Lecture Outline - Sulfuric Acid- Sifat Sifat dan Sumber Bahan Sulfur- Pengambilan Sulfur dari Raw Material- Pembuatan H2SO4

Pengertian SulfurBelerang atau sulfur adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang S dan nomor atom 16. Bentuknya adalah non-logam yang tak berasa, tak berbau dan multivalent. Belerang, dalam bentuk aslinya, adalah sebuah zat padat kristalin kuning. Di alam, belerang dapat ditemukan sebagai unsur murni atau sebagai mineral- mineral sulfide dan sulfate. Penggunaan komersilnya terutama dalam fertilizer namun juga dalam bubuk mesiu, korek api, insektisida dan fungisida

Kelimpahan Sulfur di alamDalam keadaan bebas, umumnya belerang terdapat di daerah gunung berapi. Belerang ditemukan dalam bentuk mineral sulfida,seperti besi sulfida (FeS2), gips (CaSO4 2H2O), dan seng sulfida (ZnS). Selain itu , belerang juga terkandung dalam gas alam, seperti H2S dan SO2.

Sifat FisisBelerang berwarna kuning pucat, padatan yang rapuh, yang tidak larut dalam air tapi mudah larut dalam CS2 (karbon disulfida). Apabila terbakar, mengeluarkan nyala berwarna biru. Sulfur adalah terkenal dengan baunya yang tidak menyenangkan yang menyerupai bau telur-telur busuk. Bau tersebut adalah sebenarnya ciri bagi hidrogen sulfida (H2S); sulfur keunsuran adalah tidak berbau. Ia terbakar dengan nyalaan biru dan mengeluarkan sulfur dioksida, yang dikenali kerana bau peliknya yang menyesakkan.

Sifat KimiaEnergi Ionisasi (kj/mol)= 1000Titik Cair, C= 113Titik Didih, C= 445Keelektronegatifan= 2,5

Manfaat asam sulfat

Pengambilan Sulfur dari Raw MaterialPROSES FRASCHCara frasch adalah mengambil belerang dari deposit belerang di bawah tanah, pompa frasch dirancang oleh Herman Frasch dari Amerika Serikat tahun 1904.Proses frasch berlangsung dengan terlebih dahulu dilakukan pengeboran terhadap sumber sulfur yang sudah teridentifikasi dan dalam bor yang digunakan disisipkan tiga buah pipa khusus dengan ukuran yang berbeda-beda terdiri dari pipa besar, sedang, dan kecil.

PROSES FRASCHKeterangan :Pada pipa paling besar (biasanya berdiameter = 20 cm) dialirkan air yang super panas berupa campuran air dan uap air dengan tekanan 16 atm dan suhu sekitar 160 0C yang akan mencairkan cadangan belerang.Pada pipa kecil (biasanya berdiameter = 2.5 cm) dipompakan udara panas bertekanan tinggi sekitar 20-25 atm Pada pipa sedang (biasanya berdiameter = 10 cm) akan dikeluarkan belerang cair akibat dari aliran yang terjadi pada pipa besar dan kecil menuju ke permukaan tanah.Setelah dipisahkan dari udara, belerang dibiarkan memadat.Kemurnian S padatan (98,5 99.5 %).

Pengambilan Sulfur dari Raw MaterialPROSES CLAUS

Pengambilan Sulfur dari flue gas yang berasal pembakaran batu bara atau penyilangan minyak bumi, yang tidak boleh dibuang ke udara karena dapat menimbulkan pencemaran.

Hidrogen sulfide treatment by Claus process Concentrated gas (> 50..60 vol % H2S) is partially oxidized to sulfur and water 2/3 part of the H2S concentrated gas is oxidized and combined with the rest After cooling the gas mixture is feed into the Claus reactor at 200-350 0C(catalist: aluminum oxide) to increase the conversion. 1000-1400 0C after cooling the sulfur can be separated

2 H2S + O2 = S + 2 H2O

2 H2S + 2 O2 = SO2 + 2 H2O2 H2S + SO2 = 2 S + 2 H2O

ManufacturePEMBUATAN H2SO4

Bahan Baku dan Alat

Proses Kamar Timbal (Lead Chamber)Proses ini sudah jarang digunakan.Asam sulfat yang dihasilkan mempunyai konsentrasi yang rendah, sehingga diperlukan tambahan proses pemekatan.Pada proses ini gas SO2, O2, H2O bereaksi menjadi asam sulfat dengan bantuan katalisator gas oksida nitrogen

Proses Kamar Timbal (Lead Chamber)

Proses Kamar Timbal (Lead Chamber)MENARA GLOVERPada umumnya berpenampang persegi panjang (10 x 17 ft) dengan Tinggi 25 50 ft; Tebal dinding 18 in.Bahan terbuat dari bata tahan asam.Menara diberi bahan isian untuk memperluas kontak antar zat yang bereaksi.Fungsi Menara Glover:a. Mengurai Nitrous Vitriol (NV)2HO.SO2.ONO + H2O 2H2SO4 + NO + NO2b. Mendinginkan gas hasil pembakaran:Gas hasil pembakaran akan diturunkan suhunya menjadi 70 110 C sebelum masuk kamar Timbal.c. Memproduksi Asam sulfat: Pada bagian menara atas dimana gas menjadi dingin dan adanya pengenceran NV terjadi reaksi:2HO.SO2.ONO + SO2 + H2O 2H2SO4.NO + H2SO4Kadar Asam sulfat yang dihasilkan 12 15 %.

Proses Kamar Timbal (Lead Chamber)KAMAR TIMBALBerupa kotak yang terbuat dari Pb dengan ukuran bervariasi dengan panjang 50 150 ft, lebar 20 40 ft dan tinggi 20 30 ft.Gas yang boleh masuk ke kamar Pb bersuhu 90 C.

Proses Kamar Timbal (Lead Chamber)KAMAR TIMBALFungsi:a. Tempat terjadinya reaksi:2NO + O2 2NO2SO + H2O H2SO3 H2SO3 + NO2 H2SO3 . NO2( Di sebut asam nitrosulfat/asam ungu)2(H2SO3NO2) + O2 H2O + HSO3.NO2 HSO3.NO2 + SO2 +H2O 2( HSO3.NO2 ) +H2SO3H2SO3.NO2 H2SO4 + NO32(H2SO3.NO2) + H2O 2H2SO4 + NO + NO2HSO3.NO2 + HNO3 2NHO2 + H2SO4Reaksi overallSO2 + SO + H2O H2SO4 ( H = -54.500 cal)

Proses Kamar Timbal (Lead Chamber)KAMAR TIMBALFungsi:b. Mengusir kalor yang timbul dari reaksic. Sebagai Tempat pengembunan kabut asam yang timbul.Sehingga ukuran ruangnya harus besar, luas perpindahan Q besar, dinding tahan asam dan konduktor yang baik. Bahan yang mempunyai kriteria: logam yang tipis dan tahan asam sulfat encer: Pb.PbO akan bereaksi dengan H2SO4 membentuk PbSO4 yang melindungi dinding Pb dari asam.

Proses Kamar Timbal (Lead Chamber)MENARA GAY-LUSACSupaya gas inert dan gas lain tidak menumpuk di kamar Pb maka gas harus dibuang dan diperlukan suatu menara untuk mengambil oksid Nitrogen agar tidak mencemari lingkungan.Fungsi:Mengikat oksid Nitrogen yang keluar dari kamar Pb.H2SO4 + NO + NO2 2HO.SO2.ONO + H2OGas yang masuk harus dianalisis untuk memastikan selalu tersedia SO2 (0,05 0,12%) untuk mengikat NO2 yang berlebihan Efisiensi penyerapan gas NO dan NO2 oleh asam sulfat hanya sekitar 85 % sehingga masih ada yang keluar.Diperlukan tambahan absorber Na2CO3

Proses kontak dikembangkan Philip (1831) di Inggris. Suhu reaksi proses ini: 420 450 C.Pada proses ini pembentukan H2SO4 terjadi di alat yang terpisah dari oksidasi SO2 menjadi SO3.Oksidasi SO2 menjadi SO3 terjadi di dalam konverter/reaktordengan bantuan katalis Pt, V2O5.Katalis Vanadium: konversi lebih tinggi, umur pakai lebih panjang, lebih tahan terhadap racun, bisa untuk konsentrasi SO2 yang lebih rendah (7 8 %), capital cost lebih tinggi.Katalis Pt: konversi lebih rendah, umur pakai pendek, mudah teracuni, Untuk konsentrasi SO2 yang lebih tinggi (8 10 %), Capital Cost lebih rendah.

Proses Kontak

Dalam Proses Kontak ini sulfur dioksida (SO2) dioksidasi menjadi SO3 dan kemudian SO3), direaksikan dengan air.Sulfur dioksida didapat dari :Pembakaran sulfur S(s) + O2 SO2 (g) Peleburan (pemanasan) besi (II) sulfida 4FeS(s) + 7O2 2Fe2O3 (s) + 4SO2 Pembakaran Hidrogen sulfide2H2S(g) + 3 O2 (g) SO(g) + 2H2O (g) Sulfur dioksida dioksidasi menjadi sulfur trioksida dengan bantuan katalis: 2SO2 + O2 2SO3 (g).SO3 dilarutkan dalam H2SO4 pekat (98-99%), reaksi SO3 dengan 29% air menjadi H2SO4.SO3 (g) + H2SO4(l) H2S2O7 (l)H2S2O7(l) + H2O 2H2SO4 (l)

Secara garis besar tahapan proses kontak yang terjadi diuraikan sebagai berikut Pencairan belerang padat di melt tank (tangki pelelehan)Pemurnian belerang cair dengan cara filtrasiProses pengeringan udaraPembakaran belerang cair dengan udara kering untuk menghasilkan sulfur dioksida (SO2)Reaksi oksidasi lanjutan SO2 menjadi SO3 dalam empat lapis bed konverter dengan menggunakan katalis V2O5.Pendinginan gasPenyerapan SO3 dengan asam sulfat 93%-98,5%

Dari proses kontak ini lalu akan terbentuk asam sulfat pekat dengan kadar 98%

Gambar Proses Kontak

Gambar Proses Kontak

Perbandingan Proses Kontak dan Proses Kamar Timbal

World Production of Sulfuric Acid

Chart5

28.2

21.6

11.5

10.6

9.9

7

3.9

2.6

2.4

2.3

Share (percent)

Sheet1

AnnualCapacityProduction

1985204,115147,892

1986205,390147,027

1987213,200155,433

1988216,000166,287

1989213,011160,984

1990208,167158,845

1991206,073151,388

1992202,434144,987

1993198,180133,716

1994201,415140,455

1995206,130150,962

1996208,265152,463

1997209,052157,585

1998213,763162,393

1999219,729163,696

2000210,654166,590

2001221,876164,834

2006232,864176,069

Sheet1

00

00

00

00

00

00

00

00

00

00

00

00

00

00

00

00

00

00

AnnualCapacity

Production

Years

World Supply / Demand for Sulfuric Acid (thousands of metric tons, 100% H2SO4)

Sheet2

Asia28.2

U.S.21.6

Africa11.5

Europe10.6

F-USSR9.9

Latin America7.0

Japan3.9

Others2.6

Mexico2.4

Canada2.3

Sheet2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Share (percent)

Sheet3

PercentH2SO4Uses

35.67Storage batteries, electric utilities

62.18Normal superphosphate and other fertilizers

69.65

77.67Normal superphosphate and other fertilizers,isopropyl and sec-butyl alcohols

80.00Copper leaching

93.19Phosphoric acid, tianium dioxide, steel pickling,regenerating ion exchange resins of utilities

98-99Chlorine drying, alkylation, boric acid

104.50Surfactants, nitrations, hydrofluoric acid

106.75

109.00Explosives

111.25Reagent manufacture, organic sulfonations,blending with weaker acids

113.50

114.63

World Supply / Demand for Sulfuric Acid(thousands of metric tons, 100% H2SO4)

Chart7

204115147892

205390147027

213200155433

216000166287

213011160984

208167158845

206073151388

202434144987

198180133716

201415140455

206130150962

208265152463

209052157585

213763162393

219729163696

210654166590

221876164834

232864176069

Annual Capacity

Production

Sheet1

Annual CapacityProduction

1985204,115147,892

1986205,390147,027

1987213,200155,433

1988216,000166,287

1989213,011160,984

1990208,167158,845

1991206,073151,388

1992202,434144,987

1993198,180133,716

1994201,415140,455

1995206,130150,962

1996208,265152,463

1997209,052157,585

1998213,763162,393

1999219,729163,696

2000210,654166,590

2001221,876164,834

2006232,864176,069

Sheet1

Annual Capacity

Production

Sheet2

Asia28.2

U.S.21.6

Africa11.5

Europe10.6

F-USSR9.9

Latin America7.0

Japan3.9

Others2.6

Mexico2.4

Canada2.3

Sheet2

Share (percent)

Sheet3

Uses

35.67Storage batteries, electric utilities

62.18Normal superphosphate and other fertilizers

69.65

77.67Normal superphosphate and other fertilizers,isopropyl and sec-butyl alcohols

80.00Copper leaching

93.19Phosphoric acid, tianium dioxide, steel pickling,regenerating ion exchange resins of utilities

98-99Chlorine drying, alkylation, boric acid

104.50Surfactants, nitrations, hydrofluoric acid

106.75

109.00Explosives

111.25Reagent manufacture, organic sulfonations,blending with weaker acids

113.50

114.63

Markets for Sulfuric AcidThe fertilizer market is the largest U.S. single use for sulfuric acid and consumes 50-65 percent of all produced.Second is the organic chemical industry. Production of plastics and synthetic fibers are examples.Production of TiO2 consumes large quantities of sulfuric acid. TiO2 is a white pigment used in paints and plastics.In the metal industry, sulfuric acid is used for pickling ferrous and non-ferrous materials and in the recovery of copper, nickel, and zinc from low-grade ores.Finally, the petroleum industry uses acid as a catalyst for various reactions.

Acid StrengthsAssociated End Uses

*