TUGAS TK 3205-PROSES INDUSTRI KIMIA

Nama : Deonardo HermawanNIM : 13011072Dosen Pengajar : Dr. Tirto Prakoso

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG2014Produksi Amonia Dengan Metode Haber-BoschGambar 1 Process Flow Diagram Haber-Bosch

Sejarah Singkat Munculnya Proses Haber-BoschMekanisme pembuatan ammonia pada diagram alur proses di atas pertama kali dikembangkan oleh dua orang ahli kimia asal Jerman, Fritz Haber (1868-1934) dan Karl Bosch (1874-1940), sehingga proses produksi ammonia seringkali disebut sebagai proses Haber-Bosch. Fritz Haber mulai mempelajari reaksi dalam pembuatan amonia dengan menggunakan pemikiran yang diprakarsai oleh Le Chatelier dan ilmuwan lainnya sebelumnya pada tahun 1905. Haber menyelesaikan masalah suhu dalam pembentukan ammonia dan unsur-unsurnya dengan mengembangkan katalis yang dapat meningkatkan laju reaksi sehingga reaksi dapat berlangsung lebih cepat pada suhu yang lebih rendah. Selanjutnya, pada tahun 1913, Haber berhasil mensintesis amonia dengan menggunakan umpan yang terdiri gabungan langsung antara nitrogen dan hidrogen yang dapat bereaksi cukup efektif dengan menggunakan bantuan katalis uranium dan osmium.Selanjutnya, muncul seorang ahli kimia yang melanjutkan penelitian yang telah dilakukan Haber agar proses produksi amonia dapat dilakukan dengan mudah. Ahli kimia yang juga merupakan seorang insinyur tersebut berasal dari Jerman dan dilahirkan di Cologne pada tahun 1974 memiliki nama lengkap Karl Bosch. Bosch telah memberikan kontribusi penting pada industri kimia termasuk proses komersial pengubahan gas hidrogen dan nitrogen menjadi amonia. Pada awal pengembangan industri amonia, Fritz Haber bekerja sama dengan Carl Bosch mendesain suatu pabrik amonia untuk memproduksi amonia dalam skala besar. Carl Bosch menyarankan Fritz Haber agar tidak menggunakan temperatur reaksi yang terlalu rendah. Jika temperatur reaksi terlalu rendah maka reaksi akan berjalan dengan lambat dan tentunya hal ini tidak efisien dalam industri kimia. Bosch juga mengusulkan untuk menggunakan tekanan yang tidak terlalu tinggi. Tekanan yang terlalu tinggi dapat meningkatkan resiko kecelakaan yang dapat menyebabkan ledakan dan meningkatkan biaya konstruksi pabrik. Karena itu Bosch berusaha merancang pabrik yang dapat memproduksi amonia dengan kondisi reaksi pada tekanan 10 sampai 100 Mpa dan suhu 100-500oC. Setelah lima tahun bekerja sama, mereka berhasil membuat desain industri amonia yang kemudian diserahkan kepada perusahaan BASF. Proses Haber-Bosch dianggap sebagai sintesis kimia yang paling penting yang pernah dikembangkan pada abad ke-20, karena secara tidak langsung, kehadirannya menjadi tonggak yang memicu kemunculan industri kimia lainnya. Atas dasar hal tersebut, kedua ilmuwan tersebut mendapatkan penghargaan Nobel atas jasa yang telah mereka lakukan. Haber mendapatkan penghargaan berupa Nobel kimia pada tahun 1918, sedangkan Bosch mendapatkannya pada tahun 1931. Deskripsi Proses Haber-BoschPada tahap primary reformer, gas alam (metana, CH4) direaksikan dengan steam pada suhu sekitar 800oC sehingga membentuk karbonmonoksida (CO) dan hidrogen (H2). Selanjutnya kedua gas tersebut dialirkan menuju reactor berikutnya dan dikontakkan dengan udara yang mengandung komposisi terbesar berupa N2 dan O2. Gas metana yang tersisa dari tahap primary reformer bereaksi dengan O2 pada suhu reaksi sekitar 1000oC pada tahap secondary reformer ini. Karena gas CO dapat menyebabkan deaktivasi katalis pada proses sintesis amonia, maka gas CO harus dikonversi menjadi gas CO2 pada tahap berikutnya dengan bantuan katalis tertentu dan dilangsungkan pada suhu sekitar 500oC. Gas produk yang terbentuk dari reaksi ini yaitu CO2, N2, dan H2 kemudian dikompresi terlebih dahulu sebelum diproses lebih tahap selanjutnya. Kemudian, ketiga gas yang telah terkompresi tersebut masuk ke dalam reaktor dan dikontakkan dengan air. Tujuan dari tahap ini adalah penghilangan gas CO2 yang dapat menyebabkan deaktivasi katalis dengan cara proses scrubbing. Hasil akhir dari proses scrubbing ini, gas CO2 yang telah terpisah dari campuran gas N2 dan H2, akan mengalir keluar bersama air. Selanjutnya campuran gas nitrogen dan hidrogen dengan perbandingan komposisi 1 : 3 tersebut masuk ke dalam heater terlebih dahulu sebelum dimasukkan ke dalam kompresor. Gas campuran nitogen dan hidrogen hasil kompresi selanjutnya menjadi umpan yang dimasukkan ke dalam reactor. Di dalam reactor tersebut terjadi proses sintesis amonia dengan reaktan berupa gas nitrogen dan hidrogen serta dengan bantuan katalis berupa Fe dengan campuran Al2O3, MgO, CaO, dan K2O. Peran katalis tersebut adalah mencepat reaksi sehingga konversi produk yang dihasilkan dapat lebih tinggi Reaksi sintesis amonia ini dilangsungkan dengan kondisi operasi pada temperature 450oC dan tekanan 300 bar. Produk yang terbentuk dari proses ini adalah gas NH3 serta gas H2 dan gas N2 yang tidak bereaksi.Ketiga tersebut selanjutnya dialirkan ke dalam Waste Heat Boiler(WHB) dengan tujuan untuk membantu menghilangkan panas yang cukup tinggi yang dihasilkan pada proses sintesis. Proses penghilangan panas tersebut juga dapat mencegah terjadinya reaksi reversible dimana gas amonia yang telah terbentuk kemudian terdekomposisi kembali menjadi gas H2 dan N2. Pada tahap akhir, gas N2, H2, dan amonia dialirkan ke dalam cooler. Di dalam cooler ketiga gas ini didinginkan sampai suhu tertentu sehingga seluruh gas amonia berubah menjadi cair. Gas N2 dan H2 yang tidak bereaksi tadi dialirkan kembali ke dalam reaktor sintesis agar dapat bereaksi kembali menghasilkan gas amonia, namun sebelumnya kedua gas terlebih dahulu dikompresi. Sementara itu, gas amonia yang telah mencair kemudian disimpan di dalam tangki penyimpanan,

Referensi :1. Petrucci, et al. General Chemistry: Principles & Modern Applications: AIE (Hardcover). Upper Saddle River: Pearson/Prentice Hall, 20072. https://www.youtube.com/watch?v=uMkzxV_y7tY (Industrial implementation of the ammonia synthesis -- How does it work?) diakses pada 20 Februari pukul 21.103. M.Appl, The Haber-Bosch Process and the Development ofChemical Engineering in A Century of Chemical Engineering (ed. W.Furter), Plenum Publishing Corporation, 20-51 (1982)