BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Urea Pupuk urea adalah pupuk buatan senyawa kimia organik dari CO(NH 2 ) 2, pupuk padat berbentuk butiran bulat kecil (diameter lebih kurang 1 mm). Pupuk ini mempunyai kadar N 45-46%. Urea larut sempurna di dalam air, dan tidak mengasamkan tanah. Sifat urea yang tidak menguntungkan ialah sangat hidroskopis dan mulai menarik air dari udara pada kelembaban nisbi 73%. Urea tidak bersifat mengionisir dalam larutan sehingga mudah mengalami pencucian, karena tidak mudah terjerap oleh koloid tanah. Untuk dapat diserap oleh akar tanaman urea harus mengalami proses ammonifikasi dan nitrifikasi lebih dahulu, maka kalau dibandingkan dengan pupuk ZA, bekerjanya pupuk urea lambat. Cepat dan lambatnya perubahan bentuk amide dari urea ke bentuk senyawa N yang dapat diserap oleh tanaman sangat bergantung pada beberapa faktor ialah keadaan populasi, aktivitas mikroorganisme, kadar air dari tanah, temperatur tanah dan banyaknya pupuk urea yang diberikan. Pupuk urea adalah pupuk yang paling banyak digunakan di Indonesia. Bila pupuk urea ditambahkan ke dalam tanah yang lembab, maka urea mengalami hidrolisis dan berubah menjadi ammonium karbonat, dengan reaksi berikut: CO(NH 2 ) 2 + H 2 O Hidrolisis Enzimatik (NH 4 ) 2 CO 3 (NH 4 ) 2 CO 3 2NH 4 + + CO 2 2NH 4 + + 3CO 2 NO 2 - + 2H 2 O + 4H + + E 2NO 2 - + O 2 2NO 3 - + E
Sebelum hidrolisis terjadi, urea bersifat mobil seperti nitrat dan ada kemungkinan tercuci ke bawah zona perakaran. Kejadian ini dimungkinkan terutama jika curah hujan tinggi dan struktur tanah yang remah. Disamping itu perlu diperhatikan sifat urea yang dapat berubah menjadi nitrat ini, karena hal ini memperbesar turunnya efisiensi urea. Untuk mengurangi sifat-sifat yang merugikan dari urea diusahakan membungkus butiran urea dengan SCU (Sulfur Coated Urea). (Madjid, M, 2010) 2.2 Pembuatan Urea Pembuatan urea di Indonesia mengikuti proses yang sering dibuat di Amerika Serikat. Karena reaksi bersifat bolak-balik, pengaturan suhu dan tekanan serta konsentrasi harus menjadi pertimbangan pada waktu pembuatan urea. Suhu yang tinggi meningkatkan konversi, tetapi ini meminta tekanan yang lebih tinggi untuk menghindari bahan-bahan yang sedang bereaksi berubah menjadi gas, yang dapat mengakibatkan dekomposisi ammonium karbamat dan akhirnya menurunkan konversi. Garis besar pabrik urea terdiri dari 4 unit, yaitu: 1. Unit synthesa 2. Unit purifikasi 3. Unit recovery 4. Unit kristalisasi dan prilling (Effendi, B, 2010)
2.2.1 Unit Synthesa Gas CO 2 dari pabrik ammonia dikirim ke suction booster compressor, gas CO 2 ini ditekan dari 0,7 Kg/cm 2 G menjadi 30 Kg/cm 2 G, kemudian ditekan lagi menjadi 250 Kg/cm 2 G menjadi 30 Kg/cm 2 G, kemudian ditekan lagi menjadi 250 Kg/cm 2 G pada CO 2 compressor. Setelah mencapai tekanan operasi (250 Kg/cm 2 G) dikirim ke reactor urea liquid ammonia juga dikirim ke reactor urea setelah melewati ammonia, dari ammonia reservoir. Di sini amoniak bercampur dengan amoniak dengan amoniak dari ammonia condenser dari proses recovery system. Amoniak dari ammonia reservoir dipompa dengan ammonia booster pump untuk menaikkan tekanan dari 17 Kg/cm 2 G menjadi 24 Kg/cm 2 G, kemudian dipompa lagi sampai tekanan mencapai 250 Kg/cm 2 G, dengan menggunakan pompa ammonia. Sebelum dimasukkan ke dalam reactor urea, ammonia tersebut dilewatkan preheater guna dipanaskan sampai temperatur 200 o C dengan memakai hot water dan steam condensate sebagai media pemanas. Di samping CO 2 dan NH 3, ke dalam reactor dimasukkan juga recycle carbamat dari high pressure absorber. Selama proses sintesa, selain reaksi di atas juga terjadi reaksi samping yaitu terbentuknya biuret dari urea. Reaksi tersebut di atas adalah reaksi reversible dimana variable utama yang mempengaruhi reaksi adalah temperatur, tekanan, komposisi feed dan waktu reaksi. Konversi ammonium kabamat menjadi urea berlangsung pada fase cair, sehingga dibutuhkan temperatur dan tekanan tinggi. Temperatur dan tekanan tinggi menambah konversi pembentukan urea, apabila temperatur rendah menyebabkan konversi amonium karbamat menjadi urea berkurang. Kondisi reaksi yang optimum pada temperatur 200 o C dan tekanan 250 Kg/cm 2 G. Karena sifat-sifat korosif dari zatzat pereaksi dan produk di dalam reaktor maka pada permukaan yang mengalami
kontak dengan reaksi, reaktor dilapisi titanium. Penambahan sedikit oksigen bertujuan untuk melindungi reakor sehingga diperoleh daya tahan yang lebih lama. Karena pembuatan urea bersifat eksotermis, maka temperatur reakor harus dikontrol dengan benar. 2.2.2 Unit Purifikasi Produk dari hasil reaksi sintesa terdiri dari urea, biuret, air, ammonium karbamat dan amoniak berlebih. Proses selanjutnya diperlukan untuk memisahkan urea dan hasil reaksi yang lain, untuk memisahkannya yaitu dengan menurunkan tekanan sehingga ammonium karbamat terurai menjadi gas-gas amoniak dan CO 2. a. reaksi dekomposisi ammonium karbamat NH 2 COONH 4 2NH 3 + CO 2 Reaksi berlangsung pada temperatur 152-165 o C. pengurangan tekanan akan menaikkan temperatur sehingga akan memperbesar konversi. Hidrolisa urea merupakan faktor penting yang harus diperhatikan, karena hidrolisa menyebabkan berkurangnya urea yang dikehendaki sebagai produk. b. reaksi hidrolisa udara NH 2 CONH 2 + H 2 O 2NH 3 + CO 2 Hidrolisa mudah terjadi pada suhu tinggi, tekanan rendah dan residence time yang lama. Pembentukan biuret adalah faktor lain yang harus diperhatikan baik dalam proses dekomposisi, maupun dalam proses berikutnya (kristalisasi dan pembutiran). c. reaksi pembentukan biuret 2CO(NH 2 ) 2 NH(CONH2) 2 + NH 2 Reaksi ini bersifat reversible yang berlangsung pada temperatur di atas 90 o C,
dan tekanan parsial ammonia yang rendah. Pembentukan biuret dapat ditekan dengan adanya kelebihan amoniak. Jumlah biuret yang terbentuk juga dipengaruhi oleh residence time yang lama. Dekomposisi berlangsung pada saat larutan keluar dari top reaktor urea dengan temperatur 126 o C melalui let down valve, pada saat tersebut sebagian besar karbamat akan terurai menjadi amoniak dan CO 2 yang disebabkan turunnya tekanan sebesar 17 Kg/cm 2 G. amoniak dan ammonium karbamat yang tersisa selanjutnya dipisahkan dari laruran dalm dekomposer tahap II yaitu low pressure decomposer. Untuk LPD beroperasi dengan tekanan 2,5 Kg/cm 2 Gdan temperatur 235 o C, sedangkan untuk gas separator terdiri dari 2 bagian yaitu: bagian atas dioperasikan pada 170 o C dengan tekanan 0,3 Kg/cm 2 G dan bagian bawah dioperasikan pada 92 o C dengan tekanan atmosfir. 2.2.3 Unit Recovery Campuran gas yang berupa amoniak, karbondioksida serta sedikit uap air yang dihasilkan dari pemisahan urea yang terbentuk di dalam reaktor pada seksi dekomposisi dikembalikan sebagai gas, larutan atau slurry untuk selanjutnya digunakan sebagai umpan reaktor urea. Di dalam unit recovery gas-gas tersebut diserap dengan larutan urea. Larutan urea yang dipergunakan di sini diperoleh sebagai cairan induk dari unit kristalisasi dan pembutiran. Gas dari gas separator dipisahkan menjadi amoniak, karbamat cair dan gas sisa di dalam off gas condenser. Gas tersebut diserap di dalam off gas absorber bersama-sama dengan gas yang berasal dari low pressure absorber dengan menggunakan cairan dari off gas absorber. Cairan ini sebagian dikirim ke low pressure absorber sebagai cairan induk
penyerap gas berturut-turut di dalam low pressure absorber dan high pressure absorber dan menghasilkan larutan karbamat yang dipakai sebagai recycle solution. 2.2.4 Unit Kristalisasi dan Pembutiran Larutan urea dari gas separator dengan konsentrasi 70-75% di kirim ke crystallizer dengan pompa urea, di sini urea divakumkan untuk mengurangi kandungan air yang ada dalam larutan urea. Kristal-kristal yang terbentuk di dalam vakum crystallizer dikirim ke centrifuge untuk dipisahkan dari mother liquor, kemudian dikeringkan melalui dryer sampai kadar airnya 0,3% dengan menggunakan udara panas. Kristal-kristal urea kering dikirim ke atas prilling tower dengan automatic conveyer melalui fluidizing dryer di mana Kristal dilelehkan di dalam melter. Dan lelehan tersebut turun ke head tank melalui distributor dan spraying nozzle granulator di dalam prilling tower yang dihembuskan dengan udara sebagai media pendingin sehingga dihasilkan butiran urea. Urea keluar dari bagian bawah prilling tower (fluidizing cooler) diayak melalui tromel untuk dipisahkan over size-nya dan yang memenuhi spesifikasi selanjutnya dikirim ke gudang penyimpanan (bulk storage) dengan menggunakan belt conveyer. Butiran urea yang over size dilarutkan di dalam dissolving tank selanjutnya dikirim ke crystallizer dan sebagian lagi dikirim ke recovery. Debu urea dan udara bersih yang tidak terserap di buang ke atmosfir melalui urethane foam filter. Urea yang dihasilkan berkadar air yang relatif rendah yaitu 0,3% berat maksimum. Urea yang dihasilkan harus memenuhi spesifikasi sebagai berikut: - Kadar nitrogen : 45% berat maksimum
- Kadar air : 0,3% berat maksimum - Kadar biuret : 0,5% berat maksimum - Kadar besi : 0,1 ppm maksimum - Ammonia bebas : 150 ppm maksimum - Abu : 150 ppm maksimum - Kadar fe (iron) : 1,0 ppm maksimum (SOP Unit Urea PT.PIM) Sedangkan syarat mutu standar pupuk urea yang ditetapkan oleh Badan Standart Nasional Indonesia dapat dilihat pada table berikut: Tabel 2.2 Syarat Mutu Standar Pupuk Urea No. Uraian Satuan Persyaratan Butiran Glintiran 1. Kadar nitrogen % Min. 46,0 Min. 46,0 2. Kadar air % Maks. 0,5 Maks. 0,5 3. Kadar biuret % Maks. 1,2 Maks. 1,5 4. Ukuran - - - a) 1,00 mm - 3,35 mm % Min. 90,0 - b) 2,00 mm 4,75 mm % - Min. 90,0 (SNI 2801:2010)
2.3 Biuret Proses pembentukan urea dengan cara pemanasan bila dilakukan pada suhu yang tinggi (di atas 132,7 o C) akan menghasilkan ammonia dan biuret. Biuret adalah hasil kondensasi dari dua molekul urea. Reaksinya adalah sebagai berikut: 2CO(NH 2 ) 2 NH(CONH2) 2 + NH 2 Reaksi ini terjadi pada tekanan yang rendah, suhu tinggi dan waktu pemanasan yang cukup lama dan terus-menerus. Jika urea mengandung kadar biuret yang sangat tinggi maka senyawa biuret yang terkandung dalam urea dapat menjadi racun bagi tanaman. Oleh karena itu, sangat perlu diperhatikan temperatur dan penggunaan proses vakum dalam proses pemekatan urea cairan agar kandungan biuretnya rendah. Biuret ini pada konsentrasi tertentu dapat merupakan racun bagi tanaman sehingga dapat menghambat pertumbuhan tanaman. Memang tidak ada criteria yang umum sebagai tingkat maksimum dari kandungan biuret yang dapat ditoleransi, karena tergantungg dari situasi tanah pertanian dan jenis tanaman. Untuk jenis tanaman seperti pohon kopi, citrun atau buah cherry, kandungan biuret maksimum 0,3% masih dapat ditoleransi. Di Indonesia sendiri menurut Badan Standart Nasional Indonesia (SNI) pada urea prill (butiran) kadar biuret maksimum adalah 1,2% dan pada urea bentuk granular (gelintiran) kadar biuret maksimum adalah 1,5%. Sifat-sifat biuret (Carbamyurea, Allopanamida) antara lain: - Terbentuk karena pemanasan urea - Rumus molekulnya NH(CONH2) 2 - Berat molekul 103,10 - Berbentuk kristal jarum, berwarna putih
- Larut dalam air dan alcohol - Bersifat hidroskopis, dan jika dikristalkan dari air akan terbentuk 5C 2 H 5 N 3 O 2.4H 2 O dan menjadi anhidrat pada suhu 110 o C, terurai pada 193 o C - Titik lebur 190 o C (Anonymous, 1976) 2.4 Nitrogen Unsur nitrogen merupakan zat hara yang sangat diperlukan tanaman. Pupuk urea berbentuk butiran kristal berwarna putih merupakan pupuk yang mudah larut dalam air dan sifatnya sangat mudah menyerap air, karena itu sebaiknya disimpan di tempat yang kering dan tertutup rapat. Pupuk urea mengandung unsure N sebesar 46% dengan pengertian setiap 100 gr urea mengandung 46 kg nitrogen. Gejala kekurangan unsur hara nitrogen dapat menyebabkan beberapa kerusakan pada tanaman seperti daun tanaman berwarna pucat kekuning-kuningan, daun tua berwarna kekuning-kuningan dan pada tanaman padi warna ini dimulai dari ujung daun menjalar ke tulang daun, dalam keadaan kekurangan yang parah daun menjadi kering dimulai dari daun bagian bawah terus ke bagian atas, pertumbuhan tanaman lambat dan kerdil, dan pertumbuhan buah tidak sempurna. Sumber unsur nitrogen sebenarnya cukup banyak terdapat di atmosfer, yaitu lebih kurang 79,2% dalam bentuk N 2 bebas. Namun demikian unsur N ini baru dapat digunakan oleh tanaman setelah mengalami perubahan ke bentuk yang terikat dalam bentuk pupuk. Sumber utama dari nitrogen berasal dari N 2 atmosfer yang terikat. Untuk pembuatan pupuk adalah nitrogen dalam bentuk ammonia. (pusri.wordpress.com/2007/09/22/mengenal-pupuk-urea)