INDUSTRI KHLOR-ALKALI

Keterkaitan antar Industri Khlor-Alkali dan Pemanfaatannya

INDUSTRI KHLOR-ALKALI

1.Industri Soda Abu Karakteristik

a. Rumus kimia: Na2CO3

b. Berupa padatan ringan, larut secara moderat di dalam airc. Kemurnian standar: mengandung 99,3% Na2CO3, atau ekivalen dengan 58% Na2O

Proses pembuatan: a.proses Solvay; b. proses LeBlanc

Proses Solvay: Bahan baku: garam dapur, batu lapur

(limestone), amoniak* garam dapur dipakai dalam bentuk brine (larutan garam) yang dibuat dari salt rock, dan dijaga memiliki kemurnian yang relatif tinggi* pengotor dalam batu kapur yang berupa SiO2, Al2O3, dan Fe2O3 harus diusahakan seminimal mungkin.

1.Industri Soda Abu (lanjutan)

Reaksi-reaksi kimia pada proses Solvay:NH3(g) + H2O(l) NH4OH(aq) ΔH=-8400 kal

NH4OH(aq) + CO2(g) (NH4)2CO3(aq) + H2O(l) ΔH=-22100 kal

(NH4)2CO3(aq)+ CO2(g) + H2O(l) NH4HCO3(aq)

NH4HCO3(aq) + NaCl(ag) NH4Cl(aq) + NaHCO3(s)

Soda abu kemudian diperoleh dengan cara menyaring kemudian memanaskan NaHCO3 , reaksi:

NaHCO3(s) Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g) ΔH=+30700 kal

CO2 yang dihasilkan, digunakan kembali sebagai pereaksi.

Pada tahap awal, gas CO2 disuplai dari pemanasan limestone: CaCO3(s) CaO(s) +

CO2(g) ΔH=+43400 kal

CaO yang dihasilkan dari reaksi pemanasan, dapat diolah lebih lanjut menjadi Ca(OH)2, dan jika direaksikan dengan amonium khlorida akan dihasilkan CaCl2 sebagai hasil samping. Reaksi:.

CaO(s) + H2O(l) => Ca(OH)2(s) ΔH=-15900 kal

Ca(OH)2(s) + 2 NH4Cl(aq) => CaCl2(aq) + 2 NH3(g) + H2O(g)

ΔH=-22100 kal

Bentuk-bentuk soda abu:* washing soda (Na2CO3.10H2O)* monohidrat (Na2CO3.H2O)* sesqui carbonate (Na2CO3.NaHCO3.2H2O)

Komposisi kimia produk: - Na2CO3 (99,5%, =58% Na2O)- NaCl (0,2 – 0,25%), - Na2SO4 (0,02%) - insolubles (0,02%)- sisanya Air/H2O

Diagram Proses Pembuatan Soda Abu dengan Proses Solvay

1.Industri Soda Abu (lanjutan)

Proses LeBlanc: Bahan baku: H2SO4, salt cake, coke, dan

limestone Reaksi-reaksi utama:

2NaCl + H2SO4 => Na2SO4 + 2HCl (di salt cake furnace) Na2SO4 +2C => Na2S + 2CO2

Na2S + CaCO3 => Na2CO3 + CaS↓

2 reaksi terakhir terjadi di black ash furnace Produk yang dihasilkan berupa padatan

berpori, yang merupakan produk kasar. Produk kasar (black ash) diambil dari

padatan produk dengan cara leaching menggunakan air.

Larutan hasil leaching berupa campuran: Na2CO3, Na2S, NaOH dan pengotor lainnya.

1.Industri Soda Abu (lanjutan)

Proses LeBlanc: HCl yang dihasilkan dari reaksi (1), diabsorpsi

dengan air untuk diperoleh larutan HCl. Reaksi-reaksi di CaS treatment:

CaS + CO2 + H2O => H2S(g) + CaCO3(s)

Setelah CaCO3 dan H2S dipisahkan, H2S kemudian direaksikan dengan CaS, menurut reaksi berikut:CaS + H2S => Ca(SH)2

Ca(SH)2 lalu direaksikan lagi dengan fresh lime kiln gas:Ca(SH)2 + CO2 + H2O => CaCO3(s) + H2S(g)

Sebagian H2S dibakar untuk dihasilkan sulfur (S) sebagai umpan di sulfuric acid plant.H2S + ½O2 => H2O + SCaS yang tidak habis bereaksi sangat mengganggu lingkungan (bau busuk dan pencemar perairan)1 ton produk Na2CO3 menghasilkan 1,5 ton CaS

Salt cake furnace

Black ash furnace

Evaporator + crystalizer

HCl absorber

Extraction tank Tower

Calcining furnace

Decomposition tank

(CaS treatment)

H2SO4 NaCl

HCl

HCl solution

water

lime coke

Na2SO4

flue gas (CO2)

back ash

liquor

mud (CaS, etc.)

water

lime kiln gas

(CO2)

red liquor

NaOH process

stack

waste caronat

liquor

Na2CO3

Na2CO3.10H2O

Diagram Proses Pembuatan Soda Abu dengan Proses LeBlanc

Na2CO3: Process Flow Diagram

2. Industri Sodium Bikarbonat (Baking Soda)

Proses utama: Larutan soda abu jenuh dikontakkan dengan

gas CO2 dalam menara pengontakkan pada temperatur ±40oC.

Suspensi bikarbonat yang terbentuk kemudian diambil dari dasar menara, lalu disaring dan dicuci di dalam rotary drum filter.

Cake kemudian dikeringkan di atas continuous belt conveyor pada 70oC

Produk NaHCO3 yang dihasilkan relatif murni (±99,9%)

3. Industri Soda Kaustik dan Gas Khlor

Soda kaustik mula-mula dibuat secara batch dengan proses kaustikisasi soda abu dengan kapur padam. Reaksi:Na2CO3 + Ca(OH) 2 => 2NaOH + CaCO3↓

Proses yang kemudian berkembang adalah proses pembuatan soda kaustik secara elektrolisis terhadap larutan garam dapur.

Pada proses secara elektrolisis, selain dihasilkan NaOH, juga akan dihasilkan gas khlor.

Seiring dengan perkembangan peralatan pembangkit listrik arus searahyang pesat, sejak akhir abad 19, pembuatan soda kaustik secara elektrolisis lebih banyak dipakai, dibanding proses kaustikisasi.

3. Industri Soda Kaustik dan Gas Khlor (lanjutan)

Proses pembuatan soda kaustik scr elektrolisis

Rumus kimia produk: NaOH (soda kaustik) Cl2

Karakteristik produk:* Soda kaustik murni berupa padatan putih yang rapuh dan mampu menyerap dengan cepat uap air (higroskopis) dan

gas CO2 dari udara* Soda kaustik dijual berdasarkan kandungan Na2O, umumnya sebesar ±76% Na2O (atau ekivalen dengan

98% NaOH) Cara lain pembuatan gas khlor adalah

dengan proses Deacon, menurut reaksi:2HCl + ½O2 => Cl2 + H2O

3. Industri Soda Kaustik dan Gas Khlor (lanjutan)

Bahan baku: air laut Bahan dan energi pendukung: Na2CO3,

H2SO4, uap air, energi listrik, dan refrijeran. Jenis proses elektrolisis:

a. proses elektrolisis dengan sel diafragmab. proses elektrolisis dengan sel membranc. proses elektrolisis dengan sel merkuri

Perbandingan proses: Proses dengan sel diafragma dengan sel

membran secara prinsip proses, hampir sama, yaitu mencegah terjadinya migrasi balik ion-ion selama proses elektrolisis

Perbedaan antara sel diafragma dengan sel membran terletak pada jenis bahan yamg dipakai untuk mencegah terjadinya migrasi balik

3. Industri Soda Kaustik dan Gas Khlor (lanjutan)

Perbandingan proses: Sel diafragma bersifat permiable.

Pencegahan migrasi balik dikontrol oleh kecepatan aliran fluida melalui diafragma, dengan mengontrol perbedaan level cairan pada kedua kompartemen

Pada sel membran, digunakan membran dari bahan plastik/polimer berpori sebagai pemisah kompartemen. Membran memiliki keaktifan kimia yang mampu meloloskan ion (+) tetapi menolak ion (-)

Sel diafragma biasanya dibuat dari serat-serat asbes

Sel membran berupa polimer, misalnya perfluorosulfonic acid polimer (nafion)

Kemurnian produk pada sel diafragma: 11% NaOH dan 15% NaCl

Kemurnian produk dengan sel membran: 28-40% NaOH dan 50 ppm NaCl

3. Industri Soda Kaustik dan Gas Khlor (lanjutan)

Perbandingan proses: Kelemahan sel membran, lebih mudah

mengalami clogging/penyumbatan oleh pengotor dibanding sel diafragma, sehingga menuntut umpan yang lebih murni dari keberadaan garam-garam pengotor (garam Mg dan Ca)

Sel membran lebih mahal Anoda dan katoda pada sel membran dan sel

difragma:Anoda: grafit, titan coated, platina, logam-logam muliaKatoda: besi

Katoda pada sel merkuri berupa aliran kolam merkuri

Hasil elektrolisis pada sel merkuri: campuran Hg dan Na (amalgam), NaOH diperoleh dengan reaksi:2NaHg + 2H2O => 2NaOH + H2 + Hg

Mercury Diaphragm

Membrane

Operating current density ( kA/m2)

8 - 13 0.9 - 2.6 3 - 5

Cell voltage (V) 3.9 - 4.2 2.9 - 3.5 3.0 - 3.6

NaOH strength (wt%)

50 12 33-35

Energy consumption ( kWh/MT Cl2) at a current density of (kA/m2)

3360 (10) 2720 (1.7) 2650 (5)

Steam consumption (kWh/MT Cl2) for concentration to 50% NaOH

0 610 180

Perbandingan Kondisi Teknis antar 3 Jenis Sel Elektrolisis

Sel Diafragma

Sel Membran

Sel Merkuri

3. Industri Soda Kaustik dan Gas Khlor (lanjutan)

Reaksi-reaksi kimia utama: Ionisasi larutan garam NaCl:

H2O + H2O => H3O+ + OH-

NaCl => Na+ + Cl-

Reaksi pada anoda (+):Cl- => Cl2 + 2e4OH- => O2 + 2H2O + 4e

Reaksi pada katoda (-):2H3O+ + 2e => H2 + 2H2ONa+ + e => Na

Reaksi total:2 NaCl + 2H2O => H2 + Cl2 + 2NaOH

3. Industri Soda Kaustik dan Gas Khlor (lanjutan)

Reaksi-reaksi samping:Cl2 + H2O => HCl + HOClHCl + H2O => H3O+ + Cl-

HOCl + H2O => H3O+ + OCl-

Jika Na+ ber-migrasi balik:Na+ + Cl- => NaClNa+ + OCl- => NaOCl

Diagram alir pembuatan soda kaustik dan gas Cl2 sbb.:

Diagram Alir Proses Pembuatan Soda Kaustik dan Gas Cl2

Mercury Cell Process Flowsheet

Diaphragm Cell Process Flowsheet

Membrane Cell Process Flowsheet