BAB I PENGANTAR A. LATAR BELAKANG Amonium sulfat [(NH 4 ) 2 SO 4 ] atau yang juga dikenal dengan nama Zwavelzure Ammoniak (ZA) merupakan garam anorganik yang digunakan sebagai pupuk nitrogen selain pupuk urea, NPK, dan amonium fosfat. Dalam pupuk ini terkandung senyawa sulfur dalam bentuk anion sulfat yang mudah diserap tanaman dan senyawa nitrogen dalam bentuk kation amonium yang mudah melepaskan hidrogen. Pupuk ZA memiliki karakteristik berbentuk kristal dan berwarna putih. Pupuk ZA juga memiliki sifat dan keunggulan yaitu tidak higroskopis, mudah larut dalam air, dapat digunakan sebagai pupuk dasar dan susulan, senyawa kimianya stabil sehingga tahan disimpan dalam waktu lama, dapat dicampur dengan pupuk lain, aman digunakan untuk semua jenis tanaman, meningkatkan produksi dan kualitas panen, menambah daya tahan tanaman terhadap gangguan hama, penyakit, dan kekeringan serta memperbaiki rasa dan warna hasil panen (http://www.petrokimiagresik.com/pupuk/urea.za). Pupuk sangat dibutuhkan di berbagai komoditas, baik yang termasuk ke dalam sektor pertanian (tanaman pangan, hortikultura, perkebunan, dan peternakan), maupun sektorsektor di luar pertanian yaitu kehutanan, perikanan, dan perindustrian. Bagi tanaman, unsur nitrogen memiliki kegunaan untuk membuat tanaman lebih hijau segar, mempercepat dan meningkatkan pertumbuhan tanaman (tinggi tanaman, jumlah cabang, dan jumlah anakan), serta meningkatkan kandungan protein hasil panen. Jika tanaman kekurangan unsur nitrogen, gejalanya adalah tanaman berwarna pucat kekuningkuningan, pertumbuhan lambat dan kerdil, daun tua berwarna kekuningankuningan (pada padi, warna ini dimulai dari ujung daun menjalar ke tulang daun), serta perkembangan buah tidak sempurna dan masak sebelum waktunya. Untuk komoditas tertentu terutama padi, pupuk merupakan kebutuhan pokok petani dalam meningkatkan produksi padi. Namun, pada kenyataannya masih ditemukan gejala kelangkaan pasokan pupuk di dalam negeri yang berdampak pada terganggunya ketahanan pangan nasional. Stephanie Restu Pratiwi Sutjijana (11/313505/TK/37922) 1
Pabrik amonium sulfat dari amoniak dan asam sulfat yang berkapasitas 250.000 ton/tahun ini dibangun untuk mengatasi kelangkaan pasokan pupuk di Indonesia. Produk dari pabrik tersebut difokuskan untuk memenuhi kebutuhan pupuk nitrogen di dalam negeri dan tidak untuk diekspor ke luar negeri. Tidak hanya dalam hal kemandirian pemenuhan pupuk nitrogen, pembangunan pabrik ini juga dapat mengembangkan penguasaan ilmu dan teknologi serta membuka lapangan kerja. B. TINJAUAN PUSTAKA Amonium sulfat [(NH 4 ) 2 SO 4 ] dapat diproduksi dengan beberapa cara yang berbeda berdasarkan bahan bakunya: 1. Proses Merseburg Pada proses ini, amonium sulfat diproduksi dari gipsum. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: 2NH 3 + CO 2 + H 2 O (NH 4 ) 2 CO 3 (I. 1) (NH 4 ) 2 CO 3 + CaSO 4.2H 2 O (NH 4 ) 2 SO 4 + CaCO 3 + 2H 2 O (I. 2) Gipsum [CaSO 4.2H 2 O] atau gipsum anhidrat [CaSO 4 ] disuspensikan ke dalam larutan amonium karbonat di mana amonium karbonat dibentuk dari amoniak dan karbondioksida di dalam media cair yang berupa air. Kondisi operasi berada pada suhu 6573 o C dan tekanan vakum. Pada akhir reaksi (sekitar 6 sampai 9 jam), diperoleh 25% larutan amonium sulfat dan kalsium karbonat yang mengendap. Larutan jernih yang diperoleh kemudian dilewatkan ke evaporator untuk mengkristalkan amonium sulfat. Kristal amonium sulfat disentrifugasi lalu dikeringkan di rotary drier, sedangkan larutan induk (mother liquor) dikembalikan ke reaktor. Umumnya proses ini berjalan secara batch dengan konversi amoniak sebesar 98%. Untuk menjalankan proses ini dibutuhkan jumlah bahan dan modal yang besar dengan ketersediaan bahan baku bisa diperoleh dari dalam negeri (Indonesia). (Faith, dkk., 1957 dan Othmer, 1978). 2. Proses dari Caprolactam Banyak ammonium sulfat diproduksi di Amerika dari berbagai hasil samping proses kimia, salah satunya adalah Caprolactam. Banyak Caprolactam digunakan di AS Stephanie Restu Pratiwi Sutjijana (11/313505/TK/37922) 2
untuk menghasilkan nylon6. Reaksi yang terjadi dalam pembuatan amonium sulfat dari Caprolactam adalah sebagai berikut: C 6 H 10 O + 0,5 (NH 3 OH) 2 SO 4 C 6 H 11 NO + 0,5 (NH 4 ) 2 SO 4 + H 2 O (I. 3) C 6 H 11 NO C 6 H 11 NO.H 2 SO 4 (I. 4) C 6 H 11 NO.H 2 SO 4 C 6 H 11 NO + (NH 4 ) 2 SO 4 + 2 H 2 O (I. 5) Reaksi tersebut berjalan secara kontinyu dengan kandungan amonium sulfat di dalam larutan induk sebesar 35 40%. Amonium sulfat yang diperoleh sebagai hasil samping dari pembuatan hydroxylamine sulfat, cyclohexanone oxime, dan campuran reaksi netralisasi caprolactam sebesar 4,5 5 lb per pound caprolactam. Untuk menjalankan proses ini dibutuhkan jumlah bahan yang sedikit dan modal yang besar dengan ketersediaan bahan baku diperoleh dari impor (Amerika). (Felix dan Haryadi, 2012). 3. Proses Kristalisasi dan Netralisasi Pada proses kristalisasi dan netralisasi, uap NH 3 dimasukkan ke dalam reaktor kristalisasi dan netralisasi (disebut saturator) yang berisi H 2 SO 4 yang juga ditambahkan dengan air kondensat untuk menyerap panas hasil reaksi. Campuran diaduk dengan udara. Tahap proses terdiri atas tahap reaksi kristalisasi dan netralisasi, tahap pemisahan produk, tahap pengeringan produk dan tahap penampungan produk. Bagan prosesnya digambarkan pada Gambar I.1. di bawah ini: NH3 gas Reaction Separation Drying Bagging H2SO4 AIR HEATED MOTHER LIQUOR Gambar I.1. Alur Proses Produksi Ammonium Sulfat dengan Proses Kristalisasi dan Netralisasi Stephanie Restu Pratiwi Sutjijana (11/313505/TK/37922) 3
Uraian Proses : 1) Reaksi Kristalisasi dan Netralisasi Alat utamanya adalah Saturator (sebagai reaktor dan crystallizer). Saturator berfungsi untuk mereaksikan ammonia dengan asam sulfat dan memekatkan ammonium sulfat yang terbentuk. Uap ammonia masuk melalui sparger dari bagian bawah dan asam sulfat masuk melalui sparger di bagian dalam saturator. Udara pengaduk dihembuskan dari bagian bawah saturator untuk mencegah mengendapnya kristal pada dasar saturator. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: 2NH 3 (aq) + H 2 SO 4 (aq) (NH 4 ) 2 SO 4 (aq) + Q (I. 6) Suhu reaksi dijaga pada 105 110 o C dan tekanan 1 atm dengan acidity 0,2% berat dan konsentrasi kristal sebesar 50%. Proses ini berjalan dengan waktu operasi selama 4 jam secara kontinyu dengan konversi amoniak sebesar 99,5%. Sebagian uap yang terbentuk diembunkan dan dikembalikan ke saturator sebagai condensate return untuk mengatur konsentrasi dan menyerap panas reaksi. 2) Pemisahan Produk Peralatan utamanya adalah centrifuge separator yang berfungsi memisahkan kristal ammonium sulfat yang terbentuk dengan larutan induk. Slurry ammonium sulfat dari saturator diumpankan dengan perbandingan liquid:solid = 1:1. Kristal diharapkan tertahan 60% di screen 30 mesh yang selanjutnya akan dikirim ke bagian pengeringan, sedangkan larutan induknya dialirkan ke liquor tank sebagai recycle ke saturator. 3) Pengeringan produk Peralatan utamanya adalah rotary dryer yang berfungsi untuk mengeringkan kristal ammonium sulfat hingga kandungan airnya maksimum sebesar 1% berat. Kristal ZA basah dialirkan ke rotary dryer dan dikontakkan dengan udara (panas) secara searah. Anti caking agent URESOFT 150 ditambahkan ke kristal ZA basah sebelum dimasukkan ke dryer untuk mencegah penggumpalan ZA. Stephanie Restu Pratiwi Sutjijana (11/313505/TK/37922) 4
Debu ZA ditarik dengan blowerexhaust fan dan masuk ke cyclone separator. Dalam cyclone separator, gas yang mengandung ZA disemprot dengan condensate. Cairan yang mengandung debu selanjutnya ditampung dalam tangki sebagai umpan saturator. Sedangkan udara yang lolos dibuang ke udara bebas. 4) Penampungan Produk Produk ZA kering yang keluar dari dryer diangkat dengan bucket elevator lalu masuk ke hopper, kemudian dikirim ke bagian pengantongan dengan belt conveyor. Produk ZA memiliki kadar nitrogen minimum 20,08% (berat), kadar asam sulfat maksimum 0,1 % (berat), dan kadar air maksimum 1% (berat) dengan ukuran kristal 75% tertinggal pada 30 mesh. Untuk menjalankan proses ini dibutuhkan jumlah bahan yang sedikit dan modal yang sedang dengan ketersediaan bahan baku bisa diperoleh dari dalam negeri (Indonesia). (Putri, 2011). Perbandingan parameterparameter dari ketiga jenis proses pembuatan amonium sulfat diperlihatkan pada Tabel I.1. di bawah ini. Stephanie Restu Pratiwi Sutjijana (11/313505/TK/37922) 5
Tabel I.1. Perbandingan Proses Pembuatan Amonium Sulfat Parameter 1. Proses 2. Proses dari 3. Proses Merseburg Caprolactam Kristalisasi dan Netralisasi 1.) Aspek Teknis a. Proses Batch Kontinyu Kontinyu b. Konversi 98 % 99,5% c. Kandungan ZA dalam 25 % 35 40% 50% larutan induk 2.) Kondisi Operasi a. Suhu ( o C) b. Tekanan c. Waktu Operasi (jam) 65 73 Vakum 6 9 105 110 1 atm ±4 3.) Modal dan Bahan Baku a. Bahan Baku NH 3, CO 2, gypsum, H 2 O, Hasil samping pembuatan caprolactam NH 3, H 2 SO 4 b. Ketersediaan Bahan Baku Dalam Negeri Impor (Amerika) Dalam Negeri c. Jumlah Bahan yang dibutuhkan Banyak Sedikit Sedikit d. Modal Besar Besar Sedang Berdasarkan rangkuman dari tabel di atas, dipilihlah proses Kristalisasi dan Netralisasi menggunakan bahan baku amoniak dan asam sulfat. Alasan dipilihnya proses tersebut karena bisa diperoleh kemurnian produk yang lebih tinggi dibanding kemurnian produk dari proses lainnya. Proses ini juga lebih mudah, cepat, memiliki konversi yang lebih tinggi dan menggunakan bahan baku yang mudah didapat. Stephanie Restu Pratiwi Sutjijana (11/313505/TK/37922) 6