BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1. Belerang

A. Sulfur

Proses pengambilan belerang yang tercampur dengan batuan-batuan dapat dilakukan dengan cara pemanasan,

kemudidan didestileer. Proses ini dapat diikuti sebagai berikut:

Batu-batu yang mengandung belerang disusun, kemudian dipanaskan, maka belerangnya akan meleleh ke bawah

disamping timbulnya gas-gas SO2. Alat diatas disebut Calcarone dan mempunyai kapasitas 200-700 meter kubik, dan

dari proses ini randemen belerang hanya 15% dari jumlah isi seluruhnya. Kemudian belerang ini dimurnikan dengan

jalan mendestilasi belerang. Belerang dilebur kemudian diuapkan. Uap belerang masuk ke dalam ruangan. Mula-mula

mengembun sebagai serbuk belerang dan kemudian setelah panas,mencair dan ditampung.

B. Sulfida-2 Belerang

Banyak senyawa dari sulfida-2 belerang, antara lain adalah Na2S dan Natrium Thiosilfat (Na2S2O3).

a. Pembuatan Na2S :

1. Pembakaran Na2SO4 dan C dalam dapur pada suhu 8500C.

Na2𝑆𝑂4 + 4 𝐶 8500𝐶 Na2S + 4CO

Na2S yang terjadi dilarutkan, disaring, dikristalkan berulang hingga menjadi Na2S. 9H2O. Jika zat ini

dipanaskan dalam suhu tetap 1600𝐶 selama 4-6 jam dalam bejana dari baja, maka akan mencair dan airnya

menguap hingga dapat diperoleh Na2S. H2O pekat.

2. BaSO4 + 4 C 8500C BaS + 4 CO

BaS + Na2CO3 BaCO3 + Na2S

Na2S dilarutkan lalu dikristalkan bertingkat hingga bersih menjadi Na2S. 9H2O

b. Pembuatan Natrium Tiosulfat : Na2 S2 O3

1. NaOH + SO2 Na2 SO3

Na2 𝑆O3 + S Na2 S2 O3

2. 2Na2S + Na2CO3 + 4 SO2 3 Na2 S2 O3 + CO2

Na2 S2 O3 dapat diperoleh secara kristalisasi bertingkat pada temperatur 1400𝐶.

C. Oksida-2 Belerang

Belerang dioksida 𝑆O2, manfaatnya antara lain:

1. Bahan mentah untuk pembuatan asam sulfat

2. Bahan desinfektan untuk makanan dan buah-buahan dalam kaleng.

3. Bahan mentah untuk pembuatan sulfit-2 dan thiosulfat.

4. Bahan pengkilang petroleum.

5. Bahan pendingin (refrigant) dll.

Untuk memperoleh gas 𝑆O2 biasanya didapat dari reaksi oksidasi belerang dan belerang yang dipakai adalah belerang

murni atau dari pyrit, menurut reaksi oksidasi sebagai berikut:

a. Bahan dasar belerang :

II. S + 1,5 O2 𝑆O3 H = -23.000 Cal

b. Bahan dasar pyrit:

I. 4 FeS2 + 11 O2 2 Fe2O2 + 8 SO2

II. . 4 FeS2 + 15 O2 2 Fe2O2 + 8 SO2

Flowsheet pembuatan gas SO2 dari belerang dapat diikuti sebagai berikut :

Gas SO2 dari hasil pembakaran belerang didinginkan lalu diserap dengan air dalam menara penyerap.

Larutan SO2 dalam air kemudian dipanaskan hingga uap SO2 keluar, lalu didinginkan. Setelah dikeringkan

dengan H2SO4 pekat dalam menara penyerap, lalu dikempat dan didinginkan hingga menjadi SO2 cair dan

disimpan dalam botol baja.

II.2. Asam Sulfat

Asam sulfat sangat penting untuk kehidupan industri-industri kimia lainnya, antara lain bermanfaat untuk membuat:

- H3PO4 dari Calcium Phospat

- (NH4 )2SO4 dengan amoniak (SO3)

- 1,5 (SO4)3 dengan kaoline

- dll

Secara skematis manfaat dari asam sulfat dapat digambarkan

II.3. Alat-Alat

A. Glover Tower

Didalam menara ini berisi potongan-potongan batu tahan asam dengan suhu didalamnya berkisar antara 4250 -

6000 C. Fungsi dari menara glover antara lain adalah sebagai berikut :

- melepaskan gas-gas oksida nitrogen dari asam nitosil sulfat. Untuk melepaskan ini kadar asam harus diturunkan

dengan menambah asam yang datang dari bilik timbal.

- Memekatkan asam kamar yang dimasukkan ke dalamnya.

- Mendinginkan gas-gas yang diperoleh dari pembakaran belerang.

- Untuk membentuk asam sulfat dari reaksi ini bisa terjadi dipuncak menara, karena disitu terdapat NO, SO2, H2O .

Disini biasanya berlangsung reaksi.

- Membersihkan kotoran-kotoran dari gas, karena gas-gas yang bertemu dengan uap terus-menerus, racunnya dapat

diserap.

- Menguraikan HNO3 yang mungkin ada (tak selalu ada).

B. Kamar Timbal ( Lead Chamber)

Dibagian dalam kamar ini dilapisi dengan timbal (Pb), sebab Pb dengan asam sulfat membentuk PbSO4 yang tetap

menempel didinding dan bersifat sebagai pelindung terhadap Pb yang ada dibawahnya. Biasanya berbentuk cylindris dan

biasanya semakin banyak jumlah kamar timbal ini reaksinya semakin baik. Pada dinding bagian luarnyadibuat berstrip agar

proses pendingan berlangsung sempurna. Fungsi dari kamar timbal antara lain :

- Sebagai tempat dalam waktu yang cukup untuk terjadinya reaksi.

- Meradiasikan panas keluar.

- Menjadikan permukaan unuk terjadinya kondensasi uap yang terjadi. Gas-gas yang masuk kamar timbal

kecepatannya berkurang, dan justru pada saat seperti ini terjadilah reaksi secara sempurna.

Adapun cara melakukan pengamatan :

- Pengawasan terhadap suhu, sebab reaksinya terjadi secara eksoterm.

- Warna gas dapat menunjukan apakah campuran itu cukup atau tidak. Jika gas berwarna violet maka No2 harus

ditambah, sedangkan jika terjadi kristal ,aka harus ditambahkan air.

- Gas dianalisa, baik untuk gas yang masuk maupun gas yang keluar.

- Dilakukan juga analisa terhadap asam yang terjadi.

C. Menara Gay-Lusaac

Susunan menara Gay-Lusaac hampir sama dengan menara glover, fungsi dari menara ini antara lain :

- Untuk menangkap oksida-oksida nitrogen, dengan menggunakan asam yang agak pekat. Karena proses

penyerapan, maka suhu harus rendah.

- Gas-gas yang keluar dari kamar timbal harus dijaga terhadap adanya gas SO2 agar NO / NO2 tidak bersifat korosif.

- Proses terjadinya reaksi

H2SO4 + NO + NO2 2 HOSO2ONO +H2O

Pendingin yang dipakai harus tahan asam, serta pompa untuk memompa gas-gas dan asam juga tahan asam

dan tahan terhadap suhu tinggi.

BAB III

PROSES PEMBUATAN

III.1. Proses Bilik Timbal

Proses pembuatan asam sulfat dengan cara bilik timbal dapat diikuti menurut flowsheet berikut ini :

Langkah –langkah yang dilakukan untuk membuat asam sulfat dengan proses bilik timbal adalah sebagai berikut :

- Gas SO2 bersama-sama gas-gas NO + NO2 (sebagai katalisator) dimasukkan kedalam menara glover dan

bersamaan dengan itu dimasukkan pula gas-gas yang datang dari menara Gay-Lusaac.

- Gas-gas dari menara glover dimasukkan ke dalam bilik timbal kemudian disemprot dengan air menghasilkan asam

Glover yaitu H2SO4 60𝑜Be.

- Dalam menara Gay-Lusaac diusahakan agar gas-gas NO dan NO2 tidak hilang dan dikembalikan ke menara

glover.

Cara-cara memperoleh gas-gas NO/NO2:

Cara-cara yang digunakan untuk memperoleh gas ini adalah dengan cara mengoksidasi amoniak. Amoniak

dididihkan kemudian dihembuskan angin dari bawah, terjadi reaksi oksidasi melaluik katalisator Platine (Pt) yang berbentuk

kasa. Hasil reaksi didinginkan dan menghasilkan gas NO.

Reaksi yang terjadi di dalam reaktor adalah sebagai berikut :

4 NH3 + 5 O2 4 NO + 6 H2O

2 NO + O2 2 NO2

Proses pembentukan gas-gas NO/NO2 ini dapat dilakukan menurut flow sheet di bawah ini :

- NH3 cair dipanaskan hingga mendidih, dan gas NH3 dimasukkan dari atas ke stripping column dimana terdapat

kasa platina sebagai katalisator dan dari bawah dihembuskan udara.

- Campuran gas-gas yang terbentuk didinginkan, airnya dikeluarkan dan gas-gas NO/NO2 ditampung yang

selanjutnya dipakai dalam proses pembuatan asam sulfat.

Reaksi-reaksi yang terjadi dalam proses pembuatan asam sulfat dengan proses bilik timbal adalah

I. Phase homogen dalam phase gas :

2 NO + O2 2 NO2

2 NO2 N2O4

II. Reaksi heterogen, phase gas dan cair

SO2 + H2O H2SO3

H2SO3 + NO2 H2SO4.NO

Asam violet

H2SO4.NO + NO2 atau O2 2 HOSO2ONO + H2O atau (+NO)

Asam nitrosil sulfat

2 HOSO2ONO + SO2 2 H2O 2 H2SO4.NO + H2SO4

III. Reaksi homogen phase cair

H2SO4.NO H2SO4 + NO

H2SO4NO + H2O H2SO4 + NO + NO2

H2SO4.NO + HNO3 H2SO4 + 2 NO2

III.2. Proses Kontak

Awal mulanya adanya proses penemuan antara SO2 dan O2 membentuk gas SO3 yang dialirkan didalam serbuk

platina. Terlebih saat munculnya industri-industri yang memang membutuhkan asam sulfat pekat. Sedangkan asam sulfat

yang diperolehnya dari proses kamar timbal saja tidak bisa dibuat menjadi asam sulfat pekat.

SO2 + 1,5 O2 SO3 H = -23.000 eal

Reaksi ini berdasar pada prinsip LE CHATELIER maka pada suhu yang tinggi konversinya akan berkurang.

Karena reaksinya setimbang maka akan mempunyai harga ketetapan seimbang. Pada umumnya ketetapan reaksi akan naik,

pada kenaikan suhu, tetapi kenaikan suhu akan menaikkan konversi.

Kecepatan Reaksi

Proses oksidasi SO2 menjadi SO3 adalah proses katalisa, yang mekanismenya dapat digambarkan sebagai berikut :

Jika gas A dan B bereaksi, maka tingkat I : A dan B berdefusi ke

katalisator. Tingkat II : katalisator tersebut mengabsorbsi gas A dan

B. Dengan demikian pertumbuhan jauh menjadi lebih besar.

Setelah itu terjadilah reaksi pada permukaan katalisator. Zat-zat

yang telah bereaksi kemudian keluar (dosorpsi). Jadi proses

katalisator menjadi 3 tingkatan kejadian, yaitu absorbsi – reaksi –

desorpsi, sehingga kecepatan reaksi tergantung pada kecepatan

absorbsi dan kecepatan desorpsi. Kecepatan reaksi juga tergantung

pada gaya pendorong :

𝑑 𝑆𝑂3

𝑑𝑖 =

𝑘 ( 𝑆− 𝑆𝑒 )

√ ( 𝑆𝑜 − 𝑆 )

Dimana : S = kadar SO2 pada waktu t

Se = kadar SO2 pada keadaan setimbang

So = kadar SO2 pada waktu semula

K = konstanta kecepatan reaksi

Katalisator

Fungsi katalisator adalah untuk mempercepat jalannya reaksi, tetapi tidak mempengaruhi letak kesetimbangan.

I. Katalisator yang pertama digunakan adalah Platina (Pt).

Untuk katalisator Pt ini ada tiga jenis yaitu :

- Pt yang diletakkan di asbes

Asbes dicuci dengan asam, kemudian dicuci dengan air, lalu dicelupkan pada PtC𝑙4

- MgSO4 (zat padat) ini ditumbuk sampai halus, lalu disemprot dengan Pt kemudian di calsinasi.

- Batu apung ditumbuk sampai halus, lalu disemprot dengan PtC𝑙4 kemudian di calsinasi.

II. Katalisator lain yang dapat dipakai adalah 𝐹𝑒2𝑂3

III. Katalisator yang sekarang banyak dipakai adalah (vanadium pentaoksida ) 𝑉2𝑂5 . Keuntungan dari katalisator ini adalah,

harganya murah dan tidak mudah diracun.

Racun Katalisator

Katalisator disebut keracunan apabila ia banyak menyerap zat-zat lain, sehingga permukaannya menjadi berkurang,

yang berarti mengurangi kecepatan reaksi yang diharapkan. Penyerapan yang kuat terhadap zat-zat tadi diserap secara

fisika, kecuali hal tertentu yang diserap secara kimia. Cara meregenerasi katalisator dapat dilakukan dengan car a

oksidasi, kemudian direduksi kembali.

Proses pembuatan Asam Sulfat dengan cara proses kontak dapat diikuti menurut flow sheet di bawah ini :

Udara yang dipakai untuk pembakaran belerang, dan waste heat boiler dibersihkan dengan 𝐻2𝑆𝑂4. Hasil pembakaran

belerang dibersihkan dalam waste heat boiler, kemudian dimasukkan ke dalam converter bersama-sama 𝑂2 setelah

dilakukan pada penukar kalor I dan II.

Hasil reaksi dari 𝑆𝑂2 + 1,5 𝑂2 𝑆𝑂3

Dilakukan kembali pada heat exchanger II kemudian dimasukkan lagi ke converter II dan kembalidimasukkan ke

dalam heat exchanger I, kemudian dialirkan lagi.

Hasil penyerapan ini, sebagian dikeluarkan sebagai oleum 60% dan sebagian yang masih berbentuk gas dilakukan

penyerapan lagi dengan asam sulfat, dan akan menghasilkan asam sulfat 98%.

Pengubahan SO2 menjadi SO3 menurut reaksi :

SO2 + 1,5 O2 SO3

Berlangsung dalam konverter dengan katalisator Vanadium Pentaoksida.

Gas SO2 dari waste heat boiler masuk ke konverter pada suhu 260𝑜

C dan

pada lapisan katalisator I pada suhu 570𝑜

C dan 80% dari SO2 dapat

diubah menjadi SO3. Dari katalisator pertama dengan suhu 260𝑜𝑜 masuk

ruang katalisator kedua sehingga 97% SO2 berubah menjadi SO3.

Penyerapan gas SO3.

Untuk memperoleh oleum 60%-70% penyerapan SO3 dilakukan dengan

menggunakan oleum 20%. Untuk memperoleh oleum 20% SO3 larut

dalam H2SO4 100% dipakai asam sulfat 99% sebegai penyerap. Dan untuk

memperoleh asam sulfat 99% dipakai asam sulfat 98% sebagai bahan

penyerap. Zat-zat dalam absorber I yang masih berbentuk gas dialirkan ke

absorber II dan diserap dengan asam sulfat, maka akan menghasilkan

asam sulfat 98%.

III.3. Pemekatan Asam Sulfat

Terdapat beberapa cara untuk memekatkan asam sulfat, antara lain :

A. Cara Cascade

Asam sulfat encer dimasukkan dari atas dan akan menyiram piringan-piringan yang tahan asam. Piringan dibuat bertingkat

dan semakin kebawah semakin meluas. Kemudian air ba dihembuskan bahan b bahan bakar. Terjadi penguapan dari bagian-

bagian yang tipis yang tumpah di antara piringan-piringan itu. Hasilnya asam sulfat akan lebih pekat.

B. Cara Menara (Retificatie)

Dengan cara menyelubungi gas panas, maka akan menambah tekanan uap pada asam sulfat. Gas-gas yang bersentuhan

dengan asam sulfat encer, maka sebagian asam sulfat anaik ke atas. Tapi kemudian uap ini bersentuhan lagi dengan asam

yang baru masuk dan turun lagi, menghasilkan asam sulfat yang jauh lebih pekat.

C. Pemekat Drum

Alat-alat yang dipakai bentuknya seperti drum. Asm encer dipertemukan dengan bahan bakar dan udara, sehingga sebagian

besar air akan terbawa oleh udara tersebut kemudian dilakukan ke pengendap Cottrel, agar jika ada asam sulfat, didinginkan

dan akan kelur sebagai asam sulfat yang lebih pekat.

D. Pemekat Vakum

Prinsip susunan alat-alatnya seperti pada pemekat drum, hanya tekanannya dijadikan vakum sehingga air lebih mudah

menguap.