INDUSTRI-INDUSTRI DGN RAW MATERIAL BELERANG

BELERANG, SULFIDA-2,

OKSIDA-2 BELERANG ASAM SULFAT

I. INDUSTRI BELERANG KEGUNAAN BELERANG: Industri pupuk buatan Insektisida Pulp kertas Bahan peledak Zat warna dan karet Cat dan vernis, dan lain-lain

KEBERADAAN BELERANG (SULFUR):1) Pyrit : FeS2, FeS3 dan FeS4.

2) Mineral sulfida: SnS2 dan MnS

3) H2S dan bahan-bahyan buangan.

PROSES PENGAMBILAN BELERANG

ALAT: CALCARONE

DESTILASI BELERANG

CAIR

so2

o Alat memiliki kapasitas 200 – 700 m3.o Batuan yang telah tersusun dipanaskan sampai meleleh ke bawah dan timbul ah gas-

gas SO2 ke atas.o Rata-rata rendemen 15% dari jumlah isi seluruhnyao Belerang yang terjadi didestilasi untuk mebdapatkan belerang murni melalui proses

peleburan kemudian diuapkan dan uap belerang dimasukkan ke dalam ruangan dari bata.

o Mula-mula mengembun sebagai serbuk belerang dan setelah panas mmencair dan di tampung dalam cetakan-2

II. INDUSTRI SULFIDA-SULFIDA BELERANG

YANG PENTING: Na2S dan Na2S2O3 (nat-tiosulfat)1. Pembuatan Na2S

a. Pembakaran Na2SO4 dan C dalam dapur dengan suhu 850oC

Na2SO4 + 4 C Na2S + 4 COo Na2S yang terbentuk dilarutkan, disaring, dikristalkan berulang sampai menjadi Na2S.9 H2Oo Jika Na2S.9 H2O dipanaskan pada suhu tetap 160oC selama 4 – 6 jam dalam bejanan dari baja

maka akan mencair dan airnya menguap hingga dapat diperoleh Na2S.H2O

b. BaSO4 + 4 C BaS + 4 CO

BaS + Na2CO3 BaCO3 + Na2So Na2S dilarutkan, lalu dikristalkan berulang hingga menjadi Na2S.9 H2O

2. Pembuatan Na2S2O3.

a. 2 NaOH + SO2 Na2SO3 + H2O

Na2SO3 + S H2O + Na2S2O3

reaksi ini dilakukan dalam bejana keramik sambil diadukb. Na2S + Na2CO3 + 4 SO2 + Na2S2O3 + CO2

Na2S2O3 dapat diperoleh secara kristalisasi bertingkat pada suhu 140oC.

III. INDUSTRI OKSIDA-OKSIDA BELERANG

BELERANG DIOKSIDA: SO2

Kegunaan:1. Bahan mentah pembuatan asam sulfat2. Bahan pemucat gula, tekstil dan lain-lain3. Bahan desinfektan untuk makanan dan buah-buahan dalam

kaleng4. Bahan mentah untuk pembuatan sulfit-sulfit5. Bahan pengkilang petroleum6. Bahan pendingin (refrigerant)

REAKSI PEMBUATAN SO2, OKSIDASI-REDUKSIBAHAN DASAR: belerang murni atau pyrit A. Bahan dasar belerang1) S + O2 SO2 ∆H = -70.920 kal

2) S + 1 ½ O2 SO3 ∆H = -23.000 kal

B. Bahan dasar pyrit3) 4 FeS2 + 11 O2 2 Fe2O3 + 8 SO2

4) 4 FeS2 + 15 O2 2 Fe2O3 + 8 SO2

Diagram alir pembuatan gas SO2 dari bahan dasar belerang

Belerang cair

Udara 200oC

Ruang pembakaran

Cooler Cooler

Men

ara

peny

erap

Men

ara

peny

erap

Evap

Men

ara

peny

erap

H2SO4

H2SO4

Cooler

SO2 cairdalam kemasan

botol-2 baja

Air dingin

Contoh hitungan:1. 10 grat S akan dibakar (dioksidasi) untuk menghasilkan 90% SO2 dari

S seluruhnya dengan 100 grol udara. Bagaimana susunan gas-2 hasil?

Reaksi: I. S + O2 SO2

II. S + 1,5 O2 SO3

Dari reaksi di atas berarti:9 grat S membutuhksn ………. 9 grol O2

1 grat S membutuhkan ……….. 1,5 grol O2

Jadi O2 yang dibutuhkan ……… 10,5 grol

Udara 100 grol terdiri dari: 79% N2 dan 21% O2

O2 sisa = 21 – 10,5 = 10,5 grol.

Susunan gas setelah reaksi:N2 = 79 grol; O2 = 10,5 grol; SO2 = 9 grol

Total campuran gas-gas = 98,5 grol.

IV. INDUSTRI ASAM SULFAT (H2SO4)Manfaat asam sulfat:

H2SO4

--------- Ca3(PO4)2 ----------- H3PO4

--------- Kaoline ---------- Al2(SO4)3

--------- NH3 ---------- (NH4)2SO4

--------- Amylum ----------- Sirup glukosa--------- Logam --------- Garam-2 sulfat--------- C6H6 ---------- C6H5OH --------- C2H5OH --------- C2H5OC2H5 --------- Glycerine ---------- Trinitro-glycerine--------- Cellulose --------- 1. Trinitro-cellulosa 2. Serat tiruan-------------- bahan untuk: 1. Air accu

2. Pengkilang petroleum

PROSES PEMBUATAN ASAM SULFAT

• Ada dua cara: PROSES BILIK TIMBAL DAN PROSES KONTAKI. PEMBUATAN ASAM SULFAT DENGAN PROSES BILIK

TIMBALRaw material: gas SO2, H2O dan gas-2 NO dan NO2 sebagai

katalisator

1. Gas SO2, sebagaimana telah dijelaskan pada bagaian sebelumnya

2. Gas-2 NO dan NO2, diperoleh dengan cara oksidasi NH3 dengan katalisator Pt.

4 NH3 + 5 O2 4 NO + 6 H2O

2 NO + O2 2 NO2

• Proses pembuatan NO dan NO2

NH3 cair

Udara

Stripping colum

NO + NO2

Langkah 1:NH3 cair dididihkan dan gas NH3 ini dialirkan dari atas stripping colum yang berisi katalisator Pt dan dari bawah dihembuskan udara.

Langkah 2:Campuran gas-2 yang terbentuk didinginkan, airnya dikeluarkan dan gas-2 NO + NO2 ditampung sebagai katalisator pada pembuatan asam sulfat

Diagram alir Proses Bilik Timbal

NO + NO2

SO2+O2

H2SO4 60oBe H2SO4 50oBe

H2O

gas sisa

Menara Glover Bilik Timbal

Menara Gay Lussac

Spesifikasi instalasi proses Bilik Timbal

A. KAMAR TIMBAL (Lead Chamber) Deskripsi • Pada umumnya berbentuk cylindris,permukaan dalamdilapisi Pb

yang membentuk PbSO4 berfungsi melapisi Pb• Makin banyak jumlah bilik-2 timbal ini reaksinya makin

sempurna • Bagian luar dibuat bersirip berfungsi sebagai pendinginan udara

(air cooling) Fungsi Kamar Timbal• Sebagai tempat berlangsungnya reaksi dala waktu yang cukup

lama dan netralisasikan panas ke luar.• Menyediakan permukaan untuk terjadinya kondensasi uap yang

terbentuk dan memperlambat aliran gas-2 yang masuk membuat rekasi menjadi sempurna.

Reaksi-2 yang terjadiAda 3 tingkatan fase: homogen gas, heterogen gas-cair dan hogen cair.1. Homogen fase gas 2 NO + O2 2 NO2 ………………………….. (1)

2 NO2 N2O4

2. Heterogen gas-cair SO2 + H2O ----- H2SO3 …………………………. (2)

NO + NO2 + H2O ----- HNO3 …………………………. (3)

H2SO3 + NO2 ----- H2SO4.NO …………………………. (4)

asam violet

2 (H2SO4).NO + ½ O2 (NO2) 2 SO5NH + H2O (+NO) …. (5)

asam nitrosil sulfat

2 SO5NH + SO2 + H2O 2 H2SO4.NO + H2SO4 ………….. (6)

3. Homogen cair 2 H2SO4.NO 2 H2SO4 + NO ……………..……… (7)

2 SO5NH + H2O 2 H2SO4 + NO + NO2 …………….. (8)

SO5NH + HNO3 H2SO4 + 2 NO2 (N2O4 ) …………….. (9)

Pengamatan proses: (1) suhu reaksi, karena reaksi eksotermis; (2) warna gas, jika warna violet harus ditambah NO2 dan jika harus ditambahkan H2O; (3) secara periodik dianalisa gas-2 masuk dan ke luar

B. MENARA GLOVER Deskripsi:• Diisi dengan potongan-potongan bata tahan asam• Suhu operasi di bagian dalam sekitar: 425oC - 660oC Fungsi • Melepas gas-2 oksida nitrogen dan asam nitrosil sulfat (natrium

vitriol) dan menurunkan kadar asam dengan menambah chamber acid yang masuk

• Memekatkan chamber acid menjadi 60oBe dan mendinginkan gas-2 dari pembakaran belerang

• Membentuk H2SO4 dibagian puncak menara, karena di situ terdapat : NO, SO2 dan H2O terutama berlangsungnya reaksi (6)

• Membersihkan kotoran-2 dari gas, karena bertemu dengan uap nitrogen, racunnya dapat diserap dan juga mengurangi HNO3 yang mungkin ada.

C. MENARA GAY LUSSAC Deskripsi Susunan hampir sama dengan menara Glover Fuhgsi1. Menyerap oksida-2 nitrogen dengan asam yang agak pekat dan

karena proses penyerapan maka suhunya harus dinaikkan2. Gas-2 yang ke luar dari kamar timbal harus dijaga adanya gas SO2,

agar NO dan NO2 tdak bersifat korosif

3. Terjadi reaksi (5): 2 (H2SO4).NO + ½ O2 (NO2) 2 SO5NH + H2O (+NO)

(bereaksi dengan NO2, sehingga menghasilkan NO)

Catatan:o Alat pendingin (cooler) harus dari bahan yang tahan asam.o Pompa-2 untukgas-2 dan asam juga harus tahan asam dan tahan

suhu tinggi

PROSES PEMEKATAN ASAM SULFAT

Ada beberapa cara:1. Cara CASCADI

Alat: terdiri dari menara yang di dalamnya berisi piringan-2 tahan asam yang tersusun dari atas luasnya makin besar

Proses: aliran asam encer dari atas menara pemekat , dari bawah dihembuskan bahan bakar, maka terjadilan penguapan pada bagian-2 piringan yang tipis sedang laruan asam tumpah ke bawah dan didapatkan larutan asam lebih pekat H2SO4 (encer) H2SO4 (pekat) penguapan

Bahan bakar

H2SO4 encer

H2SO4 pekat

2. Cara REKTIFIKASI Alat: terdiri dari menara berjaket

Proses: dengan mengalirkan gas panas pada menara maka akan menambah tekanan uap pada asam sulfat. Gas-2 akan bersentuhan dengan larutan asam encer menyebabkan sebagian asam sulfat naik ke atas tetapi uap uap ini bersentuhan lagi dengan dengan asam yang masuk (umpan) sehingga turun lagi. Melalui proses berulang-ulang semacam ini sehingga didapatkan larutan asam lebih pekat H2SO4 (encer) H2SO4 (pekat) penguapan

Gas panas

H2SO4 encer

H2SO4 pekat

Gas + H2O

3.Cara PEMEKAT DRUM

H2SO4 encer

Cooler

H2SO4 pekat

Bahan bakar + udara

Cottrell

Alat: Berbentuk drum Proses:Asam encer dikontakkan dengan (bahan bakar +udara) melalui drum-2 secara counter current. Gas-2 yang ke luar dari drum-2 membawa uap air dilewatkan ke penangkap cottrell. Asam yang ke luar didinginkan dan menghasilkan asam pekat.

4. Cara VACUUMPada prinsipnya sama dengan pemekatan cara Drum, hanya tenannya dibuat vacuum sehingga air lebih mudah menguap.

Catatan: Bahan pompa-2 dibuat dari Pb, tetapi untuk asam sulfat yang lebih pekat dari90% harus dibuat dari beri tuang.Fe dengan asam sulfat yang sangat pekat akan membentuk ferro sulfat dan merupakan lapisan pelindung.

II. PEMBUATAN ASAM SULFAT DENGAN PROSES KONTAK

Proses kontak timbul karena adanya penemuan reaksi antara SO2 dan O2 membentuk SO3 dengan katalisator Pt

Proses ini dapat menghasilkan asam sulfat dengan kepekatan tinggi Prinsip kerja: menglirkan gas SO2 di atas katalistor Pt kemudian

menghasilkan gas SO3 yang kemudian diserap dengan larutan H2SO4 dan menghasilkan larutan H2SO4 dengan kepekatan 95 – 99%.

Reaksi di atas berdasarkan prinsip “Le Chatelier”, diman pada kenaikan suhu konversinya turun dan sifat reaksi adalah kesemtimbangan maka mempunyaiharga K

Suhu rekasi harus dicari yang optimal, sebab pada kenaikkan suku kecepatan reaksi akan naik tetapi konversinya turun.

Menurut: GULDBERG & WAAGE3

0,52 2

( )

( )( )

pSOKp

pSO pO

400 600 800 1000

100

80

60

40

20

0

% k

onve

rsi S

O2 k

e SO

3

Suhu, oC

Gambar: Grafik kesetimbangan suhu vs konversi

Dari berbagai eksperimen, diproleh grafik hubungan antara konversi dan suhu reaksi (gambar)

Dari grafik nampak bahwa konversi reaksi:

SO2 + ½ O2 SO3, berlangsung dengan baik pada suhu antara 300 – 600oC

Secara empiris harga Kp dapat pula ditentukan dengan rumus:

8,775log 4,46

oKp

R

6% SO2

12% SO2

Contoh soal:Susunan gas masuk konverter sbb: N2 = 79%, SO2 = 8% dan O2 = 13%. Tentukan berapa % gas SO2 yang bereaksi menjadi SO3 pada suhu 450oC

Penyelesaian:Reaksi: SO2 + ½ O2 SO3,

Misal, SO2 yang bereaksi menjadi SO3 adalah x, susunan gas sesudah reaksi:

N2 = 79, O2 = 13 – 0,5x, SO2 = 8 – x , SO3 = x

Total = 100 – 0,5x, t = 450oC = 1302R

Dengan memasukkan nilai tekanan parsil masing-2 yang masih mengandung x ke dalam persamaan di atas dan harga Kp maka x dapat dihitung.

450oC

30,5

2 2

8,775log 4,446 2,29 195

1302( )

( )( )

Kp atau Kp

pSOKp

pSO pO

KECEPATAN REAKSI Reaksi pembentukan SO2 menjadi SO3 adalah proses katalisa, mekanismenya dapat digambarkan

sbb:

A B C

Tahapan reaksi di atas dikenal dengan istilah: absorsi – reaksi – desorpsi (difusi – reaksi – efusi)

Kecepatan reaksi tergantung juga pada gaya pendorong

Jika gas A dan gas B bereaksi maka :Tahap I: A dan B berdifusi ke katalisatorTahap II: katalisator mengabsorbsi gas A dan gas B, dengan

demikian tumbuka A dan B menjadi jauh lebih besar dan terjadilah reaksi pada permukaan katalisator

Tahap III: zat-2 yang telah bereaksi kemudian ke luar dari katalisator (desorbsi)

32

0

2

0 2

.(dim :

( )

2

tan tan

e

e

dSO k S Sana S kadar SO padawaktu t

dt S S

S kadar SO pada kesetimbangan

S kadar SO mula

k kons te kecepa reaksi

KATALISATOR

Fungsi: mempercepat jalannya reaksi, tetapi tak mempengaruhi letak kesetimbangan.

Perkembangan katalisator pada proses pembuatan H2SO4: Platin, ada tiga jenis

1) Pt diletakkan pada asbes: asbes dicuci dengan asam dan dibilas dengan air emudian dicelupkan pada larutan PtCl4.

2) MgSO4 dalam bentuk serbuk disemprotkan PtCl4, kemudian dikenakan proses kalsinasi.3) Batu apung dalam bentuk serbuk disemprotkan PtCl4, kemudian dikenakan proses kalsinasi.Kelemahan katalisator Pt: mahal dan juga mudah keracunan

Fe2O3: mahal V2O5: murah dan tidak mudah keracunan (sekarang banyak dipakai)

RACUN KATALISATOR

• Katalisator keracunan jika: banyak menyerap zat-2 lain sehingga permukaannya berkurang sehingga kecepatan reaksi kurang.

• Penyerapan zat-2 lain biasanya bersifat fisik, kecuali As dan S yang diserap secara kimia.

• Regenerasi dilakukan dengan cara oksidasi kemudian direduksi kembali.

REAKSI PEMBENTUKAN SO3 DENGAN KATALISATOR V2O5

V2O5

V2O5

Udara dingin

Udara panas

SO3

SO2

O2

N2

SO2 + O2

N2

460 – 475oC

260oC

SO3 + O2 SO3

Reaksi berlangsung dalam converter dengan katalisator V2O5.

Gas SO2 dari waste heat boiler (WHB) masuk ke converter pada suhu 260oC dan oada katalisator ruang I pada suhu 570oC, 80% SO2 dapat diubah menjadi SO3.

campuran gas masuk ke ruang II pada suhu 460 – 475oC, gas SO3 yang terbentuk meningkat menjadi 97%, ini berarti 97% SO2 berubah menjadi SO3.

2 5V O

DIAGRAM ALIR PEMBUATAN ASAM SULFAT DENGAN PROSES KONTAK

H2SO4

Sulfur berner

Sulfur

Udara

H2SO4 encer

H2SO4

WHB

HE -1

HE -2

Konverter -1

Konverter -2

A B

Oleum 20%

Oleum 60%H2SO4 98%

A = penyerap asam sulfatB = penyerap oleum

LANGKAH-2 PROSES1. Udara untuk pembakaran belerang (sulfur) maupun waste heat boiler dilewatkan (WHB)

dibersihkan dengan asam sulfat.2. Hasil pembakaran belerang dibersihkan dalam WHB, kemudian dimasukkan ke dalam konverter-1

bersama-sama O2 setelah dilalukan pada HE-1 dan HE-2 reaksi:

SO2 + 1,5 O2 SO3

3. Hasil reaksi di atas dilewatkan kembali ke HE-2 kemudian masuk ke konverter-2 dan hasilnya dilewatkan ke HE-1, kemudian dialirkan ke menara penyrap B dimana diserap dengan oleum 20%. Hasilnya dikeluarkan sebagai oleum 60% dan sebagian yang masih berbentuk gas dikenakan penyerapan lagi dengan asam sulfat di menara penyerap A dan hasilnya adalah H2SO4 98%.

Penyerap gas SO3: Untuk mendapatkan oleum 60 – 70%, penyerapan SO3 dilakukan dengan menggunakan oleum

20%. Untuk mendapatkan oleum 20% SO3 larut dalam H2SO4 100% dipakai H2SO4 99% sebagai penyerap. Untuk mendapatkan H2SO4 99% dipakai H2SO4 98% sebagai bahan penyerap.

Faktor hubungan %oleum dengan kadar H2SO4 :

% SO3 = % H2SO4 x 0,8163 atau

Perbandingan SO3 terhadap 100% H2SO4 :

Ini berarti bahwa 100% H2SO4 mengandung 81,63% SO3.

32 4

%%

0,8163

SOH SO

3

2 4

80,060,8163

98,076

SO

H SO