Industri Asam Sulfat

Selain bahan kimia yang sangat aktif, asam sulfat juga merupakan bahan kimia yang paling banyak dipakai dan merupakan produk teknik yang amat penting. Zat ini digunakan sebagai bahan untuk pembuatan garam-garam sulfat dan untuk sulfonasi, tetapi lebih sering lagi dipakai terutama karena merupakan asam anorganik yang agak kuat dan agak murah. Asam sulfat digunakan dalam pembuatan pupuk, kulit, platina, pengolahan minyak, dan dalam pewarnaan tekstil.

Proses kontak pertama kali ditemukan pada tahun 1831 oleh Philips, seorang Inggris, yaitu dengan melewatkan campuran sulfur dioksida dan udara melalui katalis. Pada tahun 1889, diketahui bahwa proses kontak dapat ditingkatkan dengan menggunakan oksigen secara berlebihan di dalam campuran gas reaksi. Proses kontak sekarang telah banyak mengalami penyempurnaan dalam rincinya dan dewasa ini telah merupakan suatu proses industri yang murah, kontinu dan dikendalikan secara otomatis. Semua pabrik asam sulfat yang baru menggunakan proses kontak. Salah satu kelemahan proses kamar yang menyebabkan orang tidak memakainya lagi adalah karena proses ini hanya mampu menghasilkan asam sulfat dengan konsentrasi sampai 78% saja. Pemekatannya merupakan suatu operasi yang mahal, sehingga pada tahun 1980, hanya tinggal satu pabrik saja yang menggunakan proses kamar yang masih beroperasi di Amerika Serikat.

Salah satu perusahaan yang memproduksi asam sulfat adalah PT. Dunia Kimia Utama yang berlokasi di Indralaya, Sumatera Selatan. Dalam makalah ini akan dibahas mengenai uraian proses dari PT. Dunia Kimia Utama dalam memproduksi asam sulfat.

BAB II

KEGUNAAN ASAM SULFAT

Asam sulfat merupakan komoditas kimia yang sangat penting, , produksi asam sulfat suatu negara merupakan indikator yang baik terhadap kekuatan industri negara tersebut. Kegunaan asam sulfat, yaitu:

ü  Kegunaan utama (60% dari total produksi di seluruh dunia) asam sulfat adalah dalam "metode basah" produksi asam fosfat, yang digunakan untuk membuat pupuk fosfat dan juga trinatrium fosfat untuk deterjen.

ü  Asam sulfat digunakan dalam jumlah yang besar oleh industri besi dan baja untuk menghilangkan oksidasi, karat, dan kerak air sebelum dijual ke industri otomobil.

ü  Kegunaan asam sulfat lainnya yang penting adalah untuk pembuatan aluminium sulfat. Alumunium sulfat dapat bereaksi dengan sejumlah kecil sabun pada serat pulp kertas untuk menghasilkan aluminium karboksilat yang membantu mengentalkan serat pulp menjadi permukaan kertas yang keras. Aluminium sulfat juga digunakan untuk membuat aluminium hidroksida. Aluminium sulfat dibuat dengan mereaksikan bauksit dengan asam sulfat:

Al₂O₃ + 3 H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3 H₂O

ü  Asam sulfat juga memiliki berbagai kegunaan di industri kimia. Sebagai contoh, asam sulfat merupakan katalis asam yang umumnya digunakan untuk mengubah sikloheksanonoksim menjadi kaprolaktam, yang digunakan untuk membuat nilon.

BAB III

BAHAN BAKU

Bahan baku yang digunakan dalam proses pembuatan asam sulfat adalah belerang, oksigen, air dan katalis vanadium pentaoksida sebagai bahan pembantu. Dimana belerang dan vanadium pentaoksida di impor langsung dari Singapura, sedangkan oksigen di dapat dari udara bebas. Untuk air yang digunakan didapat dari sumur bor yang melalui tahap pengolahan. Adapun sifat fisik dari bahan baku pembuatan asam sulfat yaitu:

No.	Komponen	Bentuk	Warna	Bau	Titik didih (oC)	Titik Leleh (oC)
1. 2. 3. 4.	Belerang Oksigen Vanadium Pentaoksida Air	Padatan Gas Padatan Cairan	Kuning - Kuning -	Menyengat - - -	444,6 -183 1750 100	120 -218,4 800 -

Sumber : Perry’s Chemical Engineering’s Hand Book, 1998

                                                                              

Sifat kimia dari bahan baku pembuatan asam sulfat yaitu:

No.	Komponen	BM (gr/mol)	Spgr	Kelarutan
1. 2. 3. 4.	Belerang Oksigen Vanadium Pentaoksida Air	32,06 32 181,9 18	2,046 1,14 3,357 1,004	Hygroskopis - Larut dalam asam dan alkali Berfungsi sebagai pelarut

Sumber : Perry’s Chemical Engineering’s Hand Book, 1998

BAB IV

URAIAN PROSES

Proses produksi asam sulfat di PT. Dunia Kimia Utama, menggunakan proses kontak. Proses yang dilakukan melalui 3 tahapan, yaitu:

1. Pembakaran Belerang

Proses produksi asam sulfat di awali dengan peleburan sulfur (S) yang digunakan sebagai bahan baku utama dengan menggunakan steam yang dialirkan pada coil-coil di Sulfur  Melter pada tekanan 4 Kg/cm². Kemudian sulfur cair dipompakan dari Sulfur Melter melalui pipa-pipa dan disemprotkan ke dalam Furnace. Di dalam Furnace terjadi pembakaran belerang dengan udara.

Reaksi : S_(g) + O_2(g) → SO_2(g)

Udara yang digunakan disuplai oleh Main Blower yang sudah mengalami proses pengeringan. Proses pengeringan udara dilakukan di Drying Tower dengan menggunakan asam sulfat sirkulasi dengan konsentrasi 93%-98%. Proses pengeringan udara tersebut dimaksudkan untuk mencegah korosi oleh gas pada pembakaran dan untuk menghilangkan kandungan air dalam udara.

Proses pembakaran belerang cair menjadi SO₂ dengan temperature pembakaran kurang lebih 750-770^oC. Gas hasil pembakaran di Furnace kemudian dialirkan ke Boiler melalui tube-tube untuk diambil panasnya guna menghasilkan steam yang digunakan untuk mencairkan belerang di Sulfur Melter, sebagian gas yang lain dialirkan ke Heat Exchanger bersama dengan gas keluar dari Boiler yang telah diambil panasnya. Di dalam Heat Exchanger gas didinginkan dengan menggunakan udara yang di suplai oleh Blower. Setelah itu aliran gas mengalami proses penyaringan dan penstabilan suhu gas di Hot Gas Filter.

2. Oksidasi Katalitik SO₂ Menjadi SO₃ dengan Bantuan Katalis

Dari Hot Gas Filter aliran gas masuk ke Converter. Converter ini terdiri dari empat bed katalis V₂O₅. Aliran gas masuk ke setiap bed diatur pada temperature 425-440^oC. Dengan bantuan katalis ini aliran gas tersebut (SO₂) diubah menjadi gas SO₃. Reaksi ini merupakan reaksi eksoterm sehingga gas tersebut harus didinginkan pada tahap-tahap katalis.

Aliran gas keluar bed I dan bed II didinginkan dalam 1^st and 2^nd Heat Exchanger. Sedangkan aliran gas dari bed III langsung masuk ke bed IV karena perbedaan temperature gas keluar dan bed III dan bed IV sudah kecil.

Reaksi : SO_2(g) + 1/2O_2(g) → SO_3(g)

Dari converter aliran gas SO₃ masuk ke dalam SO₃ Cooler A untuk didinginkan. Kemudian didinginkan lebih lanjut ke SO₃ Cooler B setelah itu aliran gas tersebut masuk ke Absorbing Tower.

3. Absorbsi Gas SO₃

Di Absorbing Tower terjadi proses penyerapan gas SO₃ dengan menggunakan sirkulasi asam sulfat dengan konsentrasi 98-99% yang diatur di AT Pump Tank. Asam resirkulasi tersebut kemudian diencerkan dengan menambahkan air dan setelah itu baru dialirkan kembali ke dalam AT Pump Tank. Asam sulfat yang dihasilkan pada AT Pump Tank setelah mencapai level maksimum yang ditentukan, kemudian ditransfer dan ditampung di Sulphuric Acid Storage Tank.

Reaksi yang terjadi di absorbing tower yaitu:

SO_3(g) + H₂SO_4(l) → H₂SO₄.SO_3(aq)

H₂SO₄.SO_3(aq) + H₂O_(l) → 2 H₂SO_4(aq)

PT. Dunia Kimia Utama memiliki dua buah Acid Storage Tank berkapasitas 1000 ton dan satu buah Acid Storage Tank berkapasitas 200 ton.

 

BAB V

REAKSI KIMIA YANG TERJADI

Reaksi kimia yang terjadi yaitu:

1. S_(s) + O_2(g) → SO_2(g)

Reaksi pembakaran belerang dengan udara ini terjadi di dalam furnace.

2. SO_2(g) + ½ O_2(g) → SO_3(g)

Reaksi ini terjadi di dalam converter.

c.   SO_3(g) + H₂SO_4(l) → H₂SO₄.SO_3(aq)

H₂SO₄.SO_3(aq) + H₂O_(l) → 2 H₂SO_4(aq)

Reaksi ini terjadi di absorbing tower.

BAB VI

PERALATAN PROSES PEMBUATAN

Peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan asam sulfat, yaitu:

1. Sulfur Melter

Fungsinya sebagai tempat pencairan atau peleburan belerang dengan bantuan panas steam pada coil.

2. Pompa Sulfur

Fungsinya sebagai pengalir sulfur cair ke furnace. Pompa ini mempunyai pipa-pipa penyaluran luar bermantel uap, sehingga belerang tidak menjadi dingin dan membeku, karena titik lebur belerang adalah 115^oC.

3.      Main Blower

Fungsinya sebagai penyuplai udara untuk proses pembakaran ke furnace. Main blower yang digunakan adalah tipe turbo fun dengan kapasitas 117 m³/menit dan tekanan operasi 1800 mmHg.

4.      Drying Tower

Fungsinya sebagai unit proses tempat terjadinya pengeringan udara oleh sirkulasi asam sulfat (minimal 93%) dari DT Pump Tank. Drying Tower yang dipakai adalah tipe packed column dengan tinggi 8,254 m, diameter dalam 2,62 m dan diameter luar 2,86 m.

5.      DT Pump Tank

Fungsinya sebagai tangki penampungan sirkulasi asam sulfat yang dari atau ke Absorbing Tower. DT pump tank yang digunakan mempunyai tinggi 1,8 m, diameter dalam 2,76 m, diameter luar 3 m dan kapasitas 8,8 m³/menit.

6.      AT Pump Tank

Fungsinya sebagai tangki penampungan sirkulasi asam sulfat yang dari atau ke absorbing tower dan juga sebagai tangki produksi, yaitu pengenceran (hidrasi) dengan air. AT Pump Tank yang digunakan mempunyai tinggi 1,8 m,  diameter dalam 2,76 m, diameter luar 3m, dan kapasitas 8,8 m³/menit.

7.      Furnace

Fungsinya sebagai tempat berlangsungnya proses pembakaran belerang cair dengan udara menjadi gas SO₂. Furnace yang dipakai berbentuk silinder mendatar dengan panjang 7,02 m, diameter  luar 2,04 m dan diameter ruang bakar 1,65 m.

8.      Boiler

Fungsinya sebagai tempat memproduksi steam. Boiler yang digunakan berbentuk silinder mendatar dengan dapur dan pipa-pipa api (fire tube). Boiler ini mempunyai panjang 4,6 m dan tekanan operasi 4 kg/cm².

9.      Absorbing tower

Fungsinya sebagai unit proses terjadinya proses penyerapan gas SO₃ oleh sirkulasi asam sulfat (98,3%-99%) Absorbing Tower yang digunakan adalah tipe packed column dengan tinggi 8,875 m, diameter dalam 2,62 m dan diameter luar 2,86 m.

10.  AT Pump

Fungsinya sebagai alat untuk memompakan sirkulasi asam sulfat dari AT Pump Tank ke Absorbing Tower. AT Pump yang digunakan mempunyai kecepatan putar 1450 Rpm dan kapasitas 1,2 m³/menit.

11.  DT Pump

Fungsinya sebagai alat untuk memompakan sirkulasi asam sulfat dari DT Pump Tank ke Drying Tower. DT Pump yang digunakan mempunyai kapasitas 1,2 m³/menit.

12.  Plug Vlave

Fungsinya sebagai pengatur aliran gas dari furnace dan boiler.

13.  Heat exchanger (on gas filter)

Fungsinya sebagai alat untuk mendinginkan aliran gas dari furnace dan boiler yang akan masuk ke converter. Heat exchanger yang digunakan adalah tipe shell and tube dengan jumlah tube 109 buah dan panjang tube 2,47 m. Heat exchanger mempunyai tinggi 3 m dan diameter 1,40 m.

14.  Gas filter

Fungsinya sebagai alat penyaring untuk aliran gas yang akan masuk ke converter. Gas filter mempunyai tinggi 1,53 m dan diameter 3,448 m.

15.  Converter

Fungsinya sebagai unit proses berlangsungnya proses perubahan gas SO₂ menjadi gas SO₃ dengan bantuan katalis vanadium pentaoksida. Converter yang digunakan mempunyai jumlah bed 4 buah, tinggi 8,5 m, diameter dalam 2,76 m dan diameter luar 3,002 m.

16.  1^st and 2^nd Heat exchanger

Fungsinya sebagai tempat mendinginkan aliran gas yang keluar dari converter khususnya dari bed I dan bed II. Tipe yang digunakan adalah tipe shell and tube.

17.  SO3 Cooler

Fungsinya sebagai tempat pendingin aliran gas SO₃ yang akan masuk ke Absorbing Tower. Cooler yang dipakai adalah tipe shell and tube dengan tinggi 1,78 m.

18.  Distributor

Fungsinya sebagai alat untuk menyebarkan aliran asam sulfat di dalam absorbing tower dan drying tower.

19.  Cooling tower

Fungsinya sebagai tempat pendingin air yang keluar dari acid cooler.

20.  Cooling water pump

Fungsinya sebagai alat untuk memompakan sirkulasi pendingin dari cooling water pit ke acid cooler.

21.  Plate Heat exchanger (acid cooler)

Fungsinya sebagai unit mendinginkan sirkulasi asam sulfat dari AT/DT Pump Tank ke AT/DT. Plate heat exchanger (acid cooler) yang digunakan adalah tipe plate dengan tekanan operasi 5 kg/cm²

BAB VII

PRODUK

Produk asam sulfat yang dihasilkan oleh PT. Dunia Kimia Utama memiliki konsentrasi 98,5%. Sifat fisik asam sulfat yang dihasilkan yaitu:

No.	Parameter	Sifat Fisik Produk
1. 2. 3. 4. 5.	Bentuk Warna Bau Titik Didih Titik Leleh	Cairan Jernih Menyengat 340oC 10,49oC

Sedangkan sifat kimia asam sulfat yang dihasilkan yaitu:

No.	Parameter	Sifat Kimia Produk
1. 2. 3. 4. 5. 6.	Rumus Molekul BM Densitas Spgr Kelarutan Viskositas	H2SO4 98,08 gr/mol 1,84 g/cm3 1,834 Larut dalam air dengan semua perbandingan 26,7 cP (20 °C)

     

BAB VIII

PENGELOLAAN LINGKUNGAN

a.      Pengolahan limbah gas

Dilakukan dengan pemasangan alat filter yang berfungsi untuk menyaring partikel gas asam yang mungkin terbawa gas buangan akibat proses absorbsi kurang sempurna.

b.      Pengolahan limbah cair

Menggunakan system netralisasi dan sedimentasi dengan bahan pembuatan batu kapur, soda ash atau soda kaustik (NaOH).

c.       Pengolahan limbah padat

Limbah padat diolah dengan cara mengumpulkannya pada suatu tempat penampungan dan secara periodic limbah padat tersebut diangkat oleh dinas kebersihan.

d.      Pengolahan limbah yang berupa debu dan kebisingan

Mengadakan penghijauan di sekeliling pabrik, mengisolir sumber bising dengan tembok, memasang alat penghisap debu, dan mewajibkan karyawan memakai masker dan ear protector.

BAB IX

NERACA MASSA

• Reaksi pada Furnace

S     +     O₂     →     SO₂

         1 tmol     1 tmol            -

1 tmol      1 tmol          1 tmol

   -              -                 1 tmol

Komponen	Input		Output
	tmol	ton	tmol	ton
S O2 SO2	1 1 -	32 32 -	- - 1	- - 64
∑		64		64

• Reaksi pada Converter

SO₂     +     ½ O₂     →     SO₃

         1 tmol          0.5 tmol             -

1 tmol          0.5 tmol         1 tmol

              -                  -                 1 tmol

Komponen	Input		Output
	tmol	ton	tmol	ton
SO2 O2 SO3	1 0.5 -	64 8 -	- - 1	- - 80
∑		72		80

• Reaksi pada Absorber

SO₃     +     H₂SO₄     →     H₂SO₄.SO₃

           1 tmol          1 tmol                     -

  1 tmol          1 tmol                1 tmol

 

              -                  -                       1 tmol

Komponen	Input		Output
	tmol	ton	tmol	ton
SO3 H2SO4 H2SO4.SO3	1 1 -	80 98 -	- - 1	- - 178
∑		178		178

H₂SO₄.SO₃     +     H₂O     →     2H₂SO₄

              1 tmol                 1 tmol                  -

     1 tmol                 1 tmol              2 tmol

 

                  -                         -                    2 tmol

Komponen	Input		Output
	tmol	ton	tmol	ton
H2SO4.SO3 H2O H2SO4	1 1 -	178 18 -	- - 2	- - 196
∑		196		196

referensi :

Bareta, Winda. 2005. Laporan Akhir Tinjauan Tinggi Packing Absorbing Tower Terhadap Daya   Serap Gas SO₃ Dalam Pembuatan Asam Sulfat PT. Dunia Kimia Utama Inderalaya Kab. Ogan Ilir. Palembang.

Austin, George T. 1996. Industri Proses Kimia. Jilid 1. Edisi Kelima. Jakarta : Erlangga.

Perry, R.H., Perry’s Chemical Engineering’s Hand Book, 6^th edition, McGraw Hill Book Company.

http://id.wikipedia.org/wiki/Asam_Sulfat