pik kloralkali

Click here to load reader

Post on 30-Nov-2015

42 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Diagram industri khlor-alkali

  • Soda kostik dan khlorsoda kostik ( NaOH) dan khlor (Cl2) adalah produk dari proses elektrolisa larutan logam alkali atau dari lelehan khlorida.Reaksi dan perubahan energiE = tegangan dekomposisi teoritisH = perubahan entalpi reaksiJ = ekivalen elektrik untuk panasT = suhu absolutF = konstanta Faradayn= bilangan ekivalen yg terlibat.

  • Pemurnian air garam (brine)Di R2 , penambahan NaOH dan Na2CO3 akan mengendapkan ion-ion Ca 2+, Mg 2+, Fe 3+, dan Al 3+. Selain itu, terjadi penambahan ion Na +.NaOCl yang ditambahkan di R3, akan mengeliminasi NH3 , sedangkanBaCl2 akan mengeliminasi ion SO4-.air garam daurulang utk mengaturpHlar. NaClmurni

  • Brine Purification / Ion Exchange UnitCara lain untuk pemurnianair garam adalah denganpenukar ion.

  • Reaksi kimia :NaCl + H2O NaOH + H2 + Cl2Na + Cl2 NaCl H = 407 kJH2 + O2 H2O H = 286 kJNa + O2 + H2 NaOH H = 469 kJReaksi ini berlangsung secara elektrokimia, menggunakan sel yangterdiri dari beberapa jenis (dan terus dikembangkan).Beberapa jenis sel elektrokimia yang sudah dipakai di industri adalah :Sel diafragmaSel air raksa (merkuri) atau sel amalgamSel membran.ELEKTROLISA LARUTAN GARAM

  • reaksi di katoda ( - ) :2 H2O + 2 e- H2 + OH -reaksi di anoda ( + ) :Cl2Cl - Cl2 + e - Katoda biasanya dari baja, sedangkan anoda dari grafit Sel diafragma

  • Sel diafragma komersil Katoda yangdibuat daribaja berlubangdilapisi serat ygberlaku sbgmembranAnoda finger,dari grafit. Diantaranya diselipkan katoda.Jika digunakan elektroda dari grafit, kemungkinan akan terjadi reaksi : C + 4 OH- CO2 + 2 H2O + 4 e- , oleh karena itu grafit diganti denganpelat platina yang dilapisi oksida dari grup VIII.

  • Catatan :C = grafit Me = logamA = asbesA + P = asbes + polimerKarakteristik sel diafragma.

    Kondisi operasiSifat fungsionalkonsentrasi air garam (brine) : 315 330 g/l CaO : 5 ppmpengotor MgO : 0,8 ppm SO4= : 0 0,3 g/lsuhu : 90 105 oCpH : 10,5 11

    konsentrasi produk : 12 14 % NaOH 14 16 % NaClSatuan elektrolisa : sel yang disusun seriEMF : 2,95 3,8 Varus : 15 150 kArapat arus : 1,18 2,9 kA/m2efisiensi arus : 93 98 %konsumsi energi : 2200 2900 kWh / ton Cl2 C* 240 280 hari anoda Me* 5 tahunumur A* 4 5 bulan katoda A + P* 24 36 bulan

  • G : generator T : transfomator R : rektifier E1, E2 : pendingin C : pengering Diagram alir proses pembuatan soda kostik menggunakan sel diafragmabrineH2Cl2asam sulfatterhidrasi

  • reaksi di katoda ( - ) :2 H2O + 2 e- H2 + OH - ( 1 ) reaksi di anoda ( + ) :Cl - Cl2 + e - ( 2 ) dengan adanya reaksi tsb, kandunganNaCl menjadi berkurang, tetapi di ruangkatoda menjadi kaya NaOH, karena terjadi migrasi ion Na+ (akibat terbentuknyaion OH- di ruangan ini). produkcairanair garamjenuhH2+ ruang katodareaksi samping yg terjadidi ruang anoda :Cl2 + H2O H+ + Cl- + HOCl H+ + ClO- ( 3 )Cl22 H2O O2 + 4 H+ + 4 e- ( 4 )2 OH- + Cl2 ClO- + Cl- + H2O ( 5 )12 OH- + 12 ClO- 4 ClO3- + 8 Cl- + 3 O2 + 6 H2O + 12 e- ( 6 )

  • Reaksi samping (5) dan (6) yang terjadi di ruang anoda disebabkan karena adaion OH- yang mengalir dari ruang katoda.Reaksi yang menghasilkan ion khlorat ( ClO3- ) tidak dikehendaki, sehingga dicegahdengan cara menghalangi aliran ion OH- dari katoda ke anoda.Untuk mencegah aliran ion OH- dari ruang katoda ke ruang anoda maka ruangkatoda dibuat lebih rendah, atau dibawah ruang anoda.Katoda ( ) 2 H2O + 2 e- H2 + OH 2 H3O+ + 2 e- H22 H3O+difusiNa+Na+Cl difusi2 Cl Cl2 + 2 e OH OH Anoda (+) katolit : basaanolit : asamterbentuk NaOHdicegahdifusiUmpan air garam (brine) dimasukkan ke ruang anoda (anolit), sehingga akan terjadi aliran kontinyu dari anoda ke katoda.air garam

  • NaOHkeluarSel Hooker jenis S-3ADengan konstruksi seperti sel Hooker ini, aliran OH- dari ruang katoda ke ruang anodadapat dihindari

  • saringankatodaNaOHH2umpan brineCl2anodaindikator brinediafragmaPenampang selSel diafragma Vorce

  • sel Allen Moore

  • Sel elektrolisa dengan katoda air raksaDengan sel diafragma, soda kostik yang diperoleh konsentrasinya kecil dan masih mengandung NaCl. Meskipun telah dipekatkan dan dimurnikan, kandunganNaClnya tidak bisa kurang dari 2 3 %.Untuk memperoleh kadar soda kostik (NaOH) yang lebih tinggi dan bebas NaCl,maka digunakan sel elektrolisa dengan metode amalgam yang memakai dua sel :sel elektrolisa dan sel dekomposer/penguraiSel elektrolisa dibuat dari bejana baja yang berbentuk persegi panjang,dilapisi karet.Gas khlor (Cl2) akan dihasilkan dari sel elektrolisa ini, sedangkan logam Nanyaakan bersenyawa dengan air raksa membentuk natrium-amalgam.

  • ELEKTRODAdi sel elektrolisadi dekomposer (pengurai)katoda ( - ) : air raksaanoda ( + ) : grafit atau lembaran titanium dilapisi oksida grup VIIIanoda (+) : Na-amalgamkatoda ( - ) : grafit

  • Reaksi Reaksi utama di sel elektrolisa :Anoda ( + ) : 2 Cl Cl2 + 2 e Katoda ( ) : Na + + nHg + e NaHgn (n = 60 70 )Reaksi yang terjadi di dekomposer :Anoda ( + ) : 2 NaHgn 2 Na+ + 2n Hg + 2 e Katoda () : 2 H2O + 2 e H2 + 2 OHReaksi dekomposisi amalgam keseluruhan :2 NaHg + 2 H2O 2 NaOH + H2 + n Hg

  • di katoda tidak terbentuk gas H2, melainkan amalgam dijelaskan sbb :potensial reduksi Na , Eo Na+Na adalah 2,71 Volt, sedangkan Eo H+H2 adalah 0,00 Volt , di larutan yang sifatnya basa , Eo H2OOH adalah 0,83 Volt Dengan demikian maka adanya Hg akan mengakibatkan terjadinya potensial lebih(overpotensial) yang akan mereduksi : 2H+ H2

  • Kondisi operasiSifat fungsionalkonsentrasi air garam (brine) : 300 320 g/l CaO < 5 ppmpengotor MgO < 3 ppm SO4= < 2 g/lsuhu : 75 - 85 oCpH : 3 - 5Kondisi yg harus dipenuhi untuk air raksa : Na pada tempat masuk : 0,01 % Na pada tempat keluar : 0,16 0,20 %Jumlah Hg : 4,7 ton/selkonsentrasi produk : NaOH : 48 - 54 % NaCl : 270 g/l Cl2 : 0,5 g/l NaCl < 50 ppmSatuan elektrolisa : sel yang disusun seriEMF : 4 4,5 Varus : 380 - 420 kArapat arus : 12 12,5 kA/m2efisiensi arus : 95 97 %konsumsi energi : 3300 3450 kWh / ton Cl2 jenis : DSA anoda jumlah : 40 - 45 umur : 3 6 tahun

    Produksi pada saat beban penuh : Cl2 : 13 14 ton/hari NaOH : 15,6 ton/hari H2 : 0,4 ton/hari

  • Sel air raksa (Hg) dan lingkunganSetap ton produk gas Khlor, lebih kurang 300 gram Hg akan tercecer di limbahpabrik. Usaha untuk mengurangi kebocoran Hg terus diupayakan, tetapi jumlahminimum masih 5 10 gram/ton khlor.Pabrik khlor di Spanyol yang menggunakan proses air raksa (Hg)

  • Pabrik Khlor dengan kapasitas 70 000 ton/tahun di Belanda yang menggunakanproses air raksa. Bejana silinder adalah reaktor dekomposisi (decomposer), yangdialiri air untuk menguraikan Na-amalgam, menghasilkan NaOH dan gas H2.Air raksa hasil dekomposisi dialirkan kembali ke sel elektrolisa ( terletak di belakang bejana).

  • Sel elektrolisa dengan membran.

  • Pemekatan NaOH(1). Untuk larutan soda kostik yang encer ( sekitar 9 10%), penguap Kestner dapat menaikkan konsentrasi hingga14 16 %, Karena penguapan ini memerlukan luas permukaan yang besar, maka penguap Kestner terdiri dari kumpulan buluh (tube), dengan panjang yang cukup untuk mengantisipasi buih yang terbentuk dari larutan NaOH.(2). Penguapan di penguap multi tahap digunakan untuk memekatkan larutan NaOH hingga konsentrasi sekitar 30 %. Pada penguapan ini NaCl dan Na2CO3 dapat dipisahkan sebagai endapan.(3). Penguapan di penguap vakum akan memekatkan larutan NaOH hingga 50% , dan/atau menggunakan kukus lewat panas karena titik didih larutan NaOH tersebut 140 oC(4). Untuk mengeringkan larutan yang lebih pekat dari 50 % , penguapan dilakukan di pan terbuka, sehingga diperoleh NaOH basah dengan kadar 70 %.

  • Dengan demikian maka untuk memperolehNaOH 50 % dari lar NaOH 16 %, harusdiuapkan air sebanyak :

    Asal larutan NaOHKonsentrasi rata2 (%)Tahap pemekatan yang dilakukanKeterangan1.Proses kostisasi9 10(1) , (2) , (3) , (4), (5)Tahap pertama dan kedua untuk menghilangkan Na2CO32. Elektrolisa Sel diafragma

    Sel membran Sel amalgam (Hg)12 15

    20(2) , (3) , (4), (5)

    (2) , (3) , (4), (5)(4), (5)Tahap (2) dilakukan untyuk menghilangkan NaCl.

    Konsentrasi NaOH ( % )Jumlah air ( kg )per 106 kg NaOH9,61000165503024950106