PERANCANGAN PROSESAMONIUM SULFAT

Disusun Oleh :Dhea Arini Zaritra1109065030Gendhis Sekar Melati1209065042

UNIVERSITAS MULAWARMANFAKULTAS TEKNIKJURUSAN TEKNIK KIMIASAMARINDA-KALIMANTAN TIMUR2014

BAB 1PENDAHULUAN

Amonium Sulfat [(NH4)2SO4] adalah senyawa kimia yang berwujud padat, berwarna putih, berbentuk kristal (pada T > 513oC), larut dalam air, tidak larut dalam alkohol dan memiliki titik leleh 235-280oC pada tekanan 1 atm. Ammonium Sulfat banyak dimanfaatkan sebagai pupuk nitrogen dan biasa disebut pupuk ZA (Zwuafel Ammonium), terutama pada tanaman industri dan perkebunan diantaranya tebu, tembakau, cengkeh, kopi, lada, kelapa sawit, dan teh. Selain sebagai pupuk, senyawa Amonium Sulfat juga digunakan dalam bidang industri seperti untuk pengolahan air, fermentasi, bahan tahan api dan penyamakan. Pupuk ZA adalah pupuk yang sekaligus mengandung 2 (dua) unsur hara yaitu Nitrogen (N2) dan unsur hara Sulfur (S). Nitrogen pada tanaman diperlukan untuk pembentukan atau pertumbuhan bagian vegetatiftanaman, sepertidaun, batangdanakar. Unsur hara belerang (S) memiliki manfaat yang besar untuk pertumbuhan tanaman. Adapun manfaat dari unsur hara belerang (S) yaitu untuk membantu pembentukan butir hijau sehingga daun lebih hijau, menambah kandungan protein dan vitamin tanaman, berperan dalam sintesis minyak yang berguna pada proses pembuatan gula, dan memacu pertumbuhan anakan produktif. Pupuk ZA mengandung belerang 24% dan nitrogen 21%. Kandungan nitrogennya hanya separuh dari urea, sehingga biasanya pemberiannya dimaksudkan sebagai sumber pemasok hara belerang pada tanah-tanah yang miskin unsur hara ini. Selain sebagai pupuk, senyawa amonium sulfat juga digunakan dalam bidang industri antara lain: 1. Dalam industri penyamakan digunakan untuk proses deliming ataupun menghilangkan zat kapur dari kulit. 2. Dalam industri makanan digunakan dalam bumbu, penyedap rasa, isolasi protein, makanan ringan, selai, jeli, dan minuman non-alkohol.3. Dalam industri tekstil digunakan sebagai aditif pada proses.4. Dalam bidang mikrobiologi digunakan sebagai nutrisi pada kultur bakteri dan mikroorganisme penghasil enzim.

BAB 2PEMBAHASAN

Proses produksi amonium sulfat terdiri dari berbagai proses yaitu, proses netralisasi langsung, proses gypsum (merseburg process) dan proses absobrsi sulfur.1. Proses Netralisasi LangsungProses 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)H = -274 kJ/mol (-65,5 kcal/mol)

2. Proses MerseburgProses 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(NH4)2CO3 + CaSO4.2H2O > (NH4)2SO4 + CaCO3 + 2H2OLarutan 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 SulfurAmonium 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(NH4)2O3 + O >2(NH4)2SO4Reaksi 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.

Spesifikasi sifat fisik dan kimia bahan baku serta produk (amonium sulfat) :Sifat FisikBahan BakuProduk

NH3H2SO4CaSO42H2O(NH4)2CO3CaCO3SO2CO2H2O(NH4)2SO4

Massa Molar (g/mol)17.0398.079136.1496.09100.0964.064418132.14

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

Titik Didih (oC)-33.4337128teruraiTerurai-10-57100-33.35

Densitas (g/cm3)0.8171.84 2.961.502.7112.631.980.981.769

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.

Perhitungan MKK tiap-tiap proses pembuatan Amonium Sulfat (NH4)2SO4a. Proses Netralisasi Langsung2NH3 (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)= $14.243

b. Proses Merseburg2NH3 + CO2 + H2O (NH4)2CO3(NH4)2CO3 + CaSO4.2H2O > (NH4)2SO4 + CaCO3 + 2H2OReaksiKomponen

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)= $ 25.243

c. Proses adsorbsi sulfur2NH3 + 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)= $ 3.063Dari 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. Jika dibandingkan proses merseburg, proses absorbsi sulfur dan proses netralisasi langsung, proses netralisasi jauh lebih efisien dari segi operasinya karena terjadi dalam 1 reaktor/saturator yang berfungsi ganda yaitu sebagai penetral dan pembentukan kristal. Tak hanya itu proses netralisasi langsung juga lebih ekonomis karena prosesnya yang sederhana, bahan baku mudah didapat serta tanpa menggunakan katalis seperti proses absorbsi sulfur.

Perhitungan laju reaksi Asumsi laju pembentukan (NH4)2SO4 = 1000 ton/hari2NH3 (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/hariDapat disimpulkan dari perhitungan ini adalah reaksi orde 1. Dengan begitu pemilihan reaktornya adalah batch reactor.

H2SO4VavorizerNH3Uap NH3Saturator(NH4)2SO4Proses flow sederhana netralisasi langsung

Reaksi yang terjadi di saturator :2NH3 (g) + H2SO4 (aq) > (NH4)2SO4(s)Reaksinya adalah eksotermis (65,5 kcal/gmol). Panas yang timbul ini dikendalikan dengan pendinginan menggunakan air pada reaktor. Temperatur reaktor dijaga pada temperatur 105oC. Berdasarkan stoikhiometri, gas ammonia dan asam sulfat cair masuk ke dalam reaktor kristaliser dengan perbandingan mol 2:1. Gas ammonia dan asam sulfat cair bereaksi secara stoikhiometri membentuk ammonium sulfat dengan konversi reaksi over all sebesar 98%. Pemilihan kondisi operasi pada suhu 105-110oC dan tekanan 1 atm dengan pertimbangan bahwa pada suhu yang terlalu tinggi ammonium sulfat akan terdekomposisi menjadi ammonium bisulfat [(NH4)HSO4]. Hal ini karena, pada suhu yang terlalu tinggi maka asam sulfat (asam kuat) akan membentuk aerosol sehingga bereaksi dengan gas ammonia menjadi ammonium bisulfate [(NH4)HSO4]. Senyawa ammonium bisulfate ini berupa kristal putih yang bersifat korosif dan berbahaya, seperti menyebabkan iritasi pada kulit. Apabila temperatur reaksi jauh lebih dari 100oC dan melebihi temperatur leleh ammonium sulfat (235-280oC)maka akan terbentuknya ammonium bisulfat. Akan tetapi apabila temperatur reaksi terlalu rendah dapat menyebabkan konversi reaksi menjadi kecil (kurang maksimal). Larutan ammonium sulfat harus dijaga dalam keadaan asam dengan menjaga kadar asam sulfat dalam larutan antara 0,2 0,4 %. Hal ini untuk memastikan semua ammonia dapat bereaksi dengan asam sulfat.BAB 3PENUTUP

Amonium Sulfat [(NH4)2SO4] adalah senyawa kimia yang berwujud padat, berwarna putih, berbentuk kristal (pada T > 513oC), larut dalam air, tidak larut dalam alkohol dan memiliki titik leleh 235-280oC pada tekanan 1 atm. Ammonium Sulfat banyak dimanfaatkan sebagai pupuk nitrogen dan biasa disebut pupuk ZA (Zwuafel Ammonium), terutama pada tanaman industri dan perkebunan diantaranya tebu, tembakau, cengkeh, kopi, lada, kelapa sawit, dan teh. Proses produksi amonium sulfat terdiri dari berbagai proses yaitu, proses netralisasi langsung, proses gypsum (merseburg process) dan proses absobrsi sulfur. 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. Dibandingkan dari beberapa proses, proses netralisasi langsung, jauh lebih efisien dari segi operasinya karena terjadi dalam 1 reaktor/saturator yang berfungsi ganda yaitu sebagai penetral dan pembentukan kristal. Tak hanya itu proses netralisasi langsung juga lebih ekonomis karena prosesnya yang sederhana, bahan baku mudah didapat serta tanpa menggunakan katalis seperti proses absorbsi sulfur.