Pabrik Sodium Carbonate dari CaCO3, NaCl dan NH3

Standar

ABSTRAK

Prarancangan pabrik Sodium Carbonate ini menggunakan CaCO3, NaCl dan NH3 sebagai bahan baku dan katalis. Proses produksi secara keseluruhan melibatkan proses penghancuran (crusher), kalsinasi, absorpsi, karbonasi, dan pengeringan. Kapasitas produksi pabrik Sodium Carbonate  ini adalah 250.000 ton pertahun dengan hari kerja 330 hari pertahun. Bentuk perusahaan yang direncanakan adalah Perseroan Terbatas (PT) dengan menggunakan metode struktur organisasi garis dan staf. Kebutuhan tenaga kerja untuk menjalankan perusahaan ini berjumlah 160 orang. Lokasi pabrik direncanakan didirikan di Kecematan Batee, Kabupaten Pidie, Pemerintahan Aceh dengan luas tanah 20.000 m2. Sumber air pabrik Sodium Carbonate ini berasal dari Sungai Beheu, Kabupaten Pidie, Pemerintahan Ace yang berjarak ± 1,25 km dari pabrik dan untuk memenuhi kebutuhan listrik diperoleh dari Perusahaan Listrik Negara (PLN) dan generator dengan daya 15.428 kWh.

1.1.      Sifat-sifat kimia bahan baku

  1. Ammonia

–       Kebasaan
Salah satu sifat yang paling karakteristik amonia adalah kebasaannya. Amonia dapat bereaksi dengan asam untuk membentuk garam, sehingga dengan asam klorida membentuk klorida amonium (sal-amoniak); dengan asam nitrat membentuk  amonium nitrat, dll.

HCl + NH3 → NH4Cl                                                                                                               (1.1)

Garam yang dihasilkan oleh reaksi ammonia dengan asam dikenal sebagai garam amonium dan semuanya mengandung ion amonium (NH4+). Amonia anhidrat sering digunakan untuk produksi metamphethamin. Amonia encer berair dapat diterapkan pada kulit untuk mengurangi efek dari racun asam hewan, seperti dari serangga dan ubur-ubur.

–       Keasaman
Walaupun amonia dikenal sebagai basa lemah, juga dapat bertindak sebagai asam yang sangat lemah. Ini adalah zat protik dan mampu membentuk amida (yang mengandung ion-NH2).

Sebagai contoh, lithium larut dalam amonia cair untuk memberikan solusi amida lithium:

2Li + 2NH3 → 2LiNH2 + H2                                                                                                (1.2)

–       Self-disosiasi
Seperti air, amonia mengalami autoionisasi untuk membentuk asam dan basa konjugasi:

2NH3(l) + ↔NH+4(aq) + NH-2(aq)                                                                                    (1.3)

Pada tekanan dan temperatur standar, [NH+4] [NH-2] = 10-30 M2

–       Pembakaran
Hasil pembakaran amonia menghasilkan nitrogen dan air, ini adalah reaksi eksotermik:

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O(g) (ΔH º r = -1267,20 kJ / mol)                              (1.4)

Perubahan entalpi pembakaran standar (ΔHºC) adalah -382,81 kJ / mol. Namun, Nitrogen oksida dapat terbentuk sebagai produk kinetik bila direaksikan dengan katalis yang tepat, reaksi penting industri besar dalam produksi asam nitrat yaitu:

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O                                                                                              (1.5)

Pembakaran amonia di udara sangat sulit tanpa adanya katalis (seperti kasa platina), karena suhu api biasanya lebih rendah dari suhu pengapian dari campuran amonia-udara. Kisaran mudah terbakarnya amoniak dalam udara adalah 16-25%.

  1. Garam

Natrium klorida menghasilkan endapan  putih bila direaksikan dengan perak nitrat (AgNO3) dan timbal asetat (PbAc), dimana reaksinya ditunjukkan pada persamaan 1.6 dan 1.7.

NaCl + AgNO3 → NaNO3 + AgCl                                                                                      (1.6)

NaCl + PbAc → NaAc + PbCl2                                                                                           (1.7)

c. Batu kapur

Kalsium karbonat memiliki sifat khas karbonat lainnya. Khususnya: bereaksi dengan asam kuat, melepaskan karbon dioksida:

CaCO3(s) + 2HCl(aq) → CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l)                                               (1.8)

Kalsium karbonat melepaskan karbon dioksida pada pemanasan (di atas 840°C dalam kasus CaCO3), untuk membentuk kalsium oksida, yang biasa disebut kapur, dengan reaksi entalpi 178  kJ/mol:

CaCO3 → CaO + CO2                                                                                                                (1.9)

Kalsium karbonat akan bereaksi dengan air yang  jenuh dengan karbon dioksida untuk membentuk kalsium bikarbonat larut.

CaCO3 + CO2 + H2O →  Ca(HCO3)2                                                                               (1.10)

2.1 Proses Produksi Natrium Karbonat

Secara umum ada tiga proses pembuatan natrium karbonat dalam industri yaitu:

  1. Proses Le Blanc
  2. Proses Solvay
  3. Proses Trona
  • Alkali Extraction Process  
  • Sesquicarbonate Process
  • Monohydrate Process

2.1.1 Proses Le Blanc

Proses Leblanc adalah proses batch, dimana natrium klorida menjadi sasaran serangkaian perngolahan, yang akhirnya menghasilkan natrium karbonat. Pada langkah pertama, natrium klorida dipanaskan dengan asam sulfat untuk menghasilkan natrium sulfat (disebut kue garam) dan gas hidrogen klorida menurut persamaan 2.1:

2NaCl(s) + H2SO4(l) →   NaHSO4(s) + 2HCl(g)                                                           (2.1)

Reaksi kimia ini telah ditemukan pada tahun 1772 oleh kimiawan Swedia Carl Wilhelm Scheele. Kontribusi Leblanc adalah langkah kedua, di mana cake garam dicampur dengan kapur yang telah dihaluskan (kalsium karbonat) dan batubara. Dalam reaksi kimia berikutnya seperti yang ditunjukkan pada persamaan 2.2 dan 2.3, batubara (karbon) dioksidasi menjadi karbon dioksida, mengurangi sulfat untuk sulfida dan meninggalkan campuran karbonat natrium padat dan kalsium sulfida, yang disebut abu hitam.

Na2SO4(s) + 4C(s)       →    Na2S(s) + 4CO(g)                                                                  (2.2)

Na2S(s) + CaCO3(s)    →    Na2CO3(s) + CaS(s)                                                              (2.3)

Karena natrium karbonat larut dalam air, tetapi tidak kalsium karbonat atau kalsium sulfida, abu soda kemudian dipisahkan dari abu hitam dengan mencuci dengan air. Air pencuci kemudian diuapkan kembali untuk menghasilkan natrium karbonat padat. Proses ekstraksi ini disebut lixiviation (ESAPA,2004).

2.1.2 Proses Solvay

            Proses Solvay menghasilkan produk utama berupa natrium karbonat (Na2CO3), yang dibuat dari air garam (sebagai sumber natrium klorida (NaCl)) dan dari batu kapur (CaCO3) sebagai sumber kalsium karbonat. Proses keseluruhan meliputi reaksi 2.4.

2NaCl + CaCO3 → Na2CO3 + CaCl2                                                                                  (2.4)

Implementasi aktual dari reaksi ini, secara keseluruhannya cukup rumit. Penjelasan sederhana dapat diberikan dengan menggunakan empat reaksi kimia berbeda berinteraksi yang diilustrasikan dalam Gambar 2.3.

 Skema reaksi proses solvay (http://en.wikipedia.org/wiki/Solvay_process)

Pada langkah pertama dalam proses tersebut, karbon dioksida (CO2) melewati suatu larutan natrium klorida (NaCl) terkonsentrasi dan amonia (NH3) dengan reaksi:

NaCl + CO2 + NH3 + H2O → NaHCO3 + NH4Cl                                                           (2.5)

Dalam praktek industri, reaksi dilakukan dengan melewatkan air garam terkonsentrasi melalui dua menara. Pertama,  gelembung amonia menguap ke atas menara melalui air garam dan amonia akan terserap ke dalam larutan garam. Kedua,  gas  karbon dioksida diumpankan dari bawah menara yang akan berkontak dengan larutan amonia garam (brine ammonia) yang diumpan dari atas menara, dan menghasilkan natrium bikarbonat (NaHCO3) dan (NH4Cl). Perhatikan bahwa, dalam larutan dasar, NaHCO3 kurang larut dalam air dari pada natrium klorida. Pemulihan Amoniak (NH3) dari larutan NH4Cl, yang akan menghasilkan produk samping asam klorida (HCl) bila ada proses selanjutnya, sehingga mengurangi pengendapan.

Amoniak “katalis” yang diperlukan untuk reaksi (2.5) adalah daur ulang dari langkah selanjutnya, sehingga relatif sedikit amonia dikonsumsi. Karbon dioksida diperlukan untuk reaksi (2.5) dihasilkan oleh pemanasan “kalsinasi” dari batu kapur di kiln pada suhu 950-1100°C. Kalsium karbonat (CaCO3) dari batu gamping dikonversi menjadi kalsium oksida (CaO) dan karbon dioksida menurut persamaan reaksi 2.6.

CaCO3 → CO2 + CaO                                                                                                               (2.6)

Natrium bikarbonat (NaHCO3) yang yang dihasilkan dari reaksi (2.5) disaring dari amonium klorida (NH4Cl), dan NH4Cl kemudian bereaksi dengan kalsium oksida (CaO) yang dihasilkan dari pemanasan batu kapur pada rekasi (2.6).

2NH4Cl + CaO → 2NH3 + CaCl2 + H2O                                                                         (2.7)

Amoniak dari reaksi (2.7) di daur ulang kembali ke larutan brine pada reaksi (2.5). Natrium bikarbonat (NaHCO3) merupakan endapan dari reaksi (2.5), kemudian dikonversi menjadi produk akhir. Natrium karbonat (Na2CO3) dihasilkan dengan mengkalsinasi natrium bikarbonat pada temperatur 160-230oC, yang akan menghasilakanair dan karbon dioksida sebagai produk sampingan, seperti yang ditunjukkan pada persamaan 2.8.

2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2                                                                                  (2.8)

Karbon dioksida dari rekasi (2.8) akan digunakan kembali pada reaksi (2.5). Jika pabrik ini benar akan dirancang dan dioperasikan, proses solvay bisa me-recovery hampir semua amonia yang digunakan. Sehingga hanya sejumlah kecil amonia yang di make-up untuk  menutupi kehilangannya selama proses. Kebutuhan yang besar dalam proses Solvay adalah garam, batu kapur dan energi panas. Produk samping utama yang didapatkan adalah kalsium klorida (CaCl2) pada reaksi (2.7) (ESAPA,2004).

2.2.3        Proses Trona

2.2.3.1 Alkali Extraction Processs

Proses ekstraksi alkali dijalankan untuk adalah dengan melarutkan trona (trisodium hydrogendicarbonate dihydrate) (Na3(CO3)(HCO3)•2H2O) mentah dengan larutan natrium hidroksida, untuk mendapatkan larutan natrium karbonat menurut reaksi persamaan 2.16.

Na3(CO3)(HCO3).2H2O + NaOH → 3NaCO3 + 3 H2O                                               (2.9)

Selanjutnya natrium karbonat disaring dari larutan induk dan dipanaskan. Slurry itu disaring dan larutan induk didaur ulang untuk menguraikan bahan baku. Regenerasi ini dilakukan dengan menambahkan natrium hidroksida (NaOH) ke larutan induk.

Kristal monohidrat dikeringkan dan dikalsinasi. Parameter yang paling penting dalam proses ekstraksi dengan larutan basa adalah; suhu pelarutan sodium hidroksida dan suhu evaporator kristalisasi. Suhu yang tepat untuk penguraian dan evaporator kristalisasi masing-masing adalah 30oC dan 100oC. Diagram alir proses ekstraksi alkali.

Mohon di tinggalin comment yea!!!!!

About buyunkch4n1490

semua yang akan dilakukan di iringi dengan niat yang tulus ikhlas tanpa mengharap sesuatu. saling berbagi apa yang dimiliki, mungkin kita sama-sama membutuhkannya

Komentar ditutup.