pik kloralkali

27

Upload: rizki-mochamad-ramdhani

Post on 30-Nov-2015

76 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PIK KlorAlkali
Page 2: PIK KlorAlkali

batu kapur amoniakNaCl

karbon dioksida

soda abuproses elektrolisa

khlor Cl2

soda kostik(NaOH)

natrium bikarbonat

sabunrayonpewarnakertasobatmakanankaret

sabun gulagelas makananobat pewarnakertas keramiktekstil petroleumfotografi kulitpertanian dll

obatminumanroti/kuepemadam api

pulp & kertaspelarutplastikpestisidapemucatsanitasi

Diagram industri khlor-alkali

Page 3: PIK KlorAlkali

Soda kostik dan khlor

soda kostik ( NaOH) dan khlor (Cl2) adalah produk dari proses elektrolisa larutan logam alkali atau dari lelehan khlorida.

Reaksi dan perubahan energi

dT

TdE

nF

HJE

E = tegangan dekomposisi teoritis∆H = perubahan entalpi reaksiJ = ekivalen elektrik untuk panasT = suhu absolutF = konstanta Faradayn= bilangan ekivalen yg terlibat.

Page 4: PIK KlorAlkali

Pemurnian air garam (brine)

D1

NaOHNa2CO3

NaOClBaCl2

lumpur

H2ONaCl

R1

R2 R3

DC

PF1 PF2

D2D3

D4

E1

E2

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 , sedangkan

BaCl2 akan mengeliminasi ion SO4-.

air garam daurulang utk mengaturpH

lar. NaClmurni

Page 5: PIK KlorAlkali

Brine Purification / Ion Exchange Unit

Cara lain untuk pemurnianair garam adalah denganpenukar ion.

Page 6: PIK KlorAlkali

Reaksi kimia :

NaCl + H2O NaOH + ½ H2 + ½ Cl2

Na + ½ Cl2 NaCl ∆H = 407 kJH2 + ½ O2 H2O ∆H = 286 kJNa + ½ O2 + ½ H2 NaOH ∆H = 469 kJ

Reaksi ini berlangsung secara elektrokimia, menggunakan sel yangterdiri dari beberapa jenis (dan terus dikembangkan).Beberapa jenis sel elektrokimia yang sudah dipakai di industri adalah :

1. Sel diafragma2. Sel air raksa (merkuri) atau sel amalgam3. Sel membran.

ELEKTROLISA LARUTAN GARAM

Page 7: PIK KlorAlkali

reaksi di katoda ( - ) :

2 H2O + 2 e- H2 + OH -

reaksi di anoda ( + ) :

diafragmaasbes

katoda baja

anoda karbon

produkcairan

air garamjenuh

H2

+ −

Cl2

Cl - ½ Cl2 + e -

Katoda biasanya dari baja, sedangkan anoda dari grafit

Sel diafragma

Page 8: PIK KlorAlkali

sumber listrik

Cl2

H2

air garam(brine)

soda kostikdalam larutanair garam

Sel diafragma komersil

Katoda yangdibuat daribaja berlubangdilapisi serat ygberlaku sbgmembran

Anoda “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.

Page 9: PIK KlorAlkali

Kondisi operasi Sifat fungsional

konsentrasi air garam (brine) : 315 – 330 g/l

CaO : 5 ppm

pengotor MgO : 0,8 ppm

SO4= : 0 – 0,3 g/l

suhu : 90 – 105 oC

pH : 10,5 – 11

konsentrasi produk : 12 – 14 % NaOH

14 – 16 % NaCl

Satuan elektrolisa : sel yang disusun seri

EMF : 2,95 – 3,8 V

arus : 15 – 150 kA

rapat arus : 1,18 – 2,9 kA/m2

efisiensi arus : 93 – 98 %

konsumsi energi : 2200 – 2900 kWh / ton Cl2 C* 240 – 280 hari

anoda

Me* 5 tahun

umur

A* 4 – 5 bulan

katoda

A + P* 24 – 36 bulan

Catatan :

C = grafit Me = logamA = asbesA + P = asbes + polimer

Karakteristik sel diafragma.

Page 10: PIK KlorAlkali

G : generator T : transfomator R : rektifier

E1, E2 : pendingin

C : pengering

RTG

E1

E2

C

larutan NaOHdalam brine

H2O

H2O

H2SO4

96 – 98 %

Diagram alir proses pembuatan soda kostik menggunakan sel diafragma

brine

H2

Cl2

asam sulfatterhidrasi

Page 11: PIK KlorAlkali

reaksi di katoda ( - ) :2 H2O + 2 e- H2 + OH - ( 1 )

reaksi di anoda ( + ) :Cl - ½ 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).

produkcairan

air garamjenuh

H2

+ −

ruang katoda

reaksi samping yg terjadidi ruang anoda :

Cl2 + H2O H+ + Cl- + HOCl H+ + ClO- ( 3 )

Cl2

2 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 )

Page 12: PIK KlorAlkali

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 di’bawah’ ruang anoda.

Katoda ( − )

2 H2O + 2 e- H2 + OH −2 H3O+

+ 2 e- H2 2 H3O+

difusi

Na+ Na+

Cl − difusi 2 Cl − Cl2 + 2 e OH− OH−

Anoda (+)

katolit : basa anolit : asamterbentuk NaOH

dicegah

difusi

Umpan air garam (brine) dimasukkan ke ruang anoda (anolit), sehingga akan terjadi aliran kontinyu dari anoda ke katoda.

air garam

Page 13: PIK KlorAlkali

H2

konduktor anoda

anoda grafitpipa umpanair garam(brine)

air garammasuk

katodadilapisi asbes

Cl2

NaOHkeluar

Sel Hooker jenis “S-3A”

Dengan konstruksi seperti sel Hooker ini, aliran OH- dari ruang katoda ke ruang anodadapat dihindari

Page 14: PIK KlorAlkali

saringankatoda

NaOH

H2

umpan brineCl2

anoda

indikator brine

diafragma

Penampang sel

Sel diafragma Vorce

Page 15: PIK KlorAlkali

sel Allen Moore

Page 16: PIK KlorAlkali

Sel elektrolisa dengan katoda air raksa

Dengan 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/pengurai

Sel 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.

Page 17: PIK KlorAlkali

ELEKTRODA

di sel elektrolisa

di dekomposer (pengurai)

katoda ( - ) : air raksa

anoda ( + ) : grafit atau lembaran titanium dilapisi oksida grup VIII

anoda (+) : Na-amalgam

katoda ( - ) : grafit

Page 18: PIK KlorAlkali

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 OH−

Reaksi dekomposisi amalgam keseluruhan :

2 NaHg + 2 H2O 2 NaOH + H2 + n Hg

Page 19: PIK KlorAlkali

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 H2O║OH adalah – 0,83 Volt

Dengan demikian maka adanya Hg akan mengakibatkan terjadinya potensial lebih(overpotensial) yang akan mereduksi : 2H+ H2

Page 20: PIK KlorAlkali

umpan air garam

amalgam hasil elektrolisa

H2

(−)

(+)

NaOH 50 %

Cl2

katoda

anoda

air bebasionHg daur ulang

lar.

NaO

H e

nce

r

am

alg

am

sem

ideko

mposi

si

Sel elektrolisa Sel galvanik(decomposer)

Page 21: PIK KlorAlkali

Kondisi operasi Sifat fungsional

konsentrasi air garam (brine) : 300 – 320 g/l

CaO < 5 ppm

pengotor MgO < 3 ppm

SO4= < 2 g/l

suhu : 75 - 85 oC

pH : 3 - 5

Kondisi 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/sel

konsentrasi produk :

NaOH : 48 - 54 %

NaCl : 270 g/l

Cl2 : 0,5 g/l

NaCl < 50 ppm

Satuan elektrolisa : sel yang disusun seri

EMF : 4 – 4,5 V

arus : 380 - 420 kA

rapat arus : 12 – 12,5 kA/m2

efisiensi 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

Page 22: PIK KlorAlkali

Sel air raksa (Hg) dan lingkungan

Setap ton produk gas Khlor, lebih kurang 300 gram Hg akan ter’cecer’ 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)

Page 23: PIK KlorAlkali

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).

Page 24: PIK KlorAlkali

Sel elektrolisa dengan membran.

garam

lar garam

pemurnianbiasa

pemurnian denganpenukar ion

soda kostikke pemekatan

Cl2 H2

air

OH−

Na+

Cl−

lar garamencer di-daur ulang

air bebas ion

+ −

membran selektif

Page 25: PIK KlorAlkali

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 %.

Page 26: PIK KlorAlkali

Asal larutan NaOH Konsentrasi rata2 (%)

Tahap pemekatan yang dilakukan

Keterangan

1.Proses kostisasi 9 – 10 (1) , (2) , (3) , (4), (5)

Tahap pertama dan kedua untuk menghilangkan Na2CO3

2. 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 NaOH

9,6 1000

16 550

30 249

50 106

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

106

106550 = 4,19 NaOH

OH

kg

kg 2

Page 27: PIK KlorAlkali

D

H2O

lelehanNaOH

lar. NaOHencer

kukuslewatjenuh

kukustek. rendah

E2 E3E4

E5

E1

C1

C2

PF

B1 B2

ke pompavakum

E1 : penguap KestnerE2,E3,E4 : penguap multi tahapE5 : penguap vakumC1,C2 : kondensor

D : pengendap/pengkristalPF : penyaring putar OliverB1 : pemekatB2 : pan pelelehan

Diagram alir pemekatan lar. NaOH 9 – 10 %

H2O

lumpur (Na2CO3,

Ca(OH)2, NaCl).