INDUSTRIKAUSTIK SODA

OLEH KELOMPOK 1 :

GOSYEN ROVIDITAMARULI PUTRI

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

Soda kostik dan khlor

soda kostik ( NaOH) dan khlor (Cl2) adalah produk dariproses 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.

Pemurnian air garam (brine)

D1

NaOH

Na2CO3

NaOCl

BaCl2

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 daur

ulang utk mengatur

pH

lar. NaClmurni

Brine Purification / Ion Exchange Unit

Cara lain untuk pemurnian

air garam adalah dengan

penukar ion.

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

reaksi di katoda ( - ) :

2 H2O + 2 e- H2 + OH -

reaksi di anoda ( + ) :

diafragma

asbes

katoda baja

anoda karbon

produk

cairan

air garam

jenuh

H2

+ −

Cl2

Cl - ½ Cl2 + e -

Katoda biasanya dari baja, sedangkan anoda dari grafit

Sel diafragma

sumber listrik

Cl2

H2

air garam

(brine)

soda kostik

dalam larutan

air garam

Sel diafragma komersil

Katoda yang

dibuat dari

baja berlubang

dilapisi serat yg

berlaku sbg

membran

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 dengan

pelat platina yang dilapisi oksida dari grup VIII.

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 = logam

A = asbes

A + P = asbes + polimer

Karakteristik sel diafragma.

G : generator

T : transfomator

R : rektifier

E1, E2 : pendingin

C : pengering

RTG

E1

E2

C

larutan NaOH

dalam brine

H2O

H2O

H2SO4

96 – 98 %

Diagram alir proses pembuatan soda kostik

menggunakan sel diafragma

brine

H2

Cl2

asam sulfat

terhidrasi

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 ruang

katoda menjadi ‘kaya’ NaOH, karena terjadi migrasi ion Na+ (akibat terbentuknya

ion OH- di ruangan ini).

produk

cairan

air garam

jenuh

H2

+ −

ruang katoda

reaksi samping yg terjadi

di 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 )

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

H2

konduktor anoda

anoda grafit

pipa umpan

air 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 anoda

dapat dihindari

saringan

katoda

NaOH

H2

umpan brineCl2

anoda

indikator brine

diafragma

Penampang sel

Sel diafragma Vorce

sel Allen Moore

Sel elektrolisa dengan katoda air raksa

Dengan sel diafragma, soda kostik yang diperoleh konsentrasinya kecil dan

masih mengandung NaCl. Meskipun telah dipekatkan dan dimurnikan, kandungan

NaClnya 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 Nanya

akan bersenyawa dengan air raksa membentuk natrium-amalgam.

ELEKTRODA

di sel elektrolisa

di dekomposer

(pengurai)

katoda ( - ) : air raksa

anoda ( + ) : grafit atau

lembaran titanium

dilapisi oksida grup VIII

anoda (+) :

Na-amalgam

katoda ( - ) : 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 OH−

Reaksi 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 H2O║OH adalah – 0,83 Volt

Dengan demikian maka adanya Hg akan mengakibatkan terjadinya potensial lebih

(overpotensial) yang akan mereduksi : 2H+ H2

umpan air garam

amalgam hasil elektrolisa

H2

(−)

(+)

NaOH

50 %

Cl2

katoda

anoda

air bebas

ion

Hg daur ulang

lar.

Na

OH

en

ce

r

am

alg

am

se

mid

ek

om

po

sis

i

Sel elektrolisa Sel galvanik

(decomposer)

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

Sel air raksa (Hg) dan lingkungan

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

pabrik. Usaha untuk mengurangi kebocoran Hg terus diupayakan, tetapi jumlah

minimum 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 menggunakan

proses air raksa. Bejana silinder adalah reaktor dekomposisi (decomposer), yang

dialiri 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.

garam

lar garam

pemurnian

biasa

pemurnian dengan

penukar ion

soda kostik

ke pemekatan

Cl2H2

air

OH−

Na+

Cl−

lar garam

encer di-

daur ulang

air bebas ion

+ −

membran selektif

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 penguapKestner terdiri dari kumpulan buluh (tube), dengan panjang yang cukupuntuk mengantisipasi buih yang terbentuk dari larutan NaOH.

(2). Penguapan di penguap multi tahap digunakan untuk memekatkan larutan NaOH hingga konsentrasi sekitar 30 %. Pada penguapan iniNaCl 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 % , penguapandilakukan di pan terbuka, sehingga diperoleh NaOH basah dengankadar 70 %.

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

D

H2O

lelehan

NaOH

lar. NaOH

encer

kukuslewatjenuh

kukustek. rendah

E2 E3E4

E5

E1

C1

C2

PF

B1 B2

ke pompavakum

E1 : penguap Kestner

E2,E3,E4 : penguap multi tahap

E5 : penguap vakum

C1,C2 : kondensor

D : pengendap/pengkristal

PF : penyaring putar Oliver

B1 : pemekat

B2 : pan pelelehan

Diagram alir pemekatan lar. NaOH 9 – 10 %

H2O

lumpur (Na2CO3,

Ca(OH)2, NaCl).