tugas pik naoh

10
Hanifah Nur Azizah 13/348290/TK/40870 PROSES PEMBUATAN SODA API (NaOH) Bahan baku utama yang digunakan dalam proses pembuatan NaOH adalah sebagai berikut : Larutan garam NaCl Air Na 2 CO 3 Listrik Selain itu, ada bahan samping untuk pembuatan NaOH yaitu : Asam sulfat (H 2 SO 4 ) Merkuri (Hg) Ada bermacam macam proses pembuatan NaOH dari NaCl, antara lain: 1. Sel Diafragma 2. Sel Merkuri 3. Sel Membran URAIAN PROSES Sebelum dimasukkan ke dalam sel elektrolisis, air garam terlebih dahulu harus melalui proses pemurnian karena mengandung pengotor seperti senyawa-senyawa kalsium, besi, dan magnesium. Pemisahan pengotor dapat dilakukan dengan menggunakan resin penukar ion. Akan tetapi, proses ini memerlukan biaya yang besar untuk pembelian dan regenerasi resin.Oleh karena itu digunakan senyawa kimia yaitu Na 2 CO 3 yang lebih murah. Pada sel membran dilakukan pengolahan tambahan dengan fosfat. Tahap-tahapnya adalah sebagai berikut. 1. Pengendapan Tahap awal dari pemurnian air garam adalah pengendapan kalsium dan ion magnesium sebagai kalsium karbonat (CaCO 3 ) dan magnesium hidroksida (Mg(OH) 2 )dengan menggunakan natrium karbonat dan natrium hidroksida. Logam (besi, titanium, molibdenum, nikel, kromium, vanadium, tungsten) juga dapat diendapkan sebagai hidroksida. 2. Penyaringan Pengotor yang berupa endapan dihilangkan dengan sedimentasi, filtrasi, atau kombinasi dari keduanya. Air garam murni harus mengandung idealnya [Ullmann, 1996]: Ca: <2 mg/l ;Mg: <1 mg/l ; SO 4 : <5 g/l

Upload: hanifah-nurazizah

Post on 01-Oct-2015

189 views

Category:

Documents


27 download

DESCRIPTION

proses pembuatan NaOH

TRANSCRIPT

  • Hanifah Nur Azizah 13/348290/TK/40870

    PROSES PEMBUATAN SODA API (NaOH)

    Bahan baku utama yang digunakan dalam proses pembuatan NaOH adalah sebagai berikut : Larutan garam NaCl Air Na2CO3 Listrik

    Selain itu, ada bahan samping untuk pembuatan NaOH yaitu : Asam sulfat (H2SO4) Merkuri (Hg)

    Ada bermacam macam proses pembuatan NaOH dari NaCl, antara lain: 1. Sel Diafragma 2. Sel Merkuri 3. Sel Membran

    URAIAN PROSES

    Sebelum dimasukkan ke dalam sel elektrolisis, air garam terlebih dahulu harus melalui proses pemurnian karena mengandung pengotor seperti senyawa-senyawa kalsium, besi, dan magnesium. Pemisahan pengotor dapat dilakukan dengan menggunakan resin penukar ion. Akan tetapi, proses ini memerlukan biaya yang besar untuk pembelian dan regenerasi resin.Oleh karena itu digunakan senyawa kimia yaitu Na2CO3 yang lebih murah. Pada sel membran dilakukan pengolahan tambahan dengan fosfat. Tahap-tahapnya adalah sebagai berikut. 1. Pengendapan

    Tahap awal dari pemurnian air garam adalah pengendapan kalsium dan ion magnesium sebagai kalsium karbonat (CaCO3) dan magnesium hidroksida (Mg(OH)2)dengan menggunakan natrium karbonat dan natrium hidroksida. Logam (besi, titanium, molibdenum, nikel, kromium, vanadium, tungsten) juga dapat diendapkan sebagai hidroksida.

    2. Penyaringan Pengotor yang berupa endapan dihilangkan dengan sedimentasi, filtrasi, atau

    kombinasi dari keduanya. Air garam murni harus mengandung idealnya [Ullmann, 1996]: Ca:

  • a. Proses Elektrolisis dengan Sel Diafragma Pada tahun 1890-an, suatu proses baru untuk produksi soda kaustik dan klorin

    dikembangkan dan penggunaannya berkembang dengan cepat,yaitu pembuatan natrium hidroksida dan klorin dari larutan garam secara elektrolisis. Soda kaustik dan klorin dapat bereaksi membentuk natrium hipoklorit (NaClO), dengan reaksi lebih lanjut untuk menghasilkan natrium klorat (NaClO3) pada temperatur operasi diatas 400C. Untuk mencegah hal tersebut, maka ruang katode dan anode dipisahkan menggunakan sekat yang disebut diafragma, sehingga sel ini dinamakan sel diafragma (Gambar 1). Teknik utama untuk elektrolisis di Amerika Serikat ialah sel diafragma.

    Sel diafragma juga menjaga bercampurnya gas hydrogen dan gas klor, karena kedua gas tersebut dapat menyebabkan terjadinya ledakan apabila bercampur. Sel diafragma terbuat dari suatu selaput berpori yang dapat dilalui ion-ion, namun tetap dapat menahan percampuran produk.

    Sel diafragma yang lama menggunakan anode grafit dan katode berupa kotak baja dengan sisi yang berpori. Apabila digunakan elektrode grafit, maka akan terjadi reaksi berikut. C(s) + 4 OH-(aq)CO2(g) + 2 H2O(l) + 4e- Dengan demikian, anoda harus diganti secara rutin.

    Diafragma terbuat dari bahan yang mempunyai sifat permeabilitas, seperti asbes atau fluorocarbon yang ditempatkan pada selaput berpori. Awalnya, diafragma yang digunakan terbuat dari asbes. Diafragma itu kemudian tersumbat karena pemakaian dan ini akan terlihat dari penurunan voltase. Diafragma itu harus diganti secara berkala. Sel yang menggunakan anode yang terbuat dari titanium yang dilapisi platinum, ruthenium, iridium jarang menyebabkan diafragma tersumbat sehingga sel dapat beroperasi selama 12-24 bulan tanpa pergantian diafragma.

    Pada pertengahan tahun 1980-an, dikembangkan diafragma yang bebas dari asbes, yaitu polimer fluorocarbon, terutama PTFE (politetrafluoroetilena). Diharapkan bahwa diafragma yang dikembangkan tersebut dapat memperpanjang umur pemakaian diafragma dan dapat mengatasi keberatan para pencinta lingkungan mengenai adanya kemungkinan asbes yang masuk ke lingkungan.

    Gambar 1 Sel Diafragma

  • Pada 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 electron. Reaksi terutama yang terjadi pada anode 2Cl-(aq)Cl2(g) + 2e- Eooks = - 1,36 V 2 H2O(l) O2(g) + 4H+(aq) + 4e- Eooks = - 1,23 V Dan reaksi di katode 2 H2O (l) + 2e-H2(g) + 2OH- (aq) Eored = - 0,83 V 2Na+ (aq) + 2e- 2Na (s) Eored = - 2,71 V

    Dari harga potensial reduksi di atas, reaksi keseluruhan yang terjadi di katode dan anode: Oksidasi : 2 Cl- (aq) Cl2 (g) + 2 e- Eooks = - 1,36 V

    Reduksi : 2 H2O (l) + 2 e-H2 (g) + 2 OH- (aq) Eored = - 0,83 V 2 NaCl(aq) + 2 H2O(aq) H2(g)+ Cl2(g) + 2 NaOH(aq) Eosel = - 2,19 V

    Dalam sel diafragma, perhatikan bahwa permukaan larutan sengaja dibuat lebih

    tinggi dalam kompartemen anode dari pada dalam katode. Hal ini bertujuan untuk meminimumkan migrasi OH- melalui diafragma ke anode, dimana ion tersebut dapat bereaksi dengan klorin yang sedang dihasilkan atau klorin akan mengalami disproporsionasi dalam keadaan basa. Dalam larutan alkali, Cl2 akan terdisproporsionasi menghasilkan ClO dan Cl. Cl2 + OH-ClO- + Cl-+ H+

    Pada sel diafragma, hasil dari ruangan katode merupakan suatu campuran, yaitu 10 -12% NaOH dan 14-16% NaCl (aq). Untuk pengiriman, larutan ini perlu dipekatkan terlebih dahulu, biasanya sampai 50% dan ini menelan banyak energi, biarpun menggunakan evaporator efek ganda. Untuk menghasilkan 1 ton kaustik 50% air yang harus diuapkan mecapai 2600 kg. Walaupun garam tidak terlalu larut dalam larutan kaustik, ion klorida yang masih tertinggal sedikit itu tidak dapat diterima bagi industri pemakainya (seperti industri dalam pembuatan rayon). Natrium klorat juga merupakan masalah jika kaustik itu hendak digunakan pada pembuatan gliserin, natrium sulfat, natrium hidrosulfat, dan bahan kimia lainnya.

    Larutan dari ruangan katode dipekatkan dengan penguapan air agar konsentrasi NaOH bertambah dan pemurnian NaOH dilakukan dengan pengkristalan NaCl (p). Hasil akhir dalam proses klor alkali tersebut adalah 50% NaOH (aq) dengan sekitar 1% NaCl berupa pengotoran. Cl2 (g) dapat mengandung sekitar 1,5% O2 (g) disebabkan proses oksidasi.

    Hukum kimia mensyaratkan bahwa setiap mol klorin yang dihasilkan melalui elektrolisis larutan garam diiringi dengan dua mol natrium hidroksida. Karena kebutuhan akan kedua produk tidak beribang secara deal, maka harga kedua komoditas ini berfluktuasi. Suatu produk samping dari reaksi ini adalah hidrogen. Hidrogen dapat

  • bereaksi langsung dengan klorin menghasilkan hidrogen klorida gas dengan kemurnian tinggi. Selain itu, hidrogen dapat direaksikan dengan nitrogen menghasilkan ammonia.

    b. Proses Elektrolisis dengan Sel Merkuri

  • Suatu proses elektrolisis dalam industri klor-alkali yang menghasilkan NaOH (aq) dengan kemurnian yang lebih tinggi dibandingkan dengan sel diafragma adalah sel merkuri. Dalam elektrosis tersebut, anodenya terbuat dari grafit atau titanium, tetapikatodenya adalah kolam aliran raksa (merkuri). Katode merkuri mempunyai overpotensial yang lebih tinggi untuk mereduksi H2O menjadi OH- menjadi H2(g).Reduksi yang terjadi adalah Na+ (aq) menjadi Na(l) yang larut dalam merkuri membentuk suatu amalgam (paduan raksa natrium) berupa 0,5% Na. Ion Cl- yang berasal dari larutan garam NaCl mengalami oksidasi di anoda menghasilkan gas Cl2. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : Katode : 2Na+(aq) + 2e-2Na(l) (dalam Hg) Anode : 2Cl-(aq) Cl2(g)+ 2e-

    NaHg masuk ke dalam denuder. Denuder adalah bejana berbentuk silindris diisi dengan bola-bola grafitdiimpregnasi dengan logam transisi (seperti Fe atau Ni). Di dalam denuder ditambahkan air, kemudian natrium almagam mengalami hidrolisis. Reaksinya adalah sebagai berikut : 2Na(l) (dalam Hg)+ 2H2O H2(g) + 2NaOH (aq) + Hg(l) Hg(l) yang dihasilkan kemudian dikembalikan lagi ke dalam sel elektrolisis. Bila untuk proses tersebut digunakan air dalam jumlah yang tepat, maka hasilnya ialah NaOH 50% dengan kandungan garam yang sangat rendah (30 ppm).

    Sel merkuri kiranya banyak member keuntungan daripada sel diafragma, terutama

    karena dapat menghasilkan NaOH dengan kemurnian tinggi tanpa prosedur lanjutan yang terlalu banyak. Satu kerugian yang penting adalah bhwa 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. Sebelum adanya pengaturan lingkungan, dilaporkan kehilangan merkuri sekitar 200 g Hg tiap metric ton Cl2yang diproduksi. Dewasa ini kehilangan merkuri ini

    Gambar 2. Sel Raksa

  • dibatasi sampai 0,28 g Hg tiap metric ton Cl2 dalam pabrik lama dan setengah dari jumlah ini dalam pabrik baru. Sekitar 25% dari produksi klor-alkali di Amerika Serikat dibuat melalui proses sel merkuri, tetapi preentase ini kelihatannya tidak akan meningkat sebab kesulitan dalam hal pengendalian limbah merkuri.

    c. Proses Elektrolisis dengan Sel Membran

    Membran pertukaran ion pertama kali dikembangkan pada awal 1970-an oleh Du

    Pont (Nafion), diikuti oleh Asahi Glass (Flemion).Proses elektrolisis larutan garam (brine) dengan menggunakan sel membran merupakan teknologi termodern dalam industri klor alkali. Beberapa jenis polimer dikembangkan untuk digunakan sebagai membran dalam industri tersebut. Du Pont mengembangkan polimer asam perfluorosulfonat (Nafion), sedangkan Ashai menggunakan membran berlapis banyak yang terdiri dari polimer asam perfluorosulfonat yang dilapisi pada satu sisinya dengan polimer asam perfluorokarboksilat.Untuk memberikan kekuatan mekanik membran, membran umumnya diperkuat dengan PTFE (polytetrafluoroethylene)serat.

    Dalam sel membran tersebut, ruang anoda dan ruang katoda dipisahkan oleh suatu membran yang dapat dilalui oleh kation (ion positif) atau disebut juga membran penukar kation.Membran penukar kation tersebut memiliki peranan penting yaitumenjadi media yang memungkinkan terjadinya perpindahan ion-ion natrium (Na+) dari ruang anoda ke ruang katoda. Namun, membran tersebut mencegah mengalirnya ion Cl-ke ruang katoda dan mencegah sebagian besar ion OH- ke ruang anoda sehingga soda kostik yang dihasilkan tidak bercampur dengan larutan garam.

  • Sel membran beroperasi dengan menggunakan larutan garam yang lebih pekat dan menghasilkan produk yang lebih murni dan lebih pekat (28% NaOH yang mengandung 50 ppm NaCl; dan produk dengan 40% NaOH pun akhir-akhir ini dikabarkan ada).Larutan garam natrium klorida jenuh yang mengandung ion-ion Na+ and Cldialirkan ke dalam ruang anoda, sedangkan pada ruang katoda diisi air murni.Suatu arus searah (DC) kemudian dialirkan melalui sel tersebut.

    Gambar 3. Sel Membran

    Pada anoda, ion-ion klorida (Cl) dalam larutan garam (NaCl) mengalami oksidasi menjadi gas klorin (Cl2), sedangkan pada katoda ion-ion hydrogen (H+) dalam air mengalami reduksi menjadi gas hydrogen (H2). Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : Katode : 2 H+ + 2 e H2 (g) Anode : 2Cl- Cl2+ 2e-

    Selanjutnya, ion-ion natrium (Na+) yang berpindah dari anoda ke katoda bereaksi dengan ion-ion hidroksida (OH) menghasilkan soda api (NaOH) dengan konsentrasi 32-35%. Untuk mencapai konsentrasi soda api 50%, larutan kaustik yang diproduksi harus dipekatkan dengan penguapan (terkonsentrasi di vaporizer). Reaksi elektrolisis larutan garam (NaCl) secara keseluruhan dapat dituliskan sebagai berikut:

    2NaCl + 2H2O 2NaOH+Cl2 + H2

    Karena gas klorin (Cl2) bersifat korosif, anoda harus dibuat dari logam yang tidak reaktif seperti titanium, sementara katoda dapat dibuat dari nikel.

    Proses pemurnian NaOH Evaporasi dan Pemisahan Garam

    Pada sel diafragma, dihasilkan 11% NaOH dan 15% NaCl. Untuk pengiriman, larutan tersebut perlu dipekatkan terlebih dahulu di dalam evaporator efek berganda yang

  • tabung-tabungnya terbuat dari nikel. Sebagian besar garam itu terkristalisasi ke luar dan dapat dipisahkan untuk kemudian didaur-ulangkan. Hasil akhir dari proses klor-alkali ini adalah 50% NaOH(aq) dengan sekitar 1% NaCl berupa pengotor. Bila kandungan NaCl sebesar 1% tidak menjadi masalah, larutan 50% ini dapat langsung dikirim sebagai produk dengan kepekatan komersial standar. Sel membran menghasilkan kaustik yang jauh lebih pekat dibandingkan sel diafragma (28%-40%), sedangkan kandungan klornya sedikit sehingga produk ini tidak banyak memerlukan evaporasi dan perlakuan lain. Demikian pula untuk sel merkuri, tidak diperlukan evaporasi untuk membuat produk dengan konsentrasi 50%.

    Dalam proses sel merkuri, kaustik soda 50% yang diperoleh langsung dari dekomposer/denuder biasanya dipompa ke menara pendingin, kemudian menuju sistem pembuangan merkuri dan kemudian menuju ke bagian penyimpanan akhir. Dalam beberapa kasus kaustik dipanaskan sebelum filtrasi. Metode yang paling umum untuk menghilangkan merkuri dari soda kaustik adalah pelat (atau daun) filter dengan precoat karbon. Dalam kondisi normal, merkuri-sel kaustik soda (NaOH sebagai 100%) mengandung 20-100 ppm natrium klorida dan 40-60 g Hg / kg NaOH.

    Evaporasi Akhir Kaustik 50% yamg 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.

    Penyelesaian Kaustik dalam Periuk

    Gambar 4. Skema Konversi Kimia pada Industri Klor-Alkali

  • 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 pompasentrifugal yang menyalurkan bahan meleleh itu ke dalam drum-drum baja yang dapat menampung 320 kg atau ke dalam mesin penyerpih.

    Pemurnian kaustik secara Khusus 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 seperti yang dihasilkan dari proses raksa.(Gambar 4).

    Perbedaan Antara Ketiga Macam Sel Elektrolisis Merkuri Diafragma Membran Kualitas dari soda kaustik

    Tinggi, hanya mengandung

  • Keunggulan dan kelemahan dari masing masing proses adalah sebagai berikut: 1. Sel Diafragma

    Sel diafragma memiliki keunggulan antara lain : Beroperasi pada tegangan yang lebih rendah dibandingkan sel merkuri Dapat beroperasi dengan air garam kurang murni daripada yang dibutuhkan oleh

    sel membrane Sel diafragma memiliki kelemahan yaitu bila menggunakan diafragma asbes, proses diafragma pada dasarnya menimbulkan masalah lingkungan. Asbes merupakan bahan beracun, menyebabkan kanker paru-paru dan asbestosis, dan tumor ganas pada paru-paru.

    2. Sel Merkuri Sel merkuri memiliki keunggulan yaitu menghasilkan NaOH pekat dengan kemurnian tinggi sehingga tidak memerlukan prosedur lanjutan lebih banyak. Adapun kelemahannya sel merkuri antara lain : Sel merkuri memerlukan voltase yang lebih tinggi (kira-kira 4,5 V) dibandingkan

    sel diafragma (3,5 V) dan juga menggunakan energi listrik yang cukup banyak, yaitu sekitar 3100 kWh/t (kilo Watt tons per metric ton) dibandingkan dengan 2700 kWh/t dalam sel diafragma.

    Merkuri mempunyai dampak negatif terhadap lingkungan. Tragedi yang dikenal dengan Minamata Disease (penyakit Minamata), berdasarkan penelitian ditemukan penduduk di sekitar kawasan tersebutmemakan ikan yang berasal dari laut sekitar Teluk Minamata yangmengandung merkuri yang berasal dari buangan sisa industri plastik. Gejala keanehan mental dan cacat saraf mulai tampakterutama pada anak-anak.Semua komponen merkuri baik dalam bentuk metil dan bentuk alkil yangmasuk ke dalam tubuh manusia secara terus menerus akanmenyebabkan kerusakan permanen pada otak, hati, dan ginjal.

    3. Sel Membran Sel membran memiliki keunggulan antara lain :

    Dapat memproduksi larutan soda kaustik murni dan menggunakan listrik kurang dari proses lainnya (2200-2500 kWh/t).

    Proses membran tidak menggunakan bahan yang sangat beracun seperti merkuri dan asbes.

    Sel membran memiliki kelemahan yaitu : Air garam memasuki sel membran harus dengan kemurnian sangat tinggi sehingga sering membutuhkan langkah pemurnian mahal tambahan sebelum elektrolisis.

    Daftar Pustaka https://heruagungsaputra.files.wordpress.com/2013/07/industri-klor-alkali.docx diakses pada 21 Maret 2015 pukul 19.55 WIB http://en.wikipedia.org/wiki/Chloralkali_process diakses pada 21 Maret 2015 pukul 20.01 WIB