BAB 1

TEORI

Proses produksi amonium sulfat terdiri dari berbagai proses yaitu, proses netralisasi langsung, proses gypsum (merseburg process) dan proses absobrsi sulfur.

1. Proses Netralisasi Langsung

Proses produksi amonium sulfat dari reaksi amonia dan asam sulfat disebut dengan proses netralisasi langsung. Panas dari reaksi mampu menguapkan seluruh air jika konsentrasi asam sulfat 70% atau lebih. Amonium sulfat dibuat dalam suatu unit netralizer dengan mereaksikan gas amonia dengan asam sulfat dibawah tekanan vakum yaitu sekitar 5558 mmHg dengan suhu 105C dengan reaksi sebagai berikut :

2NH3 (g) + H2SO4 (aq) > (NH4)2SO4(s)(1)H = -274 kJ/mol (-65,5 kcal/mol)

2. Proses Merseburg

Proses produksi amonium sulfat dengan proses Merseburg pertama sekali dilakukan di Inggris pada tahun 1951 dan di India pada tahun 1967. Proses ini merupakan reaksi antara amonium karbonat dengan gypsum. Proses ini masih digunakan di berbagai negara dimana suplay gypsum tersedia dalam jumlah besar seperti Inggris, Prancis, Jerman dan India. Reaksi yang terjadi ad alah sebagai berikut :

2NH3 + CO2 + H2O (NH4)2CO3(2)(NH4)2CO3 + CaSO4.2H2O > (NH4)2SO4 + CaCO3 + 2H2O(3)Larutan amonium karbonat jenuh digunakan dalam proses yang dibuat dengan cara melarutkan karbondioksida dalam larutan amonium hidroksida. Karbondioksida tersedia sebagai hasil samping pembakaran hidrokarbon. Konversi pada reaksi kira-kira 95% sesudah lima jam, jika gypsum bereaksi sempurna dan suhu reaksi dijaga pada 70oC. Campuran reaksi difilter untuk memisahkan kalsium karbonat yang terbentuk dari larutan amonium sulfat.

3. Proses Absorbsi Sulfur

Amonium sulfat dapat dibuat dengan mengabsorbsi gas sulfur pada pelarut organik dan menghasilkan sulfit atau kaya liquor dengan udara untuk memproduksi sulfat. Kemudian ditambahkan amonia untuk menghasilkan amonium sulfat. Setelah itu dipisahkan dari solventnya, di centrifugasi dan dikeringkan kemudian di bagging. Solvent yang digunakan biasanya adalah xylidine atau monomethyanilin. Banyak cara diperkenalkan selama beberapa tahun untuk proses pembuangan gas sulfur ke udara untuk dimanfaatkan dalam pembuatan amonium sulfat. Proses ini akan menjadi lebih ekonomis di masa depan karena akanmembantu mengurangi tingkat emisi polusi. Pada proses ini ditemukan teknik pengurangan kadar sulfur dengan biaya yang rendah untuk unit yang kecil. Proses ini meliputi reaksi larutan amonia dengan sulfur dioxide dalam reaktor kristalizer untuk membentuk kristal amonium sulfit. Gas yang tidak bereaksi dibuang keudara. Tahapan reaksinya adalah sebagai berikut :

2NH3 + SO2 + HO > (NH4)2SO3(4)(NH4)2O3 + O >2(NH4)2SO4(5)Reaksi yang terjadi berada pada tekanan 0,15 atm dan suhu 2004500Cmenggunakan katalis V2O5. Amonium Sulfit kristal dicentrifuge dari kristaliserdan dioksidasi menjadi amonium sulfat dalam rotary dryer.

BAB II

PERHITUNGAN MKK DAN PERTIMBANGAN PROSES

Perhitungan MKK tiap-tiap proses pembuatan Amonium Sulfat (NH4)2SO4a. Proses Netralisasi Langsung

2NH3 (g) + H2SO4 (aq) > (NH4)2SO4(s)

ReaksiKomponen

NH3H2SO4(NH4)2SO4

-2-11

KomponenBM$/Kg$/Kmol

NH3170.01050.1785

H2SO4980.2219.6

(NH4)2SO41320.2634.2

MKK = Produk Reaktan

= $(34.2) $((2 x 0.1785) + 19.6)

= $14.243b. Proses Merseburg

2NH3 + CO2 + H2O (NH4)2CO3(NH4)2CO3 + CaSO4.2H2O > (NH4)2SO4 + CaCO3 + 2H2O

ReaksiKomponen

NH3CO2H2O(NH4)2CO3CaSO4.2H2O(NH4)2SO4CaCO3

1-2-1-11

2+2-1-111

Total-2-110-111

Reaksi Total :

2NH3 + CO2 +CaSO4.2H2O > (NH4)2SO4 + CaCO3 + H2O

KomponenBM$/Kg$/Kmol

NH3170.01050.1785

CaSO4.2H2O1560.115.6

(NH4)2SO41320.2634.2

CaCO31000.077

MKK= Produk Reaktan

= $(34.2 + 7) $((2 x 0.1785) + 15.6)

= $ 25.243c. Proses adsorbsi sulfur

2NH3 + SO2 + OH > (NH4)2SO3(NH4)2SO3 + O >(NH4)2SO4ReaksiKomponen

NH3SO2OH(NH4)2SO3(NH4)2SO4O

1-2-1-11

2-11-

Total-2-1-101-

Reaksi Total :

2NH3 + SO2 +OH + O > (NH4)2SO4

KomponenBM$/Kg$/Kmol

NH3170.01050.1785

SO2640.29518.88

OH170.711.9

(NH4)2SO41320.2634.2

MKK= Produk Reaktan

= $ 34.2 $((2 x 0.1785) + 18.8 + 11.9)

= $ 3.063

Dari ketiga proses ini dapat kita simpulkan bahwa untuk proses merseburg adalah proses yang analisa Margin Keuntungan Kotor (MKK) yang paling tertinggi dari proses lainnya yaitu sebesar $25.243.Pertimbangan memilih proses netralisasi langsung adalah:

Lebih efisien dari segi operasinya karena terjadi dalam 1 reaktor/saturator yang berfungsi ganda yaitu sebagai penetral dan pembentukan kristal.

Lebih ekonomis karena prosesnya yang sederhana

Bahan baku mudah didapat serta

Tanpa menggunakan katalis seperti proses absorbsi sulfur. BAB III

PEMILIHAN LOKASI DAN PERTIMBANGAN

Ada beberapa kriteria yang harus dipertimbangkan dalam menentukan lokasi pabrik agar pabrik yang kita rancang dapat mendatangkan keuntungan yang besar, antara lain : penyediaan bahan baku, pemasaran produk, fasilitas transportasi dan tenaga kerja.

Alasan pemilihan lokasi untuk pendirian pupuk yang sesuai adalah :1. Penyediaan bahan baku

Lokasi pabrik di Pulogadung ini sangat tepat mengingat sumber bahan baku ammonia dipenuhi oleh Pt.Pupuk Kujang sedangkan asam sulfat sebagai reaktan yang digunakan dalam proses netralisasi diperoleh dari PT. Sud Chemie Indonesia.

2. Pemasaran

ZA merupakan pupuk anorganik yang banyak digunakan dalam sektor pertanian maupun perkebunan. Dengan didirikannya pabrik didaerah pulogadung maka diharapkan dapat memenuhi kebutuhan pupuk di daerah sekitar Jawa Barat dimana masih banyak daerah perkebunan dan pertanian

3. Transportasi

Dekatnya Pulogadung dengan jalan tol yang menghubungkan dengan Jakarta dan Pelabuhan Tanjung Priok, diharapkan pemasokan bahan baku dan pemasaran hasil produksi baik untuk dalam negeri maupun luar negeri tidak mengalami kesulitan.

4. Penyediaan Bahan bakar dan energy

Daerah Pulogadung merupakan daerah kawasan industry sehingga penyediaan bahan bakar dan energy dapat dipenuhi. Sedangkan tenaga listrik dapat disediakan PLN dan oleh pabrik sendiri untuk keadaan darurat5. Penyediaan air

Air dibutuhkan dalam jumlah besar dalam industry. Air digunakan dalam proses untuk pendingin, pembangkit steam, hidrasi, dan sanitasi. Penyediaan air dipenuhi dengan pendirian unit pengolah air dimana airnya mengambil dari perusahaan penyedia air di kawasan industry Pulogadung dan dari sumber bor

6. Penyediaan Tenaga Kerja

Tenaga kerja yang digunakan dalam industry mengambil dari daerah sekittar yang meliputi tenaga kerja tingkat bawah menengah dan atas. Dengan didirikannya pabrik ini maka akan mengurangi tingkat pengangguran baik dari penduduk sekitar ataupun penduduk urban.

BAB IVPENENTUAN REAKTOR DAN PERHITUNGAN REAKTOR

Perhitungan laju reaksi

Asumsi laju pembentukan (NH4)2SO4 = 1000 ton/hari

2NH3 (g) + H2SO4 (aq) > (NH4)2SO4(s)

NH3 = (1000 ton/hari) x ( 2 mol NH3 / 1 mol (NH4)2SO4)

= 2000 ton/hari

H2SO4= (1000 ton/hari) x ( 2 mol H2SO4 / 1 mol (NH4)2SO4)

= 1000 ton/hari

2A + B C

-rA= k.CA2.CB

Dari data diatas didapatkan bahwa pada reaksi tersebut memiliki orde 2. Dengan begitu pemilihan reaktornya adalah batch reactor.

Secara umum derajat kelangsungan reaksi ditentukan oleh konstanta kecepatan reaksi ( k ), orde reaksi dan konsentrasi reaktan. Persamaan kecepatan reaksi pembentukan ammonium sulfat adalah sebagai berikut :

kc = e (-1878/RT )

pada

T= 378 K

Kc= Konstanta kecepatan reaksi

Kb= Konstanta Boltzman = 2,04666 kal/mol

h= konstanta planck = 9,8204391 x 10-11 kal.s/gmol

K= Probabilitas reaksi, asumsi = 1

G= Energi bebas Gibbs = -42750 kal/gmol

k = 3,126 x 1010 m3/kg mol detik

untuk reaksi yang bersifat eksotermis, maka kenaikan suhu akan menaikkan kecepatan reaksi dari segi termodinamik. Temperatur tertinggi yang dipilih mempertimbangkan pembentukan produk kristal yang terjadi.BAB VPEMISAHAN DAN DAUR ULANG

5.1 PemisahanProses pemisahan terjadi ketika produk keluar dari reaktor/saturator. Produk yang keluar yaitu ammonium sulfat berupa padatan dan mother liquor (H2SO4, (NH4)2SO4, dan H20) berupa cairan. Sedangkan produk yang diinginkan adalah ammonium sulfat berupa padatan, maka dari itu perlu dilakukan proses pemisahan. Proses pemisahan berupa padatan dan cairan ada beberapa metode : Pengendapan dan sedimentasi.

Pengapungan atau floatasi.

Pemisahan sentrifugasi.

Filtrasi atau penyaringan.

Jika pemisahan dengan gaya gravitasi lambat/sangat lambat karena densitas partikel padat dengan fluidanya terlalu dekat, karena ukuran partikel kecil atau terbentuk emulsi maka digunakan pemisahan sentrifugasi. Pemisahan sentrifugal menggunakan prinsip dimana objek diputar secara horizontal pada jarak tertentu. Apabila objek berotasi di dalam tabung atau silinder yang berisi campuran cairan dan partikel, maka campuran tersebut dapat bergerak menuju pusat rotasi, namun hal tersebut tidak terjadi karena adanya gaya yang berlawanan yang menuju kearah dinding luar silinder atau tabung, gaya tersebut adalah gaya sentrifugasi. Gaya inilah yang menyebabkan partikel-partikel menuju dinding tanbung dan terakumulasi membentuk endapan. Dan endapan inilah ammonium sulfat, produk akhir yang akan diambil.

5.2 Daur Ulang

Dari proses pemisahan tersebut masih ada reaktan berlebih yaitu mother liquor. Mother liquor tersebut dipisahkan dan dialirkan menuju tempat penyimpanannya yaitu mother liquor tank. Setelah disimpan mother liquor akan dialirkan kembali ke saturator untuk melakukan proses reaksi selanjutnya. Dari proses daur ulang ini diharapkan tidak ada reaktan berlebih yang terbuang dan bisa dimanfaatkan kembali untuk membentuk produk akhir yaitu ammonium sulfat. BAB VI

JARINGAN PENUKAR PANAS DAN UTILITAS6.1 Jaringan Penukar Panas

Dalam pabrik ini ini tidak ada penurunan atau kenaikan suhu yang signifikan. Jadi, tidak diperlukan jaringan penukar panas. Tapi pada proses aliran 3 menuju aliran 4 terjadi kenaikan suhu dari 1-100 0C sehingga cukup dihitung daya yang diperlukan. Jadi daya yang diperlukan adalah :

6.2Utilitas

1. Saturator Fungsi : Untuk mereaksikan ammonia vapor dan asam sulfat cair (kadar 98%) menjadi ammonium sulfat (ZA) dan tempat pembentuk kristal ammonium sulfat Temperatur : 105 106 oC Tekanan : Atmosfer

2. Centrifuge

Fungsi : Untuk memisahkan kristal ammonium sulfat dari mother liquor Type : Horizontal centrifuge Material handl. : ZA slurry Temperatur inlet/outlet C(C / 100 (: 105

3. Rotary Dryer Fungsi : Untuk mengeringkan kristal ammonium sulfat Type : horizontal cocurrent rotary dryer Jumlah : 1 buah Temperatur inlet/outlet : 90 oC / 70 oC4. Vaporizer Fungsi : Untuk mengubah fase ammonia dari cair menjadi uap Type/bentuk : Drum shell dan coil steam heater Material handl. : NH3 Temperatur C(: 1 Tekanan : 3,4 kg/cm25. Mother Liquor Tank

Fungsi : Untuk menampung mother liquor dari centrifuge

Type : Vertikal drum tank Jumlah : 1 buah Material handl. : Mother liquor Temperatur : 90oC 100 oC Tekanan : atmosfer6. Wet Cyclone Fungsi : Untuk memisahkan debu yang terikut dalam udara untuk bisa dibuang. Type : Single cylone Temperatur : 50 C Jumlah : 1 buahBAB VIIMINIMALISASI PENGOLAHAN LIMBAH

Dalam pabrik pembuatan pupuk ZA selama proses produksinya menghasilkan beberapa limbah , antara lain :

1. Limbah Gas

Limbah gas adalah suatu limbah yang berasal dari debu-debu hasil produksi yang ikut keluar bersama udara luar. Debu ini diolah terlebih dahulu sebelum dibuang ke udara. Proses pengolahan limbah debu melalui proses wet Cyclone dimana debu tersebut dibasahi dengan air kemudian dimasukkan ke dalam tangki penampungan dan kemudian dapat dibuang.

2. Limbah Cair

Limbah cair ini diperoleh dari proses flushing peralatan yang dilakukan secara berkala dan juga berasal dari oli. Oli ini didapat dari hasil oli separator. Proses pengolahan limbah cair ini yaitu melalui proses netralisasi dimana limbah cair tersebuit ditambahkan dengan Ca(OH)2 kemudian dimasukan ke dalam kolam aerasi. Kolam aerasi ini terdapat bakteri yang dapat menyerap racun atau zat yang berbahaya sebelum dibuang. Setelah melalui kolam aerasi, maka limbah cair tersebut akan mengendap dan tidak berbahaya lagi bagi lingkungan.

LAMPIRAN ASpesifikasi sifat fisik dan kimia bahan baku serta produk (amonium sulfat) :

Sifat FisikBahan BakuProduk

NH3H2SO4CaSO42H2O(NH4)2CO3CaCO3SO2CO2H2O(NH4)2SO4

Massa Molar (g/mol)17.0398.08136.1496.09100.0964.064418132.14

Titik lebur (oC)-77.710163-58825-72-780235-280

Titik Didih (oC)-33.4290128TeruraiTerurai-10-57100-33.35

Densitas (g/cm3)0.8171.84 2.321.502.7112.631.980.981.769

Bahan BakuSifat Kimia

NH3 Amonia sangat dibutuhkan dalam system netralisasi, terutama dalam produksi pupuk seperti amonium sulfat, amonium nitrat dan amonium posfat.

Larut dalam air membentuk basa NH4OH

Bersifat menyerap air (higroskopis)

Bereaksi substitusi dengan asam anorganik dan organik.

H2SO4 Kelarutan tak terhingga pada air dingin dan air panas

Terdekomposisi dalam etil alkohol 95%

Bersifat korosif

Cairan tidak berwarna pada suhu kamar .

CaSO4.2H2O Gypsum sintetik harus dihindarkan dari senyawa asam, diazometana, posfor, logam aluminium dan agen pengoksidasi kuat.

Gypsum sintetik dan air menghasilkan sedikit panas.

(NH4)2CO3 Garam ini mudah larut dalam air

mudah terhidrolisis menjadi amoniak dan asam karbonat.

Di udara basah, hablur amonium karbonat akan terus terurai dan meninggalkan NH4HCO3 padat.

CaCO3 Kalsium karbonat bila dipanaskan akan pecah dan menjadi serbuk remah yang lunak yang dinamakan calsium oksida (CaO).

Tidak mudah terbakar diudara,

SO2 Tidak mudah terbakar diudara.

Gas ini sangat mudah larut dalam air,

CO2 Karbon dioksida tidak reaktif pada suhu kamar

Karbon dioksida dan air membentuk asam karbonat

Karbon dioksida membentuk karbon monoksida pada suhu 1700oC

Larut dalam air membentuk asam lemah H2CO3, HCO3-

Bereaksi dengan air membentuk metana, gas hidrogen, karbon monoksida pada suhu dan tekanan tinggi dengan bantuan katalis

Bereaksi dengan basa membentuk karbonat

H2O Bereaksi dengan karbon menghasilkan metana, hidrogen, karbon dioksida, monoksida membentuk gas sintetik (dalam proses gasifikasi batubara)

Bereaksi dengan kalsium, magnesium, natrium dan logam-logam reaktif lain membebaskan H2

Air bersifat amfoter

Bereaksi dengan kalium oksida, sulfur oksida membentuk basa kalium dan asam sulfat.

Dengan anhidrid asam karboksilat membentuk asam karboksilat.

Produk(NH4)2SO4 Pada sistem terbuka mulai terdekomposisi pada suhu 100oC menghasilkan NH3 dan amonium bisulfat (NH4HSO4).

Diatas 300oC terdekomposisi membentuk SO2, SO3, H2O, N2.

Tinjauan Thermodinamika

Untuk menentukan sifat reaksi apakah berjalan secara eksotermis atau endotermis, maka perlu pembuktian dengan menggunakan panas pembentukan standar ( (Hof ) pada tekanan 1 atm dari reaktan dan produk.2NH3 (g) + H2SO4 (aq) > (NH4)2SO4(s)

HR= Hf produk - Hf reaktan

= Hf (NH4)2SO4 ( (2 xHf NH3) + (Hf H2SO4)

= - 281, 74 ((2 x 10,96) + (-193,69)

= - 66.13 kcal/mol ( Eksotermis) LAMPIRAN B

Keterangan diagram alir :

1. NH3(l) masuk vaporizer.2. Steam masuk.3. NH3(g) (10C) keluar vaporizer.4. NH3(g) (1000C) masuk saturator.5. H2SO4 masuk saturator.6. Produk masuk centrifuge (yang masih terkandung H2SO4, (NH4)2SO4, H20).7. Produk masuk rotary dryer.8. Produk (NH4)2SO4.9. Mother liquor masuk tank.10. Mother liquor masuk ke saturator.

Perhitungan Neraca Massa

Saturator

Kapasitas produksi (NH4)2SO4= 1000 ton

= 1.000.000 kg

= (1.000.000/132) kmol

= 7575, 75 kmol

Nout (NH4)2SO4 = Nin + . r

7575,75 kmol = 0 + 1r

r = 7575.75 kmol

Konversi = 98 % ( H2SO4

r =

7575,75 kmol =

Nin H2SO4 = 7730 kmol

Nin NH3 = 15460 kmol Vaporizer

N1 = 1000 mol/jam

DAFTAR PUSTAKA1. http://www.merckmillipore.com/indonesia/amonium-sulfat/MDA_CHEM-101217/p_MYib.s1L_mMAAAEWs.EfVhTl

2. http://teknikkimiausu.blogspot.com/2009/04/ammoniumsulfat.html3. http://digilib.its.ac.id/public/ITS-NonDegree-16874-2308030047-Presentation.pdf4. http://www.artikelkimia.info/pembuatan-ammoniums-sulfat-493915030920115. Kartika, tanti.2011.Proses Produksi dan Analisia Pupuk ZA I dan III. PT. Petrokimia Gresik. Univ. Airlangga : Surabaya.

6. Reza dan shandyka Arifin. 2007. Perencanaan produksi menggunakan metode material requirement planning (MPR) berbsasi amonium sulfat (ZA I/III) .PT. Petrokimia gresik : ITS.

7. Diah Ayu. 2004. Analisis Amoniak, Urea Dan ZA I/III Di Laboratorium Produksi Pabrik I PT. Petrokimi Gresik : Universitas Diponogoro Semarang.

8. Perry, R.H., and Green, D.W., 1984, Perrys Chemical Engineers Hand Book, 6th. ed. Mc. Graw Hill Co., International Student edition, Kogakusha, Tokyo.6