BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Sejarah Industri Soda Kaustik

Industri soda kaustik sering kali disebut industri klor alkali. Industri ini selain

mengahsilkan soda kaustik atau alkali hidroksida (NaOH) juga menghasilkan klor (Cl2)

sebagai produk utamanya.

Proses elektrolisis berperan penting pada industri soda kaustik. Proses tersebut menghasilkan

produk berupa gas H2, gas Cl2, dan NaOH (dimana sumber ion klorida yang digunakan

adalah NaCl).

Produksi soda kaustik dengan cara elektrolisis sudah dikenal pada abad ke-18, tetapi

baru pada tahun 1890 soda kaustik diproduksi dengan cara ini untuk keperluan industri.

Sampai beberapa tahun sebelum Perang Dunia I, kuantitas soda kaustik yang dihasilkan

sebagai koproduk klor dari proses elektrolisis boleh dikatakan dapat diabaikan bila

dibandingkan dengan yang dibuat dari soda abu dengan kaustisasi gamping.

Kimiawan Swedia Karl Wilhelm Scheele menemukan klorin pada tahun 1774 dan

membuatnya dalam bentuk unsur melalui reaksi asam klorida dengan pirolusit (suatu mineral

yang mengandung MnO2).

Scheele tidak menyadari bahwa gas kuning kehijauan yang dihasilkannya adalah unsur dan

hal ini terus berlangsung sampai Humphry Davy mengidentifikasinya pada 1811 dan

menamainya klorin (dari kata Yunani chloros, berarti hijau). Sementara itu, Berthollet dan de

Saussure telah mendeskripsikan sifat pemutih dari klorin pada tahun 1786. Namun demikian,

klorin kurang memuaskan dalam beberapa hal zat ini akan merusak pakaian.

Kimiawan Skotlandia Charles Tennant membuat kemajuan penting pada tahun 1799

ketika ia mematenkan material yang disebutnya serbuk pemutih yang dibuat dengan

menjenuhkan kapur mati dengan klorin seperti reaksi berikut.

Ca(OH)2(s) + Cl2(g) CaCl(OCl)(s) + H2O(l)

Dengan demikian, paten pertama mengenai penggunaan klor di industri diterbitkan pada

tahun 1799 (seperempat abad setelah penemuannya) yaitu sebagai pemutih tersebut.

1

Selama hampir satu abad sesudah penemuan klorin pada tahun 1774, metode utama untuk

membuat klorin untuk zat pemutih masih merupakan proses reaksi asli yang pernah

digunakan oleh Scheele. Ini merupakan metode yang sangat boros, sebab sebagian mangan

dan sebagian klorin hilang sebagai MnCl2. Menjelang pertengahan abad ke-19, asam klorida

(produk samping yang berbahaya dari proses Leblanc) sudah banyak digunakan dalam

manufaktur pemutih dan diperlukan metode untuk mengoksidasinya yang lebih hemat.

Antara tahun 1868 dan 1874, kimiawan dan industriawan Inggris, Henry Deacon

mengembangkan suatu proses untuk mengonversi asam klorida gas menjadi klorin dengan

katalis tembaga klorida di mana kesetimbangan reaksinya tidak memuaskan.

Proses lain adalah proses Weldon, yaitu HCl dioksidasi dengan mangan dioksida yang

mahal. Pengembangan peralatan listrik arus searah berkapasitas besar menjelang akhir abad

ke-19 menyebabkan proses kaustisasi ini menjadi kuno dan pada pertengahan abad kedua

puluh, lebih dari 99% klor yang digunakan di dunia diproduksi dari proses elektrolisis.

1.2 Jenis-jenis Bahan Baku

Bahan baku utama dalam industri soda kaustik adalah:

Larutan garam (brine, 20-25% NaCl)

Air

Na2CO3

Listrik

Bahan baku samping dalam dalam industri soda kaustik adalah:

Asam sulfat (H2SO4)

Merkuri (Hg)

Asam Clorida (HCl)

1.3 Jenis-jenis Alternative Proses

Proses elektrolisis berperan penting dalam industri soda kaustik. Dimana larutan garam

(NaCl) dielektrolisis sehingga diperoleh kaustik soda (NaOH) serta hidrogen di sisi katode

dan gas klor (Cl2) di sisi anode. Jika diidnginkan klor dan natrium hidroksida sebagai produk

2

akhir, maka rancangan sel harus dibuat sedemikian rupa sehingga kedua bahan tersebut tidak

bercampur.

Terdapat tiga jenis rancangan sel pada proses elektrolisis yang banyak digunakan dalam

industri soda kaustik, yaitu:

1. Sel diafragma

2. Sel membran

3. Sel merkuri

Proses elektrolisis dengan sel difragma, ruang katode dan anode dipisahkan

menggunakan sekat yang disebut diafragma. Sel diafragma menjaga bercampurnya gas

hidrogen dan gas klor, karena kedua gas tersebut dapat menyebabkan terjadinya ledakan

apabila bercampur. Selain itu untuk mencegah bereaksinya soda kaustik dengan klorin yang

dapat membentuk natrium hipoklorit (NaClO) dan natrium klorat (NaClO3) pada temperatur

operasi diatas 400C.

Elektrolisis dengan menggunakan sel diafragma, arus DC dialirkan melalui sel agar

elektrolisa larutan natrium klorida dan arahnya dari anoda ke katoda, yang berlawanan arah

dengan aliran elektron.

GAMBAR 1.1 Diafragma Sel

3

Proses elektrolisis dengan sel merkuri anodenya terbuat dari grafit atau titanium, tetapi

katodenya adalah kolam aliran raksa (merkuri). Katode merkuri mempunyai overpotensial

yang lebih tinggi untuk mereduksi H2O menjadi OH- dan H2(g).

Sel merkuri cukup banyak memberi keuntungan daripada sel diafragma, terutama karena

dapat menghasilkan NaOH dengan kemurnian tinggi tanpa prosedur lanjutan yang terlalu

banyak. Proses dengan menggunakan sel merkuri menghasilkan konsentrasi larutan kaustik

soda tertinggi diantara ketiga jenis sel-sel yang lain.

Satu kerugian yang penting adalah sel merkuri memerlukan voltase yang lebih tinggi (kira-

kira 4,5 V) dibandingkan sel diafragma dan juga memerlukan energi listrik yang cukup

banyak, yaitu sekitar 3100 kWh/ton Cl2 dalam sebuah sel merkuri, dibandingkan dengan

2700 kWh dalam sel diafragma. Kerugian lain yang cukup serius dari sel merkuri ini adalah

perlunya pengendalian limbah merkuri ke lingkungan.

GAMBAR 1.2 Merkuri Sel

Proses elektrolisis larutan garam (brine) dengan menggunakan sel membrane merupakan

teknologi modern dalam industri soda kaustik.

Pada elektrolisis dengan sel membran, ruang anoda dan ruang katoda dipisahkan oleh suatu

membrane. Dimana membran hanya dapat dilalui oleh kation (ion positif) atau disebut juga

membran penukar kation. Membran penukar kation memiliki peranan penting sebagai media

yang memungkinkan terjadinya perpindahan ion-ion natrium (Na+) dari ruang anoda ke

4

ruang katoda dan mencegah mengalirnya ion Cl- ke ruang katoda serta mencegah sebagian

besar ion OH- ke ruang anoda sehingga soda kostik yang dihasilkan tidak bercampur dengan

larutan garam.

Larutan garam natrium klorida jenuh yang mengandung ion-ion Na+ and Cl– dialirkan ke

dalam ruang anoda, sedangkan pada ruang katoda diisi air murni. Suatu arus searah (DC)

kemudian dialirkan melalui sel tersebut. Sel membran beroperasi dengan menggunakan

larutan garam yang lebih pekat dan menghasilkan produk yang lebih murni dan lebih pekat.

GAMBAR 1.3 Membran Sel

Perbedaan Antara Ketiga Macam Sel Elektrolisis

Merkuri Diafragma Membran

Kualitas dari soda

kaustik

Tinggi, hanya

mengandung <30

ppm NaCl

Mengandung 1.0 –

1.5% berat NaCl

Tinggi,hanya

mengandung

<50 ppm NaCl

Konsentrasi soda

kaustik

50 % 12 % 33%

Bahan baku air Beberapapemurnian Beberapapemurnia Air garam yang

5

garam diperlukan,

tetapitergantung

padakemurniangara

m atauair

garamyang

digunakan

ndiperlukan,

tetapitergantung

padakemurniangara

m atauair

garamyang

digunakan

digunakan harus

dengan

kemurnianyang

tinggi agar tidak

mempengaruhi

kinerjamembran

Energi listrik yang

digunakan

(kWh/ton)

sekitar 3100 Sekitar 2700 2200-2500

Tingkat

pencemaran

lingkungan

Tinggi Tinggi Rendah

TABEL 1.1 Pebedaan ketiga macam sel elektrolisis

1.4 Kegunaan Produk

1.4.1 Kegunaan Soda Kaustik (NaOH)

Natrium hidroksida (NaOH), juga dikenal sebagai alkali kaustik soda, adalah

kaustik logam dasar . Natrium hidroksida adalah basa yang umum di laboratorium

kimia.  Natrium hidroksida ( NaOH ) banyak digunakan di banyak industri, terutama

sebagai kuat kimia dasar dalam pembuatan pulp dan kertas, tekstil, air minum, sabun

dan deterjen dan sebagai pembersih drain.

1. Industri Pulp dan Kertas

Industri pulp dan kertas merupakan salah satu pengguna terbesar produk

caustic soda di seluruh dunia, dimana caustic soda digunakan sebagai bahan baku

dalam proses pulping dan bleaching. Caustic soda juga digunakan dalam proses

6

daur ulang kertas bekas, yaitu dalam proses “de-inking” kertas bekas, disamping

juga banyak digunakan dalam proses pengolahan air.

2. Industri Tekstil

Dalam industri tekstil, caustic soda digunakan dalam pemrosesan kapas

disamping juga dalam proses pewarnaan serat sintetik seperti nilon dan polyester.

3. Industri Sabun dan Detergen

Dalam industri sabun dan deterjen, caustic soda digunakan dalam reaksi

saponifikasi, yaitu reaksi konversi minyak nabati menjadi sabun. Caustic soda juga

digunakan dalam pembuatan surfaktan anionic yang merupakan komponen penting

dalam produk deterjen maupun produk pembersih.

4. Industri Minyak dan Gas Bumi

Industri minyak dan gas bumi (migas) memanfaatkan kaustic soda dalam

tahap eksplorasi, produksi maupun pemrosesan minyak dan gas alam, dimana

caustic soda digunakan untuk menghilangkan bau yang berasal dari hidrogen

sulfida (H2S) maupun mercaptan.

5. Dalam proses produksi aluminium, caustic soda digunakan untuk melarutkan bijih

bauksit yang merupakan bahan baku dalam produksi aluminium.

6. Industri Kimia

Dalam industri kimia, caustic soda digunakan sebagai bahan baku atau

bahan kimia proses yang menghasilkan berbagai produk kimia hilir, seperti bahan

plastic, obat-obatan, pelarut, kain sintetik, adesif, zat pewarna, cat, tinta, dan lain-

lain. Caustic soda juga digunakan secara luas untuk menetralisasi limbah yang

7

bersifat asam dan juga untuk menyerap komponen dalam gas buang yang bersifat

asam.

7. Netralisasi Minyak

Salah satu contoh penggunaan NaOH dalam skala industri, yitu netralisasi

minyak. Netralisasi dengan kaustik soda banyak dilakukan dalam skala industry,

karena lebih efisien dan lebih murah dibandingkan dengan cara netralisasi lainnya.

Selain itu penggunaan kaustik soda, membantu dalam mengurangi zat warna dan

kotoran yang berupa getah dan lender dalam minyak.

Sabun yang terbentuk dapat membantu pemisahan zat warna dan kotoran

seperti fosfatidan dan protein, dengan cara mementuk emulsi. Sabun atau emulsi

yang terbentuk dapat dipisahkan dari minyak dengan cara sentrifusi.

Dengan cara hidrasi dan dibantu dengan proses pemisahan sabun secara

mekanis, maka netralisasi dengan menggunakan kaustik soda dapat

menghilangkan fosfatida, protein, rennin, dan suspense dalam minyak yang tidak

dapat dihilangkan dengan proses pemisahan gum. Komponen minor (minor

component) dalam minyak berupa sterol, klorofil, vitamin E, dan karotenoid hanya

sebagian kecil dapat dikurangi dengan proses netralisasi.

Netralisasi menggunakan kaustik soda akan menyabunkan sejumlah kecil

trigliserida. Molekul mono dan digliserida lebih mudah bereaksi dengan

persenywaan alkali. Reaksi penyabunan mono dan digliserida dalam minyak

terjadi sebagai berikut:

GAMBAR 1.4 Reaksi penyabunan

8

Pemakaian larutan kaustik soda dengan kensentrasi yang terlalu tinggi akan

bereaksi sebagian dengan trigiserida sehingga mengurangi rendemen minyak dan

menambah jumlah sabun yang terbentuk. Oleh karena itu, harus dipilih konsentrasi

dan jumlah kaustik soda yang tepat untuk menyabunkan asam lemak bebas dalam

minyak. Dengan demikian penyabunan trigliserida dan terbentuknya emulsi dalam

minyak dapat dikurangi, sehingga dihasilkan minyak netral dengan rendemen yang

lebih besar dan mutu minyak yang lebih baik.

1.4.2 Kegunaan Clorida (Cl2)

1. Sebagai disinfektan air dalam proses pembuatan air minum

2. Obat-obatan

3. Pulp dan kertas, pelarut, zat pewarna, tekstil, perminyakan, antiseptik, insektisida,

makanan, cat, plastik, pemutih

4. Klorin dalam bentuk Asam Klorida (HCl) digunakan pada industri logam sebagai

bahan baku ekstraksi.

5. Unsur halogen klorin dalam Kalium Klorida (KCl) digunakan sebagai pupuk

tanaman. 

6. Klorin dalam Kalsium hipoklorit [Ca (OCl2)2] digunakan sebagai desifektan dan

bahan pemutih.

7. Fungsi klorin dalam bentuk Kalium klorat (KCl) bahanbaku pembuat mercon dan

korek api. 

8. Klorin dalam bentuk Seng Klorida (ZnCl2) sebagai bahan pematri (solder).

1.4.3 Keguanaan Hidrogen

Hidrogen sering dibuat menjadi senyawa, misalnya asam klorida dan amonia, atau

digunakan untuk hidrogenasi senyawa organik. Gas ini dapat pula dibakar untuk

pembangkitan kalor atau digunakan di dalam sel bahan bakar untuk pembangkitan

listrik.hidrogen juga digunakan dalam industri pupuk, agen pereduksi bijih logam,

pemurnian minyak bumi, pembuatan metanol, hidrogen juga dipakai sebagai zat

pendingin rotor dalam generator listrik di stasiun penghasil listrik. H2 digunakan

sebagai pendingin rotor di generator pembangkit listrik karena ia mempunyai

9

konduktivitas termal yang paling tinggi di antara semua jenis gas. Baru-baru ini juga

hidrogen digunakan sebagai bahan campuran dengan nitrogen (kadangkala disebut

forming gas) sebagai gas perunut untuk pendeteksian kebocoran gas yang kecil.

Aplikasi ini dapat ditemukan di bidang otomotif, kimia, pembangkit listrik,

kedirgantaraan, dan industri telekomunikasi. Hidrogen adalah zat aditif (E949) yang

diperbolehkan penggunaanya dalam ujicoba kebocoran bungkusan makanan dan

sebagai antioksidan.

1.5 Aspek Ke-ekonomian Produk

Dewasa ini, berbagai jenis bahan kimia kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari

maupun dalam industri. Soda kaustik dan klor merupakan salah satu produk yang paling

penting. Dalam penggunaannya, bahan ini hampir setingkat dengan asam sulfat dan amonia.

Penerapannya sangat beraneka ragam, sehingga dapat dikatakan tidak ada barang konsumsi

yang diperjual belikan yang tidak bergantung pada klor dan alkali pada salah satu tahap

pembuatannya. Kedua produk ini hampir seluruhnya dijual kepada industri dan digunakan

dalam pembuatan serat dan plastik, kaca, petrokimia, pulp dan kertas, pupuk, bahan peledak,

pelarut, dan berbagai bahan kimia lainnya. Bahkan dalam skala kecil kaustic soda yang

digunakan sebagai produk pembersih rumah tangga, pembersih botol minuman, pembuatan

sabun skala kecil, dan lain-lain.

Karena sifatnya yang multifungsi, dari tahun ke tahun keinginan akan soda kaustik serta

Cl2 terus bertambah. Hal ini membuat produksi kaustik soda terus meningkat bahkan industri

yang menghasilkan soda kaustik ini cukup banyak dan berkembang.

Pada tahun 1998, total produksi dunia sekitar 45 juta ton.Amerika Utara dan Asia secara

kolektif memberikan kontribusi sekitar 14 juta ton, sementara Eropa memproduksi sekitar 10

juta ton. Di Amerika Serikat, produsen utama natrium hidroksida adalah Dow Chemical

Company, yang telah produksi tahunan sekitar 3,7 juta ton dari situs di Freeport, Texas , dan

Plaquemine, Louisiana. Produsen utama AS termasuk Oxychem , PPG , Olin , Pioneer

Perusahaan (yang dibeli oleh Olin), Inc (PIONA), dan Formosa. Semua perusahaan-

perusahaan ini menggunakan proses chloralkali.

10

Di Indonesia sendiri, industri yang menghasilkan soda kaustik serta klor alkali sudah

cukup banyak, bahkan dapat menghasilkan soda kaustik dalam skla besar. Hal ini

menunjukan bahwa soda kaustik dan klor memiliki nilai ekonomi yang cukup tinggi.

PRODUSEN KLORIN DI INDONESIA

Nama Perusahaan Kapasitas (ton / tahun)PT. Industri Soda Indonesia, Waru

PT. Kertas Basuki Rahmat, BanyuwangiPT. Trisana Chlor Alkali, Probolinggo

PT. Dong Jiu Indonesia, SerangPT. Asahimas Subentra Chemical, Cilegon

PT. Indochlor Prakasa Industri, Serang

4.5002.39014.0006.00020.000100.000

Tabel 1.2 Produsen klorin di Indonesia

PRODUSEN SODA KAUSTIK DI INDONESIA

Nama Perusahaan Lokasi Kapasitas (ton/tahun)Padatan

PT Asahimas Subentra ChemicalsPT Sulfindo Adiusaha

CilegonSerang

285.000215.000

CairPT Industri Soda Indonesia

PT Soda SumateraPT Indah Kiat Pulp and Paper

PT Kertas LetjesPT Tjiwi Kimia

PT Kertas Basuki RachmatPT Kertas Padalarang

PT PakerinPT Suparma

PT Miwon IndonesiaPT Sasa Fermentasi

SidoarjoMedanRiau

Probolinggo

SidoarjoBanyuwang

iPadalarangMojokertoSurabaya

GresikSidoarjo

12.0006.40010.0009.0007.2006.850750

15.0001.80012.0003.600

Tabel 1.3 Produsen soda kaustik di Indonesia [Sumber : CIC Indochemical No. 300, 2000]

11

BAB II

DESKRIPSI PROSES

2.1 Metode Produksi

Industri adalah bidang usaha/perusahaan yang menghasilkan barang atau jasa bernilai

ekonomi, melalui pemanfaatan sejumlah tertentu jenis sumber daya (bahan mentah/bahan

baku, teknologi, informasi, manusia, dan modal).

Dari pengertian diatas dapat diketahui bahwa setiap industri baik industri kimia maupun

industri lainnya akan selalu mempertimbangakan waktu, mutu, biaya dan lingkungan dalam

prosesnya.

Atas dasar pertimbangan itulah proses elektrolisis sel membran sering kali digunakan di

banyak industri. Elektrolisis dengan sel membrane merupakan proses yang paling ramah

lingkungan karena mengkonsumsi energi secara minimum, bebas polusi dan menghasilkan

kualitas produk baik.

2.2 Spesifikasi Bahan Baku

Pada proses elektrolisis dengan sel membran, bahan baku yang digunakan yaitu garam

(NaCl), Air, natrium karbonat (Na2CO3) serta asam klorida (HCl).

Spesifikasi bahan baku dalam industri kaustik soda dengan elektrolisis sel membrane

adalah sebagai berikut

12

a. Sifat Fisik

SIFAT FISIK

BAHAN BAKU UTAMABAHAN BAKU

TAMBAHAN

Natrium

CloridaAir

Natrium

CarbonatAsam Klorida

Fasa Padat Cair Padat Cair

Rumus Molekul  NaCl H2O Na2CO3 HCl

Berat Molekul (g/mol)  58,45 18,0153 106 36,5

Titik Lebur, 1 atm (0C)  800,4 0 8510 −27,32 (larutan 38%)

Titik Didih, 1 atm (0C)  1413 100 - 110 (larutan 20,2%)

Densitas (g/ml) 1,13 0.998 2,533 1,18

Kapasitas Panas

(cal/mol ⁰C)

1,8063 4184 4,3350 -

Panas Penguapan 40.810

cal/mol

40.7

kJ/mol

7.000

cal/mol

-

Entalpi Pembentukan

Standar (kJ/mol)

- –286.0 - -

Tabel 2.1 sifat fisik bahan baku

b. Sifat Kimia

Natrium Klorida (NaCl):

Dengan perak nitrat membentuk endapan perak klorida

NaCl + AgNO3 → NaNO3 + AgCl

Asam Klorida (HCl)

13

Hidrogen klorida (HCl) adalah asam monoprotik, yang berarti bahwa ia dapat

berdisosiasi melepaskan satu H+ hanya sekali. Dalam larutan asam klorida, H+

ini bergabung dengan molekul air membentuk ion hidronium, H3O+:[8][9]

HCl + H2O → H3O+ + Cl−

Ion lain yang terbentuk adalah ion klorida, Cl−. Asam klorida oleh karenanya

dapat digunakan untuk membuat garam klorida, seperti natrium klorida. Asam

klorida adalah asam kuat karena ia berdisosiasi penuh dalam air

Natrium Karbonat (Na2CO3)

CO2 murni dapat diperoleh dari melakukan pemanasan natrium bikarbonat pada

persamaan berikut:

2 NaHCO3     Na2CO3 + CO2  +  H2O

2.3 Spesifikasi Produk

Industri Kaustik Soda mengahasilkan Natrium Hidroksida, Cl2 (l) dan H2 (g) . Berikut

karakteristik dari ketiganya.

Natrium hidroksida (NaOH)

Natrium hidroksida (NaOH), juga dikenal sebagai soda kaustik atau sodium

hidroksida, adalah sejenis basa logam kaustik. Natrium Hidroksida terbentuk dari oksida

basa natrium oksida dilarutkan dalam air. Natrium hidroksida membentuk larutan alkalin

yang kuat ketika dilarutkan ke dalam air. Ia digunakan di berbagai macam bidang

industri, kebanyakan digunakan sebagai basa dalam proses produksi bubur kayu dan

kertas, tekstil, air minum, sabun dan deterjen. Natrium hidroksida adalah basa yang

paling umum digunakan dalam laboratorium kimia.

Natrium hidroksida murni berbentuk putih padat dan tersedia dalam bentuk pelet,

serpihan, butiran ataupun larutan jenuh 50%. Ia bersifat lembap cair dan secara spontan

menyerap karbon dioksida dari udara bebas. Ia sangat larut dalam air dan akan

melepaskan panas ketika dilarutkan. Ia juga larut dalam etanol dan metanol, walaupun

kelarutan NaOH dalam kedua cairan ini lebih kecil daripada kelarutan KOH. Ia tidak

14

larut dalam dietil eter dan pelarut non-polar lainnya. Larutan natrium hidroksida akan

meninggalkan noda kuning pada kain dan kertas.

Sifat-Sifat NaOH

Berikut adalah sifat-sifat fisik dari kaustik soda atau NaOH

a. Sifat fisik

Natrium Hidroksida

Nama Sistematis Natrium Hidroksida

Nama lain Soda kaustik

Sifat

Rumus molekul NaOH

Massa molar 39,9971 g/mol

Penampilan zat padat putih

Densitas 2,1 g/cm³, padat

Titik leleh 318°C (591 K)

Titik didih 1390°C (1663 K)

Kelarutan dalam air 111 g/100 ml (20°C)

Kebasaan (pKb) -2,43

Tabel 2.2 sifat fisik NaOH

Klor (Cl2 ) dan Hidrogen (H2)

a. Sifat Fisik

SIFAT FISIK Klor Hidrogen

Fasa Gas Gas

Rumus Molekul Cl2 H2

Berat Molekul 71 gr/mol 1,00794  gr/mol

Titik Lebur,1 atm 171,6  K 14,01  K

15

Titik Didih,1 atm 239,11 K 20,28  K

Densitas 3,2  gr/ml 0,08988  gr/ml

Kapasitas Panas 33,949

J·mol−1·K−1

28,836

J·mol−1·K−1

TABEL 2.3 sifat fisik Cl2 dan H2

b. Sifat Kimia

Hidrogen (H2)

Hidrogen terbakar menurut persamaan kimia:

H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)

2.4 Proses Elektrolisis dengan Sel Membran

Terdapat beberapa tahapan proses dalam pembuatan kaustik soda ini, diantaranya : tahap

pemurnian bahan baku, proses utama, tahap pengolahan akhir.

1. Pemurnian Bahan Baku

Tahap pemurnian bahan baku merupakan tahap awal dari proses ini. Tahap

pemurnian bahan baku meliputi pencampuran, pengendapan pengotor, penyaringan

pengotor, penukaran ion.

1) Pencampuran

Garam (97,7%) dilarutkan bersama air proses  dan garam lemah recycle pada suhu

90,6oC ke dalam tangki pencampur untuk mendapatkan larutan garam konsentrasi

27%. Larutan garam jenuh keluar dari tangki pencampur memiliki suhu 67,1oC

memasuki tangki  pengendap, suhu operasi yang baik untuk pengendapan adalah

diatas 60oC.

2) Pengendapan Pengotor

Larutan garam dari tangki pencampur memasuki tangki pengendap untuk

diendapkan pengotornya, diantaranya CaSO4, MgSO4,  CaCl2,  MgCl2 menggunakan

Na2CO3 dan NaOH dengan reaksi sebagai berikut:

CaSO4  +  Na2CO3   →  CaCO3↓       +  Na2SO4

16

MgSO4 +  2NaOH   →  Mg(OH)2 ↓+ Na2SO4

CaCl2     +  Na2SO4   →  CaSO4↓     + 2NaCl

MgCl2   + 2NaOH   →  Mg(OH)2↓ + 2NaCl

CaCl2    + Na2CO3   →  CaCO3 ↓       + 2NaCl

Reagen dan pengotor bereaksi membentuk endapan dan dikeluarkan dari dasar tangki.

Pemberian reagen dilakukan dengan kadar berlebih untuk mendapatkan hasil yang

optimum. Sekitar 60% dari pengotor yang mengendap keluar dari bagian bawah tangki

pengendap, sedangkan larutan lainya keluar dari bagian atas clarifier menuju ke filter.

3) Penyaringan (Filtrasi)

Endapan yang masih tersisa seluruhnya difilter dalam filter press.

4) Penukaran Ion

Selama proses sedimentasi tidak semua ion bereaksi dengan reagen dan dan akan

terdapat ion-ion yang tidak diinginkan sehingga diperlukan perlakuan lebih lanjut agar

NaCl yang akan di elekrolisis terbebas dari pengotor ‘impuritis’. Karena itu digunakan

resin untuk mengikat ion-ion tersebut.

Larutan NaCl dilewatkan pada resin. Resin yang mengikat kation disebut resin

kation dan resin yang mengikat anion disebut resin anion. Reaksi penukaran ion yang

terjadi adalah:

Resin kation : R-H + A- → R-A + H+

Resin anion  : R-OH – B+ → R-B + OH-

Proses diatas terjadi secara reversible sehingga bila resin sudah jenuh, atau tidak

bisa menangkap atau mengikat ion mineral positif/negative, bisa diregenerasi kembali.

Regenerasi dilakukan dengan mereaksikan kembali resin dengan asam-basa yaitu

NaOH dan H2SO4 sehingga ion mineral positif yang sudah terikat di resin akan terlepas

lagi. Reaksi regenerasi sebagai berikut:

2(R-A) + H2SO4 → 2(R-H) + A2SO4

2R-B    + NaOH → R-OH + NaB

17

2. Proses Utama

Prosen utama merupakan tahapan inti dari industri soda kaustik ini. Proses ini

terdiri dari pengasaman dan elektrolisis.

1) Penambahan HCl (Pengasaman)

Penambahan HCl dilakukan untuk mengurangi terjadinya pembentukan chlorate

pada sel elektrolisa, larutan masuk anoda diasamkan hingga pH 4.

2) Elektrolisa

Larutan yang keluar dari resin penukar ion sebelum memasuki sel elektrolisa akan

dipanaskan terlebih dahulu. Proses elektrolisa menggunakan titanium sebagai sel

anoda dan nikel sebagai sel katoda yang dialiri arus DC (direct current) sebagai

sumber energi.

Pada anoda feed masuk adalah larutan garam, ion Cl- pada NaCl teroksidasi dan

membuntuk Cl2 sedangkan ion Na+ kehilangan pasangan dan bergerak menuju katoda.

Pada katoda feed masuk adalah H2O dan NaOH recycle, ion H+ dari H2O tereduksi

menjadi H2 sehingga ion OH- kehilangan pasangan. Ion Na+ dan OH- ini selanjutnya

bertemu dan membentuk NaOH. Dihasilkan larutan NaOH yang dihasilkan 32%.

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

- Anode

Ionisasi : NaCl Na+ + Cl-

2Cl- Cl2 (g) + 2e-

- Katode

Ionisasi : H2O H+ + OH-

2 H+  +  2 e–     H2 (g)

Reaksi elektrolisis larutan garam (NaCl) secara keseluruhan dapat dituliskan sebagai

berikut:

2NaCl + 2H2O 2NaOH +Cl2(g) + H2(g)

18

Antara sel anoda dan katoda dibatasi oleh membran, yaitu nafion yang hanya

dapat dilalui oleh ion positif. 

Hasil samping dari proses elektrolisa ini berupa gas chlorine (Cl2) dan gas Hydrogen

(H2). Gas Cl2 diproses lebih lanjut menjadi Cl2 liquid, sedangkan gas H2 diblower ke

udara karena jumlahnya relatif sedikit.

GAMBAR 2.1 Diagram alir proses pemurnian dan proses elektrolisis

Larutan keluar anoda di recycle kembali menuju tangki pencampur. Sedangkan

larutan keluar katoda mengandung NaOH 32%, 10% direcycle kembali sebagai

umpan dan sebagian yang lain diproses lebih lanjut untuk mendapatkan NaOH 50%.

3. Pengolahan Akhir

1) Evaporasi

Untuk menghasilkan NaOH 50% maka diperlukan tahap selanjutnya yaitu

evaporasi. NaOH 32% yang keluar dari sel elektrolisa memasuki evaporator. NaOH

di evaporasi menggunakan steam sehingga NaOH 50% keluar. NaOH 50%

kemudian didinginkan melalui beberapa tahap pendinginan, pertama ditukarkan

panasnya dengan feed katoda sehingga suhunya turun, larutan ini kemudian

19

garam

lar garam

pemurnianbiasa

pemurnian denganpenukar ion

air

didinginkan kembali menggunakan air pendingin dan ditampung ke dalam tangki

penampung.

2) Evaporasi Akhir

Kaustik 50% yang sudah didinginkan dan diendapkan atau kaustik yang telah

dimurnikan secara khusus dapat dipekatkan dengan menggunakan evaporator akhir

efek-tunggal agar menjadi NaOH 70% sampai 75% dengan menggunakan uap

bertekanan 500 sampai 600 kPa. Kaustik yang sangat pekat ini harus ditangani

dengan pipa yang dipanasi dengan pipa uap agar tidak mengalami pembekuan.

Larutan itu lalu diteruskan ke periuk penyelesaian.

3) Penyelesaian Kaustik dalam Periuk

Walaupun penyelesaian kaustik 50% itu dulu dilakukan di dalam periuk-periuk

besi tuang dengan menggunakan pemanasan langsung, efisiensi kalornya cukup

rendah sehingga dewasa ini cara ini dilakukan hanya untuk kaustik 70% sampai 75%

saja. Suhu akhirnya adalah 5000C sampai 6000C dan ini menguapkan airnya sampai

kira-kira 1% yang tertinggal. Periuk-periuk besi ini sekarang digantikan dengan

evaporator. Cara ini juga untuk konsentrasi di atas 50%. Kaustik anhidro yang panas

itu diolah dengan belerang agar kandungan besinya mengendap dan keluar. Produk

ini dipompakan dengan pompa sentrifugal yang menyalurkan bahan meleleh itu ke

dalam drum-drum baja yang dapat menampung 320 kg atau ke dalam mesin

penyerpih.

20

GAMBAR 2.2 Diagram alir pemekatan larutan NaOH

4. Proses Pengolahan Produk Samping

Proses ini dilakukan untuk megolah Cl2 berfasa gas menjadi Cl2 yang berfasa cair.

Proses tersebut terdiri dari:

1) Pendinginan

Gas Cl2 keluar dari bagian atas anoda masih mengandung H2O yang terikut

dan sedikit O2 untuk mendapatkan Cl2 liquid dengan kemurnian 99,65% kandungan

air harus dihilangkan terlebih dahulu. Dimana Gas Cl2 didinginkan menggunakan

brine hingga suhunya mencapai 10oC pada suhu ini campuran gas Cl2 telah berada

pada dua fase. Campuran gas-liquid ini kemudian dipisahkan dalam flash separator,

produk atas dari flash separator berupas gas yang memiliki kandungan Cl2 sekitar

99,65.

21

D

H2O

lelehanNaOH

lar. NaOHencer

kukuslewatjenuh

kukustek. rendah

E2 E3E4

E5

E1C1

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. NaOHH2O

lumpur (Na2CO3,

Ca(OH)2, NaCl).

2) Pengeringan

Setelah didinginkan, gas klor dikeringkan dengan asam sulfat di dalam

menara pembasuh. Sampai pada menara asam sulfat ini, klor basah itu harus

ditangani dengan menggunakan bahan yang tahan, seperti poliester, polivinil

klorida, dan lain-lain.

3) Pemampatan dan Pencairan Klor

Untuk mendapatkan Cl2 liquid, gas Cl2 terlebih dahulu dinaikan tekananya,

kemudian dikondensasikan. Kompresi dilakukan dalam dua stage, kompresi

pertama tekanan Cl2 gas 1 atm dinaikan tekananya menjadi 4 atm, dan didapatkan

suhu keluar kompresor 154oC. Selanjutnya dilakukan pendinginan dari gas Cl2

untuk meringankan beban kompresor ke dua, gas Cl2 didinginkan menggunakan

brine hingga suhu 50oC. Kompresi yang kedua menaikan tekanan gas Cl2 dari

tekanan 4 atm menjadi tekanan 6 atm. Gas Cl2 keluar dari kompresor kedua pada

suhu 93oC, kemudian didinginkan dengan air pendingin hingga suhu 45oC, dan

dikondensasikan sehingga menjadi liquid hingga suhu 8oC.

Pada elektrolisa ini terjadi reaksi samping. Reaksi samping yang terjadi yaitu

pembentukan Chlorate (NaClO3) reaksi pembentukan chlorate :

H2O + Cl2             ↔ HClO + HCl

HClO + 3NaOH  → NaClO3 + 2NaCl + 3H2O

Perpindahan ion yang terjadi dalam elektrolisa juga tidak sempurna, sekitar 5% ion

Cl- lolos menuju katoda (Uhde), dan sekitar 5% ion OH- lolos menuju anoda,

membentuk NaOH dan kemudian membentuk chlorate.

Reaksi samping lain yang terjadi adalah sebagian dari H2O di anoda  juga

teroksidasi  dengan reaksi:

22

H2O  → 2H+ + O2 + 2e-

Reaksi ini menghasilkan gas O2 yang akan keluar dari bagian atas anoda, dan ion H+

yang akan menuju ke katoda, kemudian ion H+ bereaksi dengan OH- manjadi H2O

(back mixing).

Pengotor yang tidak dikehendaki dalam kaustik 50% adalah besi klorida,

NaCl, dan NaClO3. Penyingkiran besi-besi biasanya dilakukan dengan mengolah

kaustik itu dengan 1% berat serbuk kalsium karbonat dan menyaring campuran yang

dihasilkan. Klorida dan klorat dikeluarkan dengan meneteskan kaustik 50% itu ke

dalam kolom larutan ammonia 50%. Pengolahan ini menghasilkan kaustik yang

hampir bebas sama sekali dari klorida dan klorat

GAMBAR 2.3 Block diagram pembuatan NaOH

23

BAB 3

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Industri Soda Kaustik dapat disebut juga industri klor-alkali karena selain menghasilkan

kaustik soda (NaOH), industri ini menghasilkan gas klor (Cl2). Sebagian besar Industri soda

kaustik menggunakan elektrolisis khususnya elektrosis sel membran dalam proses

pengolahannya. Proses ini lebih banyak digunakan karena meghasilkan kualitas soda kaustik

yang lebih baik, ramah lingkungan, dan mengkonsumsi energi secara minimum.

Pada elektrolisis dengan sel membran, anode dan katode dipisahkan oleh membran.

Membran ini memiliki peranan sebagai media yang memungkinkan terjadinya perpindahan

ion-ion natrium (Na+) dari ruang anoda ke ruang katoda dan mencegah mengalirnya ion Cl-

ke ruang katoda serta mencegah sebagian besar ion OH- ke ruang anoda sehingga soda kostik

yang dihasilkan tidak bercampur dengan larutan garam. Bahan baku yang digunakan dalam

industri ini adalah garam (NaCl), natrium karbonat (Na2CO3), air (H2O), asam klorida (HCl),

dan litrik.

Soda kaustik dan klor merupakan salah satu produk yang paling penting. Penerapannya

sangat beraneka ragam, sehingga dapat dikatakan tidak ada barang konsumsi yang diperjual

belikan yang tidak bergantung pada klor dan alkali pada salah satu tahap pembuatannya.

Kedua produk ini hampir seluruhnya dijual kepada industri yang digunakan dalam pembuatan

serat dan plastik, kaca, petrokimia, pulp dan kertas, pupuk, bahan peledak, pelarut, dan

berbagai bahan kimia lainnya. Bahkan dalam skala kecil caustic soda yang digunakan sebagai

produk pembersih rumah tangga, pembersih botol minuman, pembuatan sabun skala kecil,

dan lain-lain.

24

DAFTAR PUSTAKA

Austin, G.T. 1984. Shreve’s Chemical Process Industries. New York : McGraw-Hill Book

Company.

Purba, Michael. 2006. Kimia untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Erlangga.

PT. Asahimas Chemical. http://www.asc.co.id/?idm=3&id=11

Meirina. Chlorine - caustic Soda. Diakses tanggal : 1 Mei 2014. http://membagiilmutekim-

meirina.blogspot.com/2011/05/caustic-soda.html.

25

LAMPIRAN

PERTANYAAN

Penanya : Fauzan Abdal Haq (142012039)

Bagaimana memisahkan NaClO3 dari NaOH ?

JAWABAN

Pengotor yang tidak dikehendaki dalam kaustik 50% adalah besi klorida, NaCl, dan NaClO3.

Penyingkiran besi-besi biasanya dilakukan dengan mengolah kaustik itu dengan 1% berat serbuk

kalsium karbonat dan menyaring campuran yang dihasilkan. Klorida dan klorat dikeluarkan

dengan meneteskan kaustik 50% itu ke dalam kolom larutan ammonia 50%. Pengolahan ini

menghasilkan kaustik yang hampir bebas sama sekali dari klorida dan klorat.

26