin Kimia Industri_Pupuk 34

33 produksi pupuk buatan Maju Jaya Tech yang sudah teruji kemampuannya. Proses pertama siapkan KS ± 6 ton, blotong ± 9,5 ton, bahan pendukung ± 4 ton. 2. Fermentasi Proses kedua lakukan fermentasi pada semua bahan utama secara terpisah, fermentasi biasanya memakan waktu 5 30 hari. Proses ini bertujuan agar bahan baku utama dapat segera di olah dan memenuhi spesifikasi pupuk organik seperti diatas. Jika tidak di fermentasi bahan baku utama dapat diproses sekitar 1 2 tahun kemudian. Proses ini membutuhkan bakteri starter (bakteri pengkompos) dan yang mudah didapat di pasar antara lain EM4, Stardec, Orgadec, Harmoni, Super Degra, dll, setiap bakteri pengkompos yang ada dipasar mempunyai perbedaan proses fermentasi, kualitas serta keunggulannya, dan semua itu tercantum pada kemasannya. 3. Penghalusan Proses ketiga setelah selesai fermentasi, semua bahan utama dihalusan dengan crusher type CRC tujuannya agar dalam proses pencampuran didapatkan campuran yang homogen dan hasil granulasi bulat padat, dalam proses ini bahan utama haruslah dalam kondisi kering dengan kadar air maksimal 20%. 4. Pencampuran Supaya mudah dalam proses granulasi dan untuk memenuhi spesifikasi standar pupuk organik, bahan bakuutama dicampur bahan pendukung seperti clay, kapur, dan bahan lain sehingga produk anda mempunyai keunggulan dibanding produk lain. Prosentase campuran tergantung kualitas pupuk yang anda inginkan. Sebagai contoh kita akan memproduksi 16 ton pupuk sudah dalam karung selama 8 jam kerja dengan menggunakan 1 set mesin produksi pupuk buatan Maju Jaya Tech yang sudah teruji kemampuannya, maka kita campurkan 5,4 ton KS, 9 ton blotong, 3,6 ton bahan pendukung, campur semua bahan tadi sampai merata (homogen). Kimia Industri_Pupuk 35

34 5. Granulasi Proses selanjutnya adalah granulasi. Cara menggranul campuran yang sudah kita buat tadi adalah sebagai berikut: jalankan semua pan granul, kemudian masukkan 0,5 ton campuran ke dalam semua pan granul secara merata lalu jalankan water sprayer (semprotan air) selama ± 5 menit, tunggu beberapa saat sampai campuran mulai membentuk butiran kemudian tambahkan lagi campuran ke dalam granulator dikit demi sedikit dan jalankan kembali water sprayer hingga seluruh campuran didalam granulator terbentuk butiran kemudian butiran tersebut keluar sendiri dari granulator dan secara otomatis akan dibawa conveyor masuk kedalam mesin pengeringan. Proses granulasi bertujuan agar pupuk aman dalam penggunaan efektif dalam pemakaian serta unik dalam tampilan. Agar proses granulasi efektif dan menghasilkan butiran bulat padat kita gunakan mesin granulator type GN. 6. Pengeringan Kemudian kita lakukan proses pengeringan untuk menurunkan kadar air menjadi 4-20 % dengan menggunakan dryer type DRY karena sudah teruji tidak membuat butiran pupuk pecah atau bertambah besar sehingga produksi meningkat. Proses pengeringan bertujuan agar produk tidak cepat rusak, membunuh bakteri yang merugikan, menghilangkan bau, dan membunuh bibit tanaman merugikan yang mungkin tercampur dalam bahanbaku pupuk. 7. Pengayakan Proses dilanjutkan dengan pengayakan untuk memisahkan ukuran yang dibawah standar (under size) ukuran standar dan ukuran diatas standar (over size) mengunakan screen type SC. Proses ini bertujuan agar pupuk yang kita kemas ukuran butirannya seragam sehingga meningkatkan nilai jual. 8. Pendinginan Proses selanjutnya pendinginan bertujuan agar pupuk tidak cepat rusak dan bisa langsung dikemas, kita gunakan mesin pendingin cooler type CL untuk Kimia Industri_Pupuk 36

35 mempercepat proses produksi, karena outlet mesin ini terintegrasi dengan karung pupuk. 9. Pengepakan Proses terakhir adalah pengepakan menggunakan karung dengan ukuran sesuai permintaan pasar. Cara lain dalam pembuatan kompos : 1. Siapkan Bak plastik (beri beberapa lubang untuk mengeluarkan kelebihan air) 2. Isi wadah bak plastik dengan pasir setelah itu masukkan sampah organik dan sampah seperti sayuran, buah, atau dedaunan. 3. Lalu masukkan lagi kotoran ternak seperti kotoran ayam, kotoran kambing atau lainnya. 4. Lalu taburi dengan abu gosok kemudian ditaburi tanah secukupnya. 5. Diamkan selama 1 2 bulan dan jaga bak plastik tersebut agar tetap lembab. bak untuk wadah kompos b. Pembuatan Pupuk Kandang Kimia Industri_Pupuk 37

36 1. Tentukan suatu lokasi di sekitar kandang yang dapat dijadikan sebagai tempat pembuatan pupuk kandang. 2. Pada tempat yang telah ditentukan tersebut digali sebuah lubang dengan ukuran sesuai kebutuhan, tetapi dalamnya tidak boleh lebih dari 1,0 m. Lubang yang terlalu sempit dan terlalu dalam akan menyulitkan pengambilan pupuk kandang dari lubang yang dibuat. 3. Dinding lubang tempat penampungan pupuk kandang sebaiknya terbuat dari bahan yang dapat mencegah terjadinya rembesan air dari bagian luar lubang. Misalnya palstik. 4. Lantai lubang tempat penampungan pupuk kandang jangan disemen, tetapi dibiarkan saja tetap dari tanah agar air dari kotoran sapi dapat merembes kebawah tanah. 5. Kotoran sapi dan sisa-sisa pakan ditimbun kedalam lubang dan setelah penuh (jangan terlalu penuh keatas) lubang ditutup dengan tanah bekas galian setebal 30 cm. 6. Membuat naungan sederhana berupa atap dari daun rumbia ataupun dari dedaunan kering lainnya. 7. Membiarkan selama sekitar 3 bulan dan setelah itu barulah dapat digunakan sebagai pupuk tanaman Pupuk Berdasarkan Kandungannya Terdapat dua kelompok pupuk berdasarkan kandungan: pupuk tunggal dan pupuk majemuk. Pupuk tunggal mengandung hanya satu unsur, sedangkan pupuk majemuk paling tidak mengandung dua unsur yang diperlukan. a. Pupuk Tunggal (single fertilizer)adalah pupuk yang mengandung 1 unsur hara, contohnya : KCl K TSP P b. Pupuk Majemuk (compound fertilizer) adalah pupuk yang mengandung lebih dari 1 unsur hara, contohnya : Kimia Industri_Pupuk 38

37 D A P mengandung N & P Mutiara 16 : 16 : mengandung N, P, K Membuat Pupuk N P K Pupuk NPK Membuat pupuk majemuk NPK, adalah dengan cara blending. Yaitu, semua bahan baku di campur, sesuai kebutuhan. Jadilah dia pupuk mejamuk curah. Cara yang rumit adalah cara granulasi kimia. Ini umumnya dikerjakan di pabrik-pabrik besar dengan peralatan cukup modern. Butuh dana besar. Ada beberapa cara reaksi kimia yang dilakukan, diantaranya adalah melalui pembuatannitrophosphate. Proses pembuatan nitrophosphate (juga dikenal sebagai proses Odda) adalah metode untuk produksi industri pupuk nitrogen yang ditemukan oleh Erling Johnson di kota Odda, Norwegia sekitar tahun Proses ini melibatkan pengasaman batuan fosfat dengan asam nitrat untuk menghasilkan campuran asam fosfat dan kalsium nitrat. Ca3 (PO4) HNO H2O 2 H3PO4 + 3 Ca (NO3) H2O Campuran didinginkan di bawah 0 derajat Celcius, di mana kalsium nitrat mengkristal dan dapat dipisahkan dari asam fosfat. Kimia Industri_Pupuk 39

38 Pabrik Pupuk Kalsium nitrat hydrat yang dihasilkan digunakan untuk memproduksi pupuk nitrogen. Filtrat terutama terdiri dari asam fosfat dengan beberapa asam nitrat dan sisa-sia kalsium nitrat, dan ini dinetralkan dengan amonia untuk menghasilkan pupuk majemuk. Ca (NO3) H3PO4 + 8 NH3 CaHPO4 + 2 NH4NO3 + 3 (NH4) 2HPO4 Jika ditambahkan kalium klorida atau kalium sulfat, hasilnya adalah pupuk NPK. Tinggal menghitung berapa porsi N, P, dan K yang akan dibuat, maka akan bisa dibuat pupuk majemuk NPK , atau NPK , atau NPK berapa yang diinginkan, Kalsium nitrat dapat di terapkan sebagai pupuk, tetapi sering diubah menjadi nitrat dan amonium karbonat kalsium menggunakan karbon dioksida dan amonia. Ca (NO3) NH3 + CO2 + H2O 2 NH4NO3 + CaCO3 Pembuatan secara ganulasi fisika. Cara ini tidak membutuhkan terlalu banyak investasi, mudah dalam aplikasinya, dan hasil yang digunakan cukup homogen dan cukup stabil. Kimia Industri_Pupuk 40

39 Granulator Mini Secara sederhana dapat dijelaskan bahwa bahan baku yang mengandung N, P, K dicampur dan ditambahkan blender. Blender ini bisa berupa air. Urea dan/atau ZA biasanya digunakan sebagai bahan baku untuk unsur hara N. DAP atau superphos (karena SP36 tidak diproduksi lagi) sebagai sumber unsur P (Phospor), dan ZK atau KCl sebagai sumber K ( kalium). Bahanbahan ini sedapat mungkin di tepungkan. Bahan-bahan, setelah digiling sampai mesh tertentu yang cukup halus, dapat di granulasi dengan Pan Granulator dengan diameter kecil, bisa dari ukuran 30 cm sampai ukuran 1 m. Kemiringan Pan Granulator, kecepatan putaran, penambahan filler yang pas. Disini seringkali harus dilakukan trial dan error agar tahu persis mana yang paling bagus hasilnya. Pemilihan bahan untuk sumber N, P, dan K, harus mempertimbangkan untuk tanaman apa pupuk ini dibuat. Bila akan digunakan untuk kentang, melon, semangka, tembakau, tentunya kita harus menggunakan bahan-bahan yang bebas Clhor dan N yang kita gunakan sebagian harus menggunakan N Nitrat. Dan bila kita tujukan untuk tanaman padi, jagung, dan tanaman serealia lainnya sebaiknya kita gunakan N dari Urea ataupun ZA, karena memang N Nitrat kurang bagus untuk tanaman serealia.,sedangkan untuk unsur K bisa kita gunakan dari KCl, karena tanaman tersebut cukup tahan dengan unsur khlorida. Kimia Industri_Pupuk 41