Download - Asam Sulfat C
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Sejarah Proses
Alkimiawan abad ke-8 Abu Musa Jabir bin Hayyan (Geber) dipercayai
sebagai penemu asam sulfat. Asam ini kemudian dikaji oleh alkimiawan dan
dokter Persia abad ke-9 Ar-Razi (Rhazes), yang mendapatkan zat ini dari
distilasi kering mineral yang mengandung besi(II) sulfat heptahidrat, FeSO4 •
7H2O, dan tembaga(II) sulfat pentahidrat, CuSO4 • 5H2O. Ketika dipanaskan,
senyawa-senyawa ini akan terurai menjadi besi(II) oksida dan tembaga(II)
oksida, melepaskan air beserta sulfur trioksida yang akan bergabung menjadi
larutan asam sulfat. Metode ini dipopulerkan di Eropa melalui terjemahan-
terjamahan buku-buku Arab dan Persia.
Asam sulfat dikenal oleh alkimiawan Eropa abad pertengahan sebagai
minyak vitriol. Kata vitriol berasal dari bahasa Latin vitreus yang berarti 'gelas',
merujuk pada penampilan garam sulfat yang seperti gelas, disebut sebagai
garam vitriol. Garam-garam ini meliputi tembaga(II) sulfat (vitriol biru), seng
sulfat (vitriol putih), besi(II) sulfat (vitriol hijau), besi(III) sulfat (vitriol Mars),
dan kobalt(II) sulfat (vitriol merah).
Garam-garam vitriol tersebut merupakan zat yang paling penting dalam
alkimia, yang digunakan untuk menemukan batu filsuf. Vitriol yang sangat murni
digunakan sebagai media reaksi zat-zat lainnya. Hal ini dikarenakan asam vitriol
tidak bereaksi dengan emas. Pentingnya vitriol dalam alkimia terlihat pada moto
alkimia Visita Interiora Terrae Rectificando Invenies Occultum Lapidem
('Kunjungi bagian dalam bumi dan murnikanlah, anda akan menemukan batu
rahasia') yang ditemukan dalam L'Azoth des Philosophes karya alkimiawan abad
ke-15 Basilius Valentinus, .
Pada abad ke-17, kimiawan Jerman Belanda Johann Glauber membuat
asam sulfat dengan membakar sulfur bersamaan dengan kalium nitrat, KNO3,
dengan keberadaan uap. Kalium nitrat tersebut terurai dan mengoksidasi sulfur
menjadi SO3, yang akan bergabung dengan air membentuk asam sulfat. Pada
tahun 1736, Joshua Ward, ahli farmasi London, menggunakan metode ini untuk
memulai produksi asam sulfat berskala besar.
Pada tahun 1746 di Birmingham, John Roebuck mengadaptasikan
metode ini ke dalam suatu bilik, yang dapat menghasilkan asam sulfat lebih
banyak. Proses ini disebut sebagai proses bilik, yang mengijinkan produksi
asam sulfat secara efektif. Setelah berbagai perbaikan, metode ini menjadi
proses standar produksi asam sulfat selama hampir dua abad.
Pada tahun 1831, saudagar asam cuka Britania Peregrine Phillips
mematenkan proses kontak, yang lebih ekonomis dalam memproduksi sulfur
trioksida dan asam sulfat. Sekarang, hampir semua produksi asam sulfat dunia
menggunakan proses ini
I.2 Spesifikasi Bahan Baku
a. Katalis
Fungsi katalis dalam setiap reaksi katalitik adalah meningkatkan
laju reaksi. Katalis konversi sulfur dioksida ini biasanya terdiri dari tanah
diatomea , yang disusupi dengan lebih dari 7 % V2O5 katalis komersial
mengandung garam kalium (sulfat , pirosulfat dan sebagainya ) disamping
V2O5. Pada suhu operasi pewaris aktif ialah garam lebur yang terdapat
pori – pori pelet silika.
Katalisator yang dapat digunakan untuk reaksi pembentukan belerang
trioksida antara lain Pt, V2O5, Fe2O3, Cr2O3, Mn2O3 dan Mn3O4.katalisator
yang baik adalah Pt dan V2O5, tapi yang paling banyak dipakai adalah
Vanadium Pentoksida, karena :
V2O5 lebih murah harganya
Pt lebih sensitiv terhadap racun
V2O5 daya tahan terhadap suhu tinggi lebih baik
Konversi relatif lebih tinggi`
(Fairlie, Sherve, Kirk Othmer)
b. Belerang (Sulfur)
Belerang merupakan salah satu bahan dasar yang paling
penting dalam industri pengolahan kimia . Bahan ini terdapat di alam dalam
wujud bebas dan dalam keadaan senyawa pada bijih – bijih seperti pirit
( FeS2 ) , Sfalerit ( ZnS ) dan Kalkopirit ( CuFeS2 ) . Bahan ini juga terdapat
di dalam minyak dan gas bumi ( sebagai H2S ). Penggunaannya yang
terbesar adalah dalam pembuatan asam sulfat.
Sifat-sifat kimia sulfur :
1. Dengan udara membentuk sulfur dioksida
Reaksi : S + O2 → SO2
2. Dengan asam klorida dan katalis Fe akan menghasilkan hidrogensulfida.
b. Udara
Fase : gas
Komposisi : 20,9% O2 ; 79,1% N2
Kapasitas panas : 7,035 cal/gmol °C (32°C)
Berat molekul : 28,84 g/gmol
Berat jenis : 1,5.10-3 gr/cc (25°C)
www.nazusyifa.blogspot.com
c. Air Proses (H2O)
Fase : cair
Berat molekul : 18 g/gmol
Berat jenis : 1 gr/cc (25°C)
Kekentalan : 1 cp (25°C)
e. Sulfur dioksida
Sifat-sifat fisika sulfur dioksida ditunjukkan pada tabel berikut ini
Sifat kimia sulfur dioksida :
1. Dengan klorin dan air membentuk asam klorida dan asam lainnya.
Reaksi : Cl2 + 2H2O + SO2↔ 2HCl + H2SO4
2. Dengan hidrogen sulfida membentuk air dan sulfur.
Reaksi : 2H2S + SO2↔ 2H2O + 3S
www.nazusyifa.blogspot.com
f. Sulfur Trioksida
Sifat kimia sulfur trioksida :
1. Dengan air membentuk asam kuat
Reaksi : SO3 + H2O → H2SO4
2. Dengan udara lembab sulfur trioksida membentuk uap putih tebal
dengan bau yang menyengat.
I.3 Spesifikasi Produk
Asam sulfat, H2S O 4, merupakan asam mineral (anorganik) yang kuat.
Zat ini larut dalam air pada semua perbandingan. Asam sulfat mempunyai
banyak kegunaan dan merupakan salah satu produk utama industri kimia.
Produksi dunia asam sulfat pada tahun 2001 adalah 165 juta ton, dengan nilai
perdagangan seharga US$8 juta. Kegunaan utamanya termasuk pemrosesan
bijih mineral, sintesis kimia, pemrosesan air limbah dan pengilangan minyak.
Adapun sifat –sifat kimia dan fisika dari asam sulfat sendiri adalah sebagai
berikut :
Sifat fisika :
www.nazusyifa.blogspot.com
Titik leleh (°C) : 10
Titik didih (°C) : 290
Tekanan uap (mmHg) : 1 (146 °C)
Berat jenis cairan : 1,84 (100 persen)
Berat jenis uap : 3,4 (udara = 1)
Sifat kimia asam sulfat :
1. Dengan basa membentuk garam dan air.
Reaksi : H2SO4 + 2 NaOH Na2SO4 + H2O
2. Dengan alkohol membentuk eter dan air.
Reaksi : 2C2H5OH + H2SO4 C2H5OC2H5 + H2O + H2SO4
I.4 Penggunaan Produk
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.
www.nazusyifa.blogspot.com
Asam sulfat digunakan dalam jumlah yang besar oleh industri besi dan baja
untuk menghilangkan oksidasi, karat, dan kerak air sebelum dijual ke industri
otomobil.
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.
Pengilangan minyak, contohnya sebagai katalis untuk reaksi isobutana
dengan isobutilena yang menghasilkan isooktana.Sintesis kimia
Merupakan katalis asam yang umumnya digunakan untuk mengubah
sikloheksanonoksim menjadi kaprolaktam, yang digunakan untuk membuat
nilon.
Digunakan untuk membuat asam klorida dari garam melalui proses
Mannheim.
Pemrosesan air limbah
Pemrosesan bijih mineral
Industri pupuk, misalnya pembuatan pupuk ZA, pupuk SP 36, dan pupul SP
18
Industri makanan, misalnya pada pembuatan bumbu masak, MSG, Lysine,
digunakan dalam pengolahan kebanyakan buah-buahan kering. dll
BAB II
RANCANGAN PROSES
II. 1. Proses Pembuatan
Synthesis Steps
Step 1. Eliminate differences in molecular types
Beberapa Contoh Proses Pembuatan Asam Sulfat:
a. Proses Kontak
Pembuatan asam Sulfat Menurut Proses Kontak Industri lainnya
yang berdasarkan reaksi kesetimbangan yaitu pembuatan asam
sulfat yang dikenal dengan proses kontak. Secara gari besar tahapan
proses kontak yang terjadi diuraikan sebagai berikut :
1. Pencairan belerang padat di melt tank
2. Pemurnian belerang cair dengan cara filtrasi
3. Pengeringan udara proses
4. Pembakaran belerang cair dengan udara kering untuk menghasilkan
sulfur dioksida (SO2)
5. Reaksi oksidasi lanjutan SO2 menjadi SO3 dalam empat lapis bed
konverter dengan menggunakan katalis V2O5
6. Pendinginan gas
7. Penyerapan SO3 dengan asam sulfat 93%-98,5%
Reaksi yang terjadi dapat diringkas sebagai berikut:
1) Pertama, belerang dibakar menjadi belerang dioksida.
S(s) + O2(g) SO2(g)
2) Belerang dioksida kemudian dioksidasi lbh lanjut jd belerang
trioksida.
2SO2(g) + O2(g) <====> 2SO3(g)....... ∆H= -98 kJ
Reaksi ini berlangsung pd suhu sekitar 500 oC, tekanan 1 atm dgn
katalisator V2O5.
3) Kemudian gas SO2 dilarutkan dalam asam sulfat pekat hingga
menjadi asam sulfat pekat berasap (dsb oleum, H2SO4.SO3 atau
H2S2O7)
SO3(g) + H2SO4(l) H2S2O7(l)
H2S2O7(l) + H2O(l) 2H2SO4(l)
Dari proses kontak ini lalu akan terbentuk asam sulfat pekat dengan
kadar 98%. Tahap penting dalam proses ini adalah reaksi (2).
Reaksi ini merupakan reaksi kesetimbangan dan eksoterm. Sama
seperti pada sintesis amonia, reaksi ini hanya berlangsung baik pada
suhu tinggi. Akan tetapi pada suhu tinggi justru kesetimbangan bergeser
ke kiri.
Pada proses kontak digunakan suhu sekitar 500oC dengan
katalisator V2O5. sebenarnya tekanan besar akan menguntungkan
produksi SO3, tetapi penambahan tekanan ternyata tidak diimbangi
penambahan hasil yang memadai.Oleh karena itu, pada proses kontak
tidak digunakan tekanan besar melainkan tekanan normal, 1 atm.
b. Proses Chamber
Sulfur dioksida dihasilkan dengan membakar unsur belerang atau
pemanggangan bijih piritik dalam udara:
S8 + 8 O2 → 8 SO2
3 FeS2 + 8 O2 → Fe3O4 + 6 SO2
Nitrogen oksida dihasilkan oleh dekomposisi niter yang mengandung
asam sulfat atau hidrolisis asam nitrosylsulfuric:
2 NaNO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + NO + NO2 + O2
2 NOHSO4 + H2O → 2 H2SO4 + NO + NO2
Dalam ruang reaksi, sulfur dioksida dan nitrogen dioksida larut
dalam reaksi liquor . Nitrogen dioksida hidrat untuk menghasilkan
asam nitrit yang kemudian mengoksidasi belerang dioksida menjadi
asam sulfat dan oksida nitrat. Reaksi ini tidak dikategorikan baik
tetapi diketahui bahwa asam nitrosylsulfuric merupakan produk
intermediate.
Reaksi keseluruhan utama adalah:
2 NO2 + H2O → HNO2 + HNO3
SO2 (aq) + HNO3 → NOHSO4
NOHSO4 + HNO2 → H2SO4 + NO2 + NO
SO2 (aq) + 2 HNO2 → H2SO4 + 2 NO
Nitrat oksida keluar dari reaksi liquor dan kemudian reoxidized oleh
oksigen molekuler menjadi nitrogen dioksida. Ini menentukan langkah
dalam proses [3]:
2 NO + O2 → 2 NO2
Nitrogen oksida diserap dan regenerasi dalam proses, dan dengan
demikian berfungsi sebagai katalis untuk reaksi keseluruhan:
2 SO2 + 2 H2O + O2 → 2 H2SO4
c. Proses Wet Sulfuric Acid (WSA)
Proses WSA merupakan salah satu kunci proses desulfurisasi
gas di pasaran saat ini. Sejak Perusahaan Danish catalyst mematenkan
teknologi ini pada akhir 1980. Proses ini telah dikenal sebagai
proses yang efisien dalam recovery sulfur dari bermacam macam
pemrosesan gas dan menghasilkan kualitas asam sulfat yang komersil.
Proses ini juga dapat menghasilka n banyak steam tekanan tinggi.
WSA proses diterapkan pada banyak industry dimana penghilangan
sulfur dibutuhkan.
Proses katalis basah biasanya lebih tepat digunakan untuk
memproses satu atau lebih aliran yang mengandung sulfur seperti :
• Gas H2S dari unit pengolahan gas amin (amine gas treating unit)
• Off-gas from Sour Water Stripper (SWS gas)
• Off-gas from Rectisol
• Spent acid from e.g. Alkylation
• Claus process tail gas
• Heavy residue or petcoke-fired utility boiler off-gas
• Boiler flue gases from various processes SNOX flue gas
desulfurization
• Metallurgical process gas
• Production of sulfuric acid
Reaksi Utama pembentukan Asam Sulfat dengan Wet Sulfuric Acid
adalah:
• Pembakaran: H2S + 1.5 O2 = H2O + SO2 + 518 kJ/mole
• Oksidasi: SO2 + ½O2 = SO3 + 99 kJ/mole (in the presence of a
vanadium (V) oxide catalyst)
• Hidras : SO3 + H2O = H2SO4 (g) + 101 kJ/mole
• Kondensasi: H2SO4 (g) = H2SO4 (l) + 90 kJ/mol
Energi yang diproduksi dari reaksi diatas digunakan untuk produksi
steam. Energi nya mendekati 2-3 ton steam tekanan tinggi/ton asam yang
di produksi.
Perbandingan Proses Pembuatan Asam Sulfat Proses Kontak Proses
Chamber Proses WS:
Kesimpulan:
Proses kontak mempunyai banyak keunggulan di bandingkan dengan
proses Lead Chamber dan WSA. Oleh karena itu di makalah kami, kami
menekankan pada proses kontak.
Step 2. Distribute The Chemicals
Sulphur balance: s1 = 1 x 2 + 10 x 1 = 12 kmol/s
Hydrogen balance: 2 s4 = 1 x 2 + 10 x 2 => s4 = 11 kmol/s
Oxygen balance: 2 s2 + s4 = 1 x 7 + 10 x 4 => s2 = (47 - 11) / 2 = 18 kmol/s
Asam sulfat dan oleum (H2S2O7) dibuat dari sulfur dan oksigen.
Air juga diperlukan dalam proses ini. Asam dan oleum diasumsikan dalam
rasio molar 10:1. Gambaran neraca masa dari proses yang 10 kmol/min
H2SO4 adalah :
Oxidiser: from stoichiometry of first reaction:
s6 (SO3) = s6 (S) = 12 kmol/s
Dissolver: from stoichiometry of second reaction there are equimolar flows
of all three streams:
s7 = s8 = s6 = 12 kmol/s
Oleum take-off balance:
s8 = 1 + s9 => s9 = 11 kol/s
Dillution: from stoichiometry of third reaction:
s10 = 2 s9 = 22 kmol/s
Finally we can check that:
s10 = s5 + s7
22 = 10 + 12 => OK!
Step 3. Eliminate Differences in Composition
Step 4. Eliminate differences in Temperature, Pressure, and Phase
Step 5. Task Integration
II. 2. Tinjauan Termodinamika
Mekanisme reaksi pembentukan asam sulfat:
S(s) + O2 (g) SO2(g) (1) ∆H = -70.94 kCal/mol
SO2 (g) + 0.5O2(g) SO3(g) (2) ∆H = -23.45 kCal/mol
H2O(l) + SO3(g) H2SO4(l) (3) ∆H = -30.9826 kCal/mol
Melalui tahapan reaksi tersebut, dari table termodinamika dapat diperoleh
masing-masing panas pembentukan standarnya (ΔH298) produk. Berikut
perhitungannya:
Reaksi 1
∆H(298) SO2(g) – (∆H(298) S(s) + ∆H(298) O2 (g))
= -70940 – (0+0)
= -70940 cal/mol
Reaksi 2
∆H(298) SO3(g) – (∆H(298) SO2 + (∆H(298) * 0.5) O2(g))
= -94390 - (-70940 + 0)
= -23450 cal/mol
Reaksi 3
∆H(298) H2SO4(l) – (∆H(298) SO3(g) + ∆H(298) H2O(l))
= -193690 - (-94390 - 68317.4)
= -30982.6 cal/mol.
Dari perhitungan diatas didapatkan ∆H(298) bernilai negative secara
termodinamika proses yang terjadi eksotermis. Artinya, kenaikan suhu
(mewakili kondisi operasi) menyebabkan penurunan konversi.
Selanjutnya, reaksi searah atau bolak balik, secara termodinamika dapat
dievaluasi dari (ΔG298). Dari persamaan ΔG298 = - RT ln K. Berikut
perhitungannya:
(ΔG298) H2SO4(l) – ((ΔG298) SO3(g) + (ΔG298) H2O(l))
= -690003 - (-371060 – 237129)
= -81814 J/mol
ΔG298 = - RT ln K
-81814 = - 8.314 * 298 ln k
k = 2.19384 x 1014
Dari perhitungan diatas dapat disimpulkan reaksi berlangsung secara searah
(k > 1). Kemudian dengan menggunakan rumus:
yH 2 SO 4yH 20. ySO 2
= k (smith van ness, 487)
lnk (T )
k (T 0 )=∆ H 298
R.( 1
T− 1
T 0 ) (smith van ness, 476)
Didapatkan data sebagai berikut :
Konversi Suhu (°C)
0.722187
0.4838693
0.3277087
0.2242554
0.1549945
0.1081535
0.0761652
0.0541144
0.0387763
0.0280144
0.0203998
0.0149686
0.0110643
0.0082365
0.0061735
0.0046579
450
460
470
480
490
500
510
520
530
540
550
560
570
580
590
600
Dari data diatas, didapat hubungan konversi vs suhu (tinjauan termodinamika)
420 470 520 570 6200
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Grafik Konversi vs Suhu
Suhu (°C)
Konv
ersi
II. 3. Tinjauan Kinetika
Ditinjau dari kinetika reaksinya, kecepatan reaksi pembentukan asam
sulfat akan semakin besar dengan kenaikan suhu. Hal ini dapat dijelaskan
dengan persamaan arhenius :
K = A e –Ea/RT
Dengan :
k = konstanta kecepatan reaksi
A = factor frekuensi tumbukan
Ea = energy aktivasi
R = konstanta
T = suhu
Dari persamaan di atas, harga A, Ea, R adalah tetap, sehingga harga k
hanya dipengaruhi oleh suhu, dengan kenaikan suhu maka kecepatan reaksi
akan semakin besar, pembentukan H2SO4 juga makin cepat. Kecepatan reaksi
pembentukan H2SO4 tergantung pada konsentrasi reaktan. Hal ini dibuktikan
dengan rumus :
ln X a= -kt (Perry, 2193)
dgn (Ca
Cao) = (1-Xa) (perry, 2193)
Dengan menggunakan rumus diatas, didapatkan data sebagai berikut:
Konversi Suhu
0.6316117
4
0.6316186
8
0.6316254
3
0.6316320
1
0.6316384
1
0.6316446
5
0.6316507
3
0.6316566
5
450
460
470
480
490
500
510
520
530
540
550
560
570
580
0.6316624
3
0.6316680
6
0.6316735
6
0.6316789
3
0.6316841
7
0.6316892
8
0.6316942
8
0.6316991
6
590
600
Dari data diatas didapatkan hubungan konversi vs suhu (tinjauan kinetika)
420 470 520 570 6200.63156000
0.63158000
0.63160000
0.63162000
0.63164000
0.63166000
0.63168000
0.63170000
0.63172000
grafik konversi vs suhu
Suhu (°C)
kon
vers
i
Setelah mendapatkan hubungan antara konversi Vs suhu (tinjauan
termodinamika) dan konversi Vs suhu (tinjauan kinetika), kedua grafik
tersebut dihubungkan, dan didapatkan grafik baru seperti berikut:
420 440 460 480 500 520 540 560 580 6000
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
tinjauan termodinamika
Tinjauan Kinetika
Suhu (°C)
Konv
ersi
Dari grafik di atas dapat disimpulkan bahwa kondisi optimal yaitu sekitar
460oC dengan konversi 63%.
BAB III
PENUTUP
III.1 Kesimpulan
Setelah dibandingkan antara proses kontak dengan proses kamar
timbal, maka untuk perancangan pabrik asam sulfat ini dipilih Proses
Kontak dengan pertimbangan :
a. Konversi yang tinggi dan kualitas produk lebih pekat.
b. Biaya produksi lebih murah.
c. Umur katalis dapat mencapai 10 tahun dalam pemakaian normal.
d. Proses produksi satu kali proses dalam meningkatkan konsentrasi asam.
Pada sintesis proses dapat disimpulkan bahwa proses kontak merupakan
proses yang paling potensial dan banyak digunakan di industry. Berikut
adalah Heuristic yang dipilih dalam proses kontak:
1. Dalam proses kontak, ada spesies yang sulit untuk diseparasi
(absorbsi) maka spesies tersebut dikeluarkan dalam fase uap
2. Dalam proses kontak digunakan T= 5000 oC dan P= 1 atm yang
merupakan kondisi operasi optimal untuk mendapatkan yield yang
tinggi.
3. Dalam flowsheet pembuatan asam sulfat dengan proses kontak
digunakan absorbsi sebagai proses separasi
4. Untuk mengalirkan udara dari filter udara ke menara pengering
digunakan blower turbo. Hal ini menunjukkan tekanan gas berkisar
antara 10,1 kPa -206 kPa.
5. Pada plant asam sulfat terdapat tiga pompa cair, pemilihan pompa,
disarkan pada heuristic 37, tergantung pada flowrate dan ketinggian.
6. Asumsi pressure drop pipa aliran cair adalah 2 Psi per 100 ft, dan
pada control valve paling rendah 10 Psi. Heuristic ini penting untuk
perhitungan yang membutuhkan pressure drop aliran pipa.
Heuristic ini penting untuk memperkirakan Teoritical Horsepower
untuk pompa zat cair.
DAFTAR PUSTAKA
Priyanto, Slamet. 2010. Handout Proses Industri Kimia.Jurusan Teknik Kimia
Universitas Diponegoro. Semarang : 2010
Robert, Perry. Green, Don. Perry’s Chemical Engineers’ Hand Book. Mc Graw
Hill Company. 1999
Smith, J.M, H.C Van Ness. “introduction to Chemical engineering
Thermodynamics”. Mc Graw Hill Company. 2001
www.id.wikipedia.org/wiki/Asam_sulfat
www.nazusyifa.blogspot.com
www.takdir.blog.com/2011/04/pembuatan-asam-sulfat-proses-kontak