Berbagai Senyawa Kalsium

Kalsium Karbonat

Kalsium karbonat adalah bahan kimia yang sangat banyak dipakai, baik dalam keadaan murni maupun keadaan  tak murni. Sebagai kepingan marmer, bahan ini dijual dalam berbagai ukuran sebagai pengisi batu buatan, untuk menetralisasi asam, dan sebagai krikil ayam. Debu marmer digunkan sebagai abrasif dan di dalam sabun. Batu gamping mentah yang sudah dipulverisasi digunakan dalam jumlah besar di bidang pertanian. Untuk menggantikan kapur dan bahan putih (whiting) yang banyak diimpor di Amerika Serikat, sekarang sudah banyak dipakai batu kapur pulverisasi dan gilingan yang dibuat dengan hati hati dari bahan baku yang sangat murni. Bahan putih (whiting) adalah kalsium karbonat putih murni dan halus, yang dibuat dengan cara menggiling basah kapur alam. Kabur labur dicampur dengan minyak lena (linseed) 18% menghasilkan dempul, yang set karena oksidasi dan pembentukkan garam kalsium. Sebagian besar bahan putih dikonsumsi di dalam industri kramik. Bahan putih buatan dibuat dengan presipitasi larutan natrium karbonat mendidih atau dengan melewatkan karbon dioksida ke dalam suspensi susu gamping (milk+of-time). Sebagian besar suspensi digunakan dalam cat, karet, farmasi, dan industri kertas.

Kalsium Sulfida

Kalsium sulfida dibuat dengan mereduksi kalsium sulfat dengan kokas. Penggunaannya terutama adalah sebagai perontok rambut dalam industri penyamakan kulit dan kosmetik. Dalam bentuk tergiling halus, bahan ini digunakan dalam cat pendar. Polisulfida, seperti CaS2 dan CaS5 dibuat dengan memanaskan belerang dan kalsium hidroksida digunakan sebagai fungisida.

Garam garam Halida

Kalsium klorida didapat secara komersial sebagai hasil samping pebrik kimia dan dari air asin alam yang mengandung magnesium klorida. Pada tahun 1980 penjualanya meliputi 730.000 ton. Penggunaanya terutama adalah untuk mematikan debu dijalan raya (karena sifatnya basah leleh dan lembab), untuk mencairkan es dan salju di jalan raya pada musim dingin, untuk mcairkan kebekuan pada batu bata, dalam fluida sumur minyak dan gas, dan sebagi anti beku dalam beton.

Kalsium bromida dan iodida mempunyai sifat sifat serupa dengan klorida. Bahan ini dibuat dengan aksi asam halogen atas kalsium oksida atau kalsium karbonat, dan dijual sebagai heksa hidrant dan digunakan dalam pengobatan dan fotografi. Kalsium fluorida terdapat secara alamiah sebagai fluorspar. Kalsium hipoklorit [Ca(OCL2)] dibuat dengan reaksi klor pada kalsium hidroksida. Penggunaannya terutama untuk pembersihan kolam renang.

Kalsium Arsenat

Kalsium arsenat dibuat dengan reaksi kalsium klorida, kalsium hidoksida, dan natrium arsenat atau gamping dan asam arsenat.

2CaCL2(aq) + Ca(OH)2(c) + 2Na2HAsO4(aq) ———> Ca2(AsO4)2(c) + 4NaCL+ 2H2O(l) DH= -27,8 kJ

Biasanya juga terdapat sedikit gamping bebas. Kalsium arsenat banyak digunakan sebagai insektisida dan fungisida.

Senyawa Organik Kalsium

Kalsium asetat atau laktat dibuat dengan mereaksikan kalsium karbonat atau hidroksida dengan asam asetat atau laktat. Pada masa lalu, asetat dipirolisis dalam jumlah besar untuk menghasilkan aseton, tetapi sekarang digunakan terutama dalam pewarnaan tekstil. Laktat diperjual belikan untuk digunakan sebagai obat dan didalam makanan sebagai sumber kalsium. Dan merupakan zat antara dalam permurnian asam laktat hasil fermentasi. Sabun kalsium seperti stearat, palminat, dan abietat, dibuat melalui reaksi garam natrium dengan asam di dalam garam kalsium yang dapat larut, misalnya korida. Sabun ini tidak larut didalam air, tetapi larut didalam hidroksida. Diantaranya massa yang berbentuk jeli, sebagai penyusun gemuk plumas. 

Reaksi Hidrasi dan Dehidrasi Gipsum

Gipsum adalah mineral yang terdapat di dalam endapan besar di dunia. Gipsum adalah hidrat kalsium sulfat, dengan rumus CaSO4.2H2O. Bila dipanaskan akan terjadai reaksi sebagai berikut :

CaSO4.2H2O (c) -----------------> CaSO4.1/2H2O (c) + 1/2 H2O                DH,25C = + 69 kJ

Jika pemanasan dilakukan pada temperature yang tinggi lagi, gipsum akan kehilangan airnya dan menjadi kalsium sulfat anhidrat, atau anhidrit. Gipsum kalsinasi (garam setengah air) dapat dibuat menjadi plaster dinding dengan menambahkan bahan pengisi seperti asbes, pulp kayu, atau pasir. Tanpa penambahan ini, gipsum disebut plaster paris dan di gunakan untuk membuat cetakan atau plaster dinding yang bersifat hidraulik dan mengeras di dalam air, dan sedikit larut di dalam air dan tidak boleh digunakan di lingkungan.

Kalsinasi Gipsum

Cara yang biasa untuk kalsinasi gipsum adalah dengan menggiling mineral tersebut dan menempatkannya didalam kalsinator besar yang dapat menampung 9 sampai 22 ton. Temperatur dinaikkan 120 C sampai 150 C, dengan selalu mengaduknya sampai temperature homogen. Bahan didalam ketel, yang dikenal oleh masyarakat awam sebagai plaster paris dan oleh para pembuat sebagai plaster endap pertama (firs settle plaster) dapat diambil dan dijual, jika dipanaskan lagi sampai 190 C akan menghasilkan produk yang disebut plaster endap kedua ( second settle plaster).

Plaster endap pertama adalah setengah hidrat CaSO4.1/2H2O, dan bentuk kedua adalah anhidro. Boleh dikatakan seluruh plaster gipsum yang di jual adalah dalam bentuk  plaster endap pertama yang dicampur pasir dan pulp kayu. Bentuk kedua digunakan untuk membuat papan plaster dan produk giipsum lainya. Gipsum juga dapat dikalsinasi didalam tanur putar seperti yang digunakan untuk batu gamping.

 Pengerasan 

Pengerasan plaster merupakan suatu konversi kimia hidrasi, sebagaimana dilukiskan oleh persamaan;

CaSO4.1/2H2O + 11/2 H2O --------------------> CaSO4.2H2O      DH = -2,9 kJ

Persamaan ini adalah kebalikkan dari dehidrasi gipsum. Plaster akan set akan mengeras karena air bereaksi menjadi hidrat kristal padat. Hidrasi dengan air pada temperature dibawah 99 C dan untuk dehidrasi diperlukan pemanasan sampai temperature diatas 99 C. 

WSA-DC – NEXT GENERATION TOPSØE WSA TECHNOLOGY FOR STRONGER SO2 GASES AND VERY HIGH CONVERSION

Proses Pembuatan dan Kegunaan Natrium Bisulfat Atau Kerak Niter

Natrium Bisulfat atau Kerak Niter

Natrium bisulfat biasanya disebut kerak niter (niter cake) karena dahulu dibuat secara kuno dari reaksi natrium nitrat atau natrium dengan asam sulfat :

NaNO3 + H2SO4 ----------------------> NaHSO4 + HNO3

Garam ini dapat pula terbentuk bila garam dapur dipanaskan dengan asam sulfat

NaCL + H2SO4 ----------------> NaHSO4 + HCL

Garam ini merupakan bahan kering yang mudah ditangani, tetapi mempunyai kemampuan bereaksi seperti asam sulfat. Penggunaannya terutama adalah untuk pembuat bahan pembersih toilet atau untuk pembersih di industri dan cuci asam logam. Selain dari itu, ada juga yang digunakan dalam kolam celupan warna, karbonisasi wol dan berbagai proses kimia.

Natrium Bisulfat

Penggunaan dan Ekonomi

           Natrium bisulfit banyak digunakan di industri, baik dalam bentuk larutan maupun dalam bentuk padat. Zat padatnya dalam bentuk anhidro dan reagen murni ini mempunyai rumus NaHSO3. Produk komersial terdiri dari hampir seluruhnya Na2S2O5 (natrium pirosulfit) atau natrium metabisulfit yang merupakan derivatif dehidrasi dari dua molekul natrium bisulfit. Larutannya dapat dengan mudah diangkut, disimpan, dan ditangani dalam tangki baja tahan karat 316. Atau dapat pula digunakan peralatan yang terbuat dari Kynar dan polivinil klorida (PVC) asal suhunya dibatasi. Senyawa ini biasanya dijual sebagai larutan 38% atau 43%.

            Penggunaanya terutama adalah sebagai bahan kimia di dunia farmasi atau sebagai bahan pengawet makanan. Penggunaan lain sebagai antiklor dalam pulp, kertas, tekstil, pengolahan air dan pengendalian lingkungan. Zat ini juga digunakan dalam penyamakan kulit sebagai bahan pereduksi larutan krom, serta dalam pembuatan bahan kimia fotografi dan bahan kimia lainya. Dalam industri tekstil zat ini digunakan sebagai bahan pemutih dan sebagai bahan baku untuk pembuatan larutan hidrosulfit.

Pembuatan

Natrium bisulfit dibuat dengan melewatkan sulfur dioksida 7% sampai 8% melalui cairan induk yang berasal dari proses sebelumnya. Cairan induk ini sudah mengandung sedikit natrium bisulfit dalam larutan dan sejumlah besar soda abu dalam bentuk suspensi. Reaksi yang berlangsung adalah :

2NaHSO3 + 2Na2CO3 + 2H2O + 4SO2 ------------------->  6NaHSO3 + 2CO2

Produk yang didapat merupakan suspensi yang kemudian disingkirkan dari larutan melaui sentrifugasi.

Pengguaan Natrium Peroksida Dan Natrium Perborat Dalam Industri Tekstil

Natrium Peroksida

Penggunaan dan Ekonomi

Natrium peroksida adalah suatu serbuk higroskopis berwarna kuning pucat. Zat ini menyerap air dari udara dan membentuk hidrat berwarna putih salju Na2O2.8H2O. Bila ditambahkan ke air, senyawa ini membentuk natrium hidroksida dan oksigen. Penggunaanya terutama sebagai oksidator yang sangat kuat dan penggunaan kedua yang terpenting adalah sebagai pemutih wol, sutra, dan barang barang tekstil halus, serta dalam sintesis kimia. Natrium peroksida bereaksi dengan karbon monoksida membentuk natrium karbonat dan karbon dioksida membentuk natrium karbonat dan oksigen.

Na2O2 + CO -----------------------> Na2CO3

Na2O2 + CO2 ----------------------> Na2CO3 +1/2O2

Reaksi ini dimanfaatkan untuk pembangkit udara pada ruang tertutup.

Pembuatan

Natrium peroksida dibuat dengan membakar natrium dengan udara dan oksigen yang berlebih. Produk ini mempunyai kemurnian kira kira 96%. Zat ini harus ditangani dengan hati hati karena bila ditempatkan diatas kertas daan kayu, kalor hidrasinya cukup untuk menimbulkan pembakaran. Namun peroksida bereaksi dengan platina, besi, tembaga, timah, dan kunigan, tetapi tidak bereaksi dengan nikel. Natrium peroksida bereaksi hebat dengan eter, gliserin, dan asam asetat glasial.

Natrium Perborat

Natrium perborat adalah oksidator ringan yang banyak digunakan dalam bidang kedokteran dan kedokteran gigi. Zat ini disarankan sebagai bahan kumur kumur karena sifat oksidasi dan pembersihan yang diakibatkanya. Penggunaan yang lain adalah sebagai bahan pengoksidasi dan tekstil. Senyawa ini dibuat dengan melarutkan boraks, natrium peroksida, dan hidrogen peroksida dan memanaskan campuran itu sedikit, lalu membiarkanya mengkristal.

Na2B4O7 + Na2O2 +3H2O2 ---------------------------> 4NaBO3 +3H2O

Proses Pembuatan dan Kegunaan Natrium Amida, Natrium Sianida, dan Ferosianida

Natrium Amida

            Natrium amida adalah suatu bahan kimia yang banyak pula dipakai untuk berbagai penggunaan khusus dalam bidang kimia organik. Zat ini merupakan bahan dehidrasi yang kuat dan karena itu digunakan dalam sintesis indigo dan dalam pembuatan hidrozina murni. Juga merupakan bahan pembuatan natrium sianida dan sebagai bahan aminasi. Zat ini dibuat dengan melewatkan amonia ke dalam logam natrium pada suhu 200 C sampai 300C. 

NH3 + Na -------------------> NaNH2 + 1/2H2

                    Senyawa ini harus ditangani dengan hati hati karena terdekomposisi dengan ledakan bila terkena air. Demikian pula, bahan ini tidak boleh disimpan karena menimbulkan ledakan. Senyawa ini harus langsung digunakan setelah dibuat.

Natrium Sianida Dan Ferosianida 

               Natrium sianida bukan hanya pentiing dalam bidang kimia anorganik dan organik, tetapi juga banyak dipakai dalam bidang metalurgi. Zat ini digunakan dalam pengolahan bijih emas, pengeras kulit (case hardening) baja, sepuh listrik, reaksi organik pembuatan asam sianida, serta dalam pembuatan adiponitril. Natrium sianida dapat dibuat dari natrium amida yang dipanasi dengan karbon pada 800C, karbon sebagai arang dimasukkan ke dalam natrium amida yang meleleh. Natrium amida akan terkonversi terlebih dahulu menjadi natrium sianamida.

2NaNH2 + C ----------> Na2NCN +2H2  pada 600 C

Na2NCN + C ----------> 2NaCN              pada 800 C

Cara pembuatannya yang lain adalah dengan melelehkan natrium klorida dan kalsium sianamida bersama sama di dalam tanur listrik. Cara komersialnya terdiri dari netralisasi asam hidrosianida dengan soda caustik.

HCN + NaOH ----------------> NaCN + H2O

                 Natrium ferosianida dibuat dari natrium sianida merah yang dibuat dari kalsium sianida dan natrium klorida yang dilebur di dalam tanur listrik. Reaksi ferosianida terjadi di dalam larutan aqua dengan fero sulfat. Kalsium ferosianida diubah menjadi garam natrium dengan menambahkan soda abu dan mengendapkan kalsium karbonat. Lumpur yang terjadi disaring, dicuci, dan dekahidratnya Na2Fe(CN)6.10H2O dikristalisasikan keluar dengan jalan mendinginkan larutan.

Kegunaan Dan Proses Pembuatan Natrium Klorida dan Garam Glauber (Na2SO4.10H2O)

Natrium Klorida atau Garam Dapur

Sejarah

             Industri garam umumnya sama tuanya dengan sejarah manusia. Sejak dulu garam sudah menjadi  bagian penting dalam makanan manusia. Garam pernah menjadi barang pujaan dan pernah pula digunakan sebagai alat pembayaran, sebagai pengganti mata uang di Tibet dan Mongolia. Penyaluran garam digunakan sebagai senjata politik oleh pemerintah pemerintah zaman dahulu dan di negara negara Timur garam dikenakan pajak yang tinggi. Garam merupakan bahan pokok yang amat vital bagi kehidupan manusia, peradaban dan industri dunia yang kompleks ini. Istilah "salary"(gaji) dalam bahasa inggris sesungguhnya berasal dari kata "salt" (garam).

Penggunaan dan Ekonomi

           Garam merupakan bahan baku dasar untuk berbagai macam ragam bahan kimia, seperti natrium hidroksida, natrium sulfat, asam klorida, natrium fosfat, dan natrium klorat dan klorit, dan juga merupakan sumber berbagai bahan lain melalui turunan atau derivatifnya. Boleh dikatakan seluruh klor yang dihasilkan didunia dibuat melalui elektrolisis natrium klorida. Garam digunakan untuk regenerasi natrium zeolit yang digunakan sebagai pelunak air dan banyak pula dipakai dalam pembuatan berbagai bahan kimia organik.

Tabel 1. Produksi Garam Natrium Amerika Serikat

           Produksi klor dan natrium hidroksida merupakan 50% dari seluruh pemakaian garam di Amerika Serikat. Pembuatan soda abu (soda ash) memakai 6%, tetapi ini akan berkurang pada tahun ke tahun yang akan datang berhubung produksi soda abu alam di Trona akan ditingkatkan dan pabrik pabrik amonia soda abu yang sudah tua banyak yang ditutup, terutama karena masalah pencemaran kepada air sungai. Penggunaan untuk jalan raya melibatkan 21%, sedang garam untuk makan dan kegiatan yang berhubungan adalah 3%. Seluruh kebutuhan garam untuk keperluan kimia mencapai 20% dari keseluruhan.

         Keseluruhan produksi garam dunia pada tahun1980 berjumlah 163 x 10^6 ton, dengan nilai garam Amerika Serikat adalah 37 x 10^6 ton sedang impornya adalah 4,8 x 10^6 ton dengan nilai keseluruhan $700 juta. Cadangan garam dinegara negara penghasil garam cukup banyak, namun kualitasnya kurang diketahui. Larutan merupakan cadangan garam yang boleh dikatakan tidak akan habis. Harga garam dewasa ini dapat diperoleh dari berbagai publikasi antara lain Chemical Marketing Report.

Pembuatan

         Garam dapat diperoleh dengan 3 cara yaitu, penguapan air laut dengan sinar matahari dipesisir pasifik atau dari air danau asin diderah barat, penambangan batuan garam (rock salt) dan dari sumur air garam (brines). Kemurnian garam yang dibuat dengan penguapan air garam biasanya lebih dari 99 %. Garam hasil tambang berbeda beda dalam komposisinya, bergantung pada lokasi, namun biasanya mengandung lebih dari 95%. Beberapa garam batuan dapat mencapai kemurnian 99,5 %. Larutan yang didapat dari sumur biasanya mempunyai kemurmian 98% dan lebih banyak bergantung pada kemurnian air yang diinjeksikan ke dalam sumur untuk melarutkan garam dari lapisan batuan. Garam diperoleh dari penguapan dan penambangan biasanya cukup murni untuk digunakan dalam berbagai penerapan, tetapi sebagian harus dimurnikan untuk menyingkirkan bahan bahan seprti kalsium klorida dan magnesium klorida.

         Penambangan batuan garam dilakukan dengan cara yang sama dengan penambangan batu bara. Dengan diambilnya garam dari endapan, terbentuklah ruang ruang yang dipotong oleh tiang tiang garam. 

      Air garam didapatkan dengan memompakan air ke dalam endapan garam dan kemudian membawa larutan garam itu ke permukaan. Untuk itu digunakan dua pipa konsentrik, dimana air diinjeksikan melalui pipa tengah dan air resin ditarik ke atas melalui ruang anulus diantara kedua pipa. Tetapi, sumur sumur baru biasanya dibor sampai ke dasar gua garam, air diijeksikan dibawah tekanan melalui salah satu sumur dan air garam ditarik ke luar melalui sumur yang berdekatan. Hal ini dilakukan dengan memberikan tekanan yang cukup besar pada sumur pertama sehingga terbentuk hubungan antara kedua sumur tersebut. Cara ini disebut frakturasi hidraulik atau peretakan hidraulik (Hydraulic Fracturing) dan telah banyak membantu mempersingkat waktu yang diperlukan untuk mencapai produksi maksimum.

           Sistem panci vakum, seperti terlihat pada gambar 1. menggunakan evaporator efek bergambar (multiple sffect evaporator), dan meerupakan salah satu cara yang banyak digunakan untuk memproduksi garam dari air asin. Jenis evaporator yang digunakan mungkin brrbeda- beda, tetapi unit unit yang modern biasanya menggunakan unit sirkulasi paksa yng terbuat dari monel.

Natrium Sulfat (Kerak Garam Dan Garam Glauber)

          Produksi kerak garam (salt cake) atau natrium sulfat mentah dari sumber sumber alami hampir sama banyak dengan bahan yang berasal dari hasil produksi rayon, litium, asam klorida dan pembuatan bahan krom. Air asin dari danau Searles Lake di Trona, California, air asin dari bawah tanah di Seagraves dan Brownfield, Texas dan danau Great Salt Lake, Utah semuanya merupakan sumber produksi alam di Amerika Serikat. Kuantitas yang di impor juga cukup besar terutama dari Kanada. Pada tahun 1980, kerak garam alam menghasilkan 525.000 ton, sumber sumber dari hasil sampingan 607.000 ton dan impor 225.000 ton. Teatapi di Amerika Serikat juga mengekspor sebanyak 375.000 ton. Harga borongan pada saat itu $55 per ton metrik.

Gambar 1. Pembuatan Garam dari Air Asin dengan Sistem Panci Vakum

Gambar 2. Diagram Alir produksi Natrium Sulfat Alam dengan Prosedur Tiga Tahap

Penggunaan dan Ekonomi

            Kira kira 50% dari natrium sulfat yang dikonsumsi di Amerika Serikat digunakan untuk membuat pulp kraft. Kerak garam, sesudah direduksi menjadi natrium sulfida atau setelah dihidrolisis menjadi caustik, digunakan sebagai bahan penolong untuk mencernakan kapur pulp dan melarutkan legnin. Kira-kira 38 % masuk kedalam ramuan detergen rumah tangga dan sisanya digunakan untuk berbagai tujuan, antara lain pembuatan kaca, pakan ternak, zat warna, textil, dan obat obatan.

Pembuatan Natrium Sulfat  (Na2SO4 )

              Dari seluruh pembuatan natrium sulfat yang dihasilkan oleh 3 produsen, 46% berasal dari air garam alami Gambar 2. Sumber utama natrium sulfat berasal dari hasil samping adalah dari pembuatan bahan kimia krom.

Persamaan pembuatan kerak garam dari asam sulfat dan garam menurut proses Mann Heim adalah sebagai berikut :

NaCL + H2SO4 ---------------> NaHSO4 + HCL

NaHSO4 + NaCl ------------------> Na2SO4 + HCL

Bila suhu di dalam tanur sudah mencapai tingkat yang diperlukan, maka garam yang sudah giling halus dan bahan baku lainnya diisikan. Tanur itu dijalankan secara kontinu, tahap demi tahap, sampai kemudian dihentikan dan di tutup intuk pembersihan dan pemeliharaan berkala. Kebanyakan produk yang berasal dari proses Menheim digunakan untuk membuat bahan kimialain di pabrik yang sama di tempat tanur itu beroperasi. 

           Cara lain untuk membuat natrium sulfat bermutu tinggi adalah dengan proses Hargreaves. Cara ini berasal dari Eropa, persamaan reaksinya adalah :

4NaCl + 2SO2 + 2H2O + O2 ------------------> 2Na2SO4 + 4HCL

Pembuatan Garam Glauber ( Na2SO4.10H2O)

           Garam glauber (Na2SO4.10H2O) dibuat dengan melarutkan kerak garam didalam cairan induk, kotoranya disingkirkan, diklasifikasikan, dan dikristalisasikan. Larutan itu kemudian diolah dengan pasta klorida gamping, kemudian dengan susu gamping dalam jumlah yang cukup untuk menetralisasikan larutan. Kotoran yang mengendap terdiri dari magnesium, besi dan kalsium diendapkan dan larutan jernih dimasukkan ke dalam kristalisator melalui pipa keluar yang terletak disamping. Lumpur yang mengendap dicuci dengan air dan air cucian itu digunakan sebagai penambah air proses.  Bila larutan itu sudah turun sampai suhu kamar, air dikeluarkan dari panci dan kristal yang terdapat dikumpulkan dan di setrifugasi.

Material Safety Data Sheet Molten Sulphur

Cavitation in Centrifugal Pump.PDF

Description Process CS2 (Carbon Disulfida) Recovery. PDF

Oksigen Dan Nitrogen

Penggunaan dan Ekonomi

Oksigen

           Pada tahun 1981 produksi oksigen di Amerika Serikat adalah 11,75 x 10^9 m3. Ini merupakan penurunan dibandingkan dengan tahun 1979 dan 1980, dan merupakan tahun kedua berturut turut yang produksi nitrogennya melebihi oksigen.

           Oksigen diproduksi dengan cara likuefaksi dan rektifikasi udara didalam unit kompak yang sangat efisien dan berisolasi baik, atau dengan sistem adsorpsi ayun tekanan. Penyediaan bahan baku tidak pernah menjadi masalah, dan karena biaya untuk pengangkutan produk cukup besar, pabrik oksigen biasanya ditempatkan berdekatan dengan lokasi pemakaian. Pabrik pemisahan udara biasanya ditempatkan dilahan pelanggan, sehingga pabrik tersebut disebut pabrik tapak (on-site plant). Pabrik ini mungkin masih dimiliki dan dioperasikan oleh perancang dan pembutanya, dan produk lalu disalurkan dengan pipa yang tidak panjang. 

          Pabrik pemisahan udara terdapat dalam bermacam macam ukuran, dari unit kriogenik kecil yang memproduksi kurang dari 1ton/hari sampai pabrik raksasa yang memproduksi lebih dari 1800 t/hri (gambar 1). Pabrik PSAberoperasi dalam kisaran ukuran dari 13 kg sampai 27 t/hari. Sebagian besar oksigen yang diproduksi mempunyai kemurnian tinggi (99,5%). Oksigen kemurnian rendah adalah yang tingkat kemurniannya antara 95 sampai 99%. Ketakmurnian yang terdapat pada oksigen kemurnian tinggi argon, runutan gas mulia, hidrokarbon, dan karbondioksida.

           Penggunaan oksigen terutama adalah dalam produksi baja didalam tanur terbuka atau tanur oksigen. Industri baja juga menggunakan oksigen untuk membersihkan kerak dari besi gelondongan dengan nyala oksiasetilena dan untuk merapikan tonjolan tonjolan ketaksempurnaan. Industri kimia merupakan konsumen besar oksigen, dan menggunakan dalam berbagai penerapan, seperti pembuatan asetilena dan etilena oksida dan produksi amonia dan methanol melalui oksidasi parsial hidrokarbon.

Gambar 1. Pabrik Oksigen Kriogenik

           Penggunaan lain adalah dalam pengerjaan logam, gasifikasi dibawah tanah dan operasi banjir api (fire flooading), untuk membantu dan meningkatkan pembakaran dalam proses metalurgi non fero, aplikasi pengobatan dirumah rumah sakit, dan oksigen perafasan bagi para penerbang. Dalam penerapan antariksa, tahap pertama roket Saturn V memerlukan 1,5 x 10 ^6 kg oksigen cair untuk oksidasi bahan bakarnya. Konsumsi NASA (badan antariksa AS) untuk tujuan ini mencapai puncaknya pada pertenghan tahun 1960 an, yang dipakai kira-kira 280 x 10^6 m3/tahun dan setelah itu turun lagi dengan selesainya program Apollo. Penggunaan baru yang paling potensial untuk oksigen adalah dalam pembuatan bahan bakar sintetik; gasifikasi batubara dan likuefikasi batu bara. Diperkirakan pada tahun 1990 penggunaan untuk ini melebihi penggunaan untuk baja.

             Masalah lingkungan dan energi telah menimbulkan berbagai penerapan baru bagi oksigen. Perkotaan dan industri sekarang melakukan aerasi air llimbah dengan oksigen (dan tidak lagi dengan udara) dalam proses lumpur aktif perlakuan sekunder. Oksigen juga digunakan untuk pemusnahan dan konversi sampah menjadi produk berguna.

Nitrogen

              Nitrogen merupakan gas industri terbesar pada tahun1981 dengan produksi sebesar 13,6 x 10^9 m3. Penggunaan utama nitrogen adalah untuk selimut gas yang mencegah kontak dengan oksigen dan kelembaban. Untuk ini nitrogen harus kering dan mengandung oksigen sangat rendah ( kurang dari 10 ppm). Penggunaan lainya ialah untuk mendapatkan suhu sangat dingin, sampai -210 C. Konsumsi nitrogen yang terbesar adalah untuk pembuatan amonia. Statistik produksi biasanya tidak mencakup penggunaan ini, karena nitrogen disini biasanya berasal dari umpan dan udara, dan bukan dari nitrogen yang dibeli. Penggunaan lainya aidalm industri kimia adalah untuk situasi yang tidak mengijinkan ada oksigen dan kelembaban, misalnya untuk menyelimuti proses polimerisasi, atau untuk aplikaasi sebagai pengencer misalnya untuk pengendali kecepatan reaksi. Nitrogen sudah banyak mengganti gas penyelimut tradiaional seperti gas bumi, dalam pembuatan roduk produk elektronik.

 Nitrogen sangat banyak digunakan diindustri baja untuk penyelimutan dan penguatan kecerahan (bright annealing). Industri pengolahan bahan makanan menggunakan nitrogrn untuk membekukan makanan dan sebagai refrigeran (bahan refrigerasi) dalam pengolahan dan pengangkutan makanan beku dalam kondisi refrigerasi. Penggunaan lain Nitrogen cair adalah dalam perlakuan suhu rendah untuk logam, pemasangan ciut-suai suku suku alat, deflasing barang barang karet dan plastik cetak dan bahan kriobiologi untuk penyimpanan bahan-bahan biologi seperti darah atau semen sapi jantan, dan sebagai refrigeran dalam prosedur bedah krio.

   Tabel 1. Sifat sifat udara dan penyusun tetapnya.

Penggunaan baru, yang berkembang cepat untuk nitrogen akhir akhir ini ialah dalam pengurasan tersier lapangan minyak tua. Gas itu digunakan untuk memelihara tekanan didalam sumur.

Pembuatan Oksigen dan Nitrogen

     Oksigen dan Nitrogen secara prinsip dibuat melalui likuefaksi dan rektifikasi udara. Produksi melalui diasosiasi elektrolitik air sangat kecil dan tidak berarti. Udara adalah campuran beberapa zat, delapan diantara dalam konsentrasi tertentu yang tetap dan tujuh diantaranya mempunyai nilai komersial.

        Produksi gas oksigen dengan kemurnian tinggi melalui proses kriogenik digambarkan dalam bentuk diagram alir pada gambar 2. Udara yang sudah disaring dikompresikan sampai tekanan 520 kPa di dalam kompresor sentrifugal dan sesudah itu didinginkan. Setelah air cair yang terdapat di dalamnya dipisahkan, udara itu masuk kedalam penukar kalor pembalik ( reversing heat exchanger ) dan didinginkan sampai mendekati titik embunya melalui penukar kalor dengan produk gas yang akan keluar. Dengan mendinginkannya udara tersebut, kelembaban yang ada pun mengondensasi dan membeku didinding dinding alur penukar kalor. Pada suhu yang lebih rendah lagi, karbon dioksida pun membeku dan juga mengendap di dinding dinding alur penukar kalor. Udara yang keluar penukar kalor pembalik sudah kering sekali dan lebih dari 99 % karbon dioksidanya pun sudah keluar. Untuk mengeluarkan sisa karbon dioksida digunakan adsorpsi fase gas unggun tetap, dan lebih penting lagi, semua hidrokarbon yang masuk bersama udara yang mungkin berbahaya dalam kehadiran oksigen cair juga terpisahkan.  Udara kering kemudian diumpankan ke piring terbawah kolom bagian bawah dalam suatu rektifikator kolom ganda. Rincianya terdapat pada Gambar 2.

Gambar 2. Laju alir unit pemisahan udara  (Union Carbide Corp, Linde Dive)

                 

       Reaktifikator kolom ganda itu terdiri dari dua buah kolom distilasi jenis piring, yang dihubungkan secara thermal pada bagian tengah sebuah penukar yang berfungsi sebagai kondensor bagian kolom bawah dan pendidih bagian kolom atas. Oleh karena nitrogen lebih mudah menguap dari pada oksigen, nitrogen akan bergerak naik di dalam kedua kolom tersebut, sedang oksigen turun. Jadi, pada pendidihan kolom atas terdapat suatu kolom oksigen cair yang mendidih dengan kemurnian tinggi, sedang pada kondensor kolom bawah mengkondensasi nitrogen yang hampir murni. Oleh karena titk didih normal oksigen 12,8 C lebih tinggi dari titik didih nitrogen, tekanan dibawah kolom harus cukup tinggi untuk menaikkan suhu kondensasi nitrogen secukupnya agar gaya dorong suhu positif didalam kondensor utama, Nitrogen yang sudah dikondensasi dipecah menjadi dua pada waktu keluar kondensor utama, satu bagian dikembalikan sebagai refluks dikolom bawah, dan sebagian lagi diarahkan ke kolom atas melalui pemanas lanjut nitrogen, juga digunakan sebagai refluks. Arus zat cair yang kaya oksigen (35%) keluar dari dasar kolom bawah dan setelah dingin lajutkan ke didalam pemanas lanjut nitrogen, lalu dijadikan arus umpan utama untuk kolom atas. Kedua zat cair yang masuk  ke kolom atas didingin lanjutkan terlebih dahulu untuk mengurangi pengkilatan (flashing) bila masuk kedalam kolom atas yang tekananya lebih rendah. Produk oksigen keluar sebagai uap jenuh dari kondensor utama, dan produk nitrogen berkermurnian tinggi keluar sebagai uap jenuh dari puncak kolom atas . Gas yang tersisa dikeluarkan sebagai arus limbah nitrogen berkemurnnian rendah dari kolom atas, beberapa piring di bawah piring teratas.

            Karbondioksida dan hidrokarbon ringan cenderung mengumpul di dalam oksigen cair didalam kondensor utama. Komponen ini disingkirkan dengan jalan sirkulasi cairan kondensor utama melalui perangkap adsorbsi silika gel untuk memecah menumpukkanya karbon dioksida dan hidrokarbon berbahaya. 

            Arus nitrogen dan arus oksigen tersebut keduanya dipanaslanjutkan sampai kira kira 100K. Dalam pemanaslanjutan nya masing masing dan diteruskan ke dalam penukar kalor pembalik untuk dipanaskan sampai suhu kamar dengan pertukaran kalor dengan udara masuk. Nitrogen berkemurnian tinggi dan oksigen berkemurnian tinggi tersebut dipanaskan  dalam alur tak-pembalinya masing masing, sedang nitrogen limbah mengalir melalui karbon dioksida padat dan campuran beku yang telah mengendap sebelumnya dari udara, sehingga endapan itu mensublimasi ke dalam nitrogen limbah dan dibawa keluar dari penukar kalor. Aliran udara dan nitrogen dibalikkan secara periodik agar penukar kalor selalu bersih dan berada dalam kondisi operasi.

            Refrigerasi yang diperlukan untuk mengatasi masuknya kalor ke dalam proses didapatkan dengan mengekspansi sebagian dari arus udara melalui turbin ekspansi sentrifugal. Secara ideal proses ini adalah suatu proses isentropi dengan entalpi udara yang berekspansi brkurang dan energi dikeluarkan dari proses melalui poros turbin. Udara yang bersih dan dingin untuk turbin ditarik sebelah hilir absorber dan dipanaskan kembali dalam aliran terpisah di dalam penukar kalor pembalik sampai mencapai suhu yang tepat sebelum dimasukkan kedalam turbin. Pemanasan ulang tersebut juga diperlukan untuk mengendalikan pola suhu, untuk membantu mendapatkan operasi yang bersih bagi penukar kalor pembalik. Udara yang keluar dari turbi diumpankan ke atas piring yang tebal di dalam kolom atas.

               Penukar kalor yang digunakan biasanya terbuat dari aluminnium dengan plat dan sirip terpatri, dan sangat kompak. Piring distilasi yang digunakan boleh dari jenis perforasi atau tudung gelembung (bubble cup). Bahan konstruksinya adalah aluminium, baja tahan karat, tembaga, dan paduan tembaga. Semua peralatan suhu rendah dirakit, bersama pipa pipanya, di dalam peti peti yang berisolasikan bahan tak mudah terbakar.

                 Ada juga oksigen yang dibuat dengan proses adsorpsi ayun tekanan yang nonkriogenik dengan menggunakan lapis molekul sebagai adsorben untuk memisahkan oksigen dari udara tekan bersuhu kamar.

Gambar 3. Sistem pembangkit ayun tekanan, sistem pembangkit oksigen PSA "Oxysiv" dari Union Carbide

                     Proses ini menghasilkan oksigen dengan kemurnian bekisar antara 90 sampai 95 % dan kapasitas produksi 1 sampai 60 t/hari. Proses ini sederhana dan menghindarkan keharusan untuk menggunakan peralatan kriogenik, pengering umpan, pemanas regenerasi, dan segala macam utilitas dan biaya yang diperlukan.

                     Union Carbide memegang paten prosess PSA (US Patent 3.738.087) yang menggunakan tiga bejana. Dalam operasinya, masing -masing bejana bekerja dalam siklus yaitu tahap adsorpsi dan regenerasi. Satu bejana bekerja dalam siklus adsorpsi dan yang lain regenerasi, sebagaimana terlihat pada gambar 3. Bila bejana adsorpsi sudah mencapai kapasitas ketakmurnianya, umpan udara tekan dialihkan secara otomatis ke dalam bejana yang satu lagi. Bejana pertama pun dilakukan dalam tiga langkah berurutan yaitu penurunan tekanan, pembilasan dengan oksigen produk, dan pemberian tekanan sebagian, sampai bejana siap kembali untuk proses adsorpsi.

                    Pada tahap penurunan tekanan dan pembilasan, ketakmurnian dilepas dan dikeluarkan ke udara. Regenerasi tersebut diselesaikam pada tekanan atmosfer. Adsorpsi dan regenerasi berlangsung secara otomatis dan hanya mengandalkan operasi ayun tekanan. Di proses ini tidak diperlukan pemanasan atau refrigerasi yang mahal. Siklus dan aliran produk dikendalikan secara tomatis dengan penghitung waktu, pengalih tekanan dan kendali geganti (relay).

Kinetics

Ethylene Oxide Advanced Process Control

Ethylene Oxide Production.PDF

System Refrigation

Methanol Plant

Material Safety Data Sheet.PDF

Preparation and Properties of Oxygen.PDF

Material Balances Ethylene Oxide Production.PDF

Fluida Mechanics, Heat Transfer and Themodynamic.PDF

Design Project Ethylene Oxide Production.PDF

Separations and Reaction Engineering.PDF

Ethylene Oxide Production

Recovery of CO2 from Flue Gases

Bahan Bakar Gas

Latar belakang

                 Dalam tahun 1950-an terjadi perubahan besar dan mendalam pada industri gas bahan bakar, yaitu gas bumi mulai menguasai pasaran luas. Hal ini dimungkinkan dengan pasanganya jaringan pipa gas diseluruh negeri (Amerika Serikat) yang menghubungkan lapangan gas yang besar besar dengan industri dan rumah tangga. Kebutuhan puncak setempat pada musim dingin dipenuhi dengan pemakaian gas bumi yang ditimbun dibawah tanah didekat sumur produksi yang sudah tidak berfungsi lagi, dan dengan penggunaan gas bumi cair(liquefied natural gas LNG), gas migas cair (liquefied petrolium gas, LPG) atau dengan meningkatkan produksi. Perubahan ini mendesak kedudukan gas tanur kokas sehingga hanya dipakai di daerah daerah yang terdapat pembuatan kokas dari batubara untuk industri baja dan pengecoran. Persaingan ini mendesak pembuatan gas cair (water gas) menjadi gas beban puncak dan gas sintesis saja. Gas produser (produser gas) dan gas batubara retor (coal retort gas) hampir sudah tidak diproduksi lagi Amerika Serikat.

Sejarah

                Catatan pertama mengenai pemakaian gas yang dapat dibakar adalah pada tahun 900 sesudah masehi di China, dimana gas bumi disalurkan melalui pipa bambu dan digunakan untuk penerangan. Produksi gas batubara pertama kali berlangsung pada tahun 1792. Upaya yang serupa berlangsung di Amerika Serikat pada tahun 1796 yaitu di Philadelphia. Tak lama kemudian dibentuk perusahaan gas untuk membuat dan memperdagangkannya. Penemuan gas air atau gas biru (blue gas), pada tahun 1780, dan gas produser merupakan langkah langkah penting dalam perkembangan industri ini. Eksploitasi lapangan gas bumi secara besar besaran di Amerika serikat merupakan dorongan terakhir yang menempatkan industri gas dalam posisinya yang sekarang ini. Namun, ekploitasi ini akhirnya berakibat terjadinya kekurangan setempat dan gas bumi, dan ini mulai terasa pada tahun 1968.

Bahan Bakar Gas 

Bahan bakar gas dapat dikalsifikasikan menjadi beberapa jenis bahan bakar gas, antara lain :

1. Gas Bumi

                       Gas bumi atau gas alam ( natural gas) bukan saja merupakan gas bahan bakar yang paling penting, tetapi merupakan bahan baku untuk berbagai sintesis kimia. Misalnya,pada tahun 1979, proses kimia dan industri yang terkait menggunakan gas bumi sebesar 6,38 x 10^9 MJ, industri jelaga karbon (carbon black) dan jelaga lampu (lamp black) menggunakan 32.7 x 10^9 kJ (kira kira 37 MJ). Produk dari gas bumi antara lain, misalnya metana, etana, propana, butana, LPG, dan bensin alam.

2. Gas Tanur Kokas

                           Gas tanur kokas (coke-oven gas) dewasa ini hanya dihasilkan sebagai hasil samping dari proses distilasi batu bara. 

Berikut gambar laju alir proses tanur kokas hasil sampingan :

3. Gas Prodoser
            Gas produser (produser gas) dibuat dengan melewatkan udara dan uap melalui unggun panas batubara atau kokas. Suhu yang diperbolehkan bagi unggun bahan bakar itu bergantung pada titik leleh abu bahan bakar biasanya berkisar antara 980 sampai 1540 °C. Tinggi utama penggunaan uap (25 sampai 30% bobot kokas) ialah menggunakan sebanyak mungkin energi eksotermis yang berasal dari reaksi antara karbon dan oksigen menjadi reaksi endotermis antara karbon dan uap.

C + udara → CO2 + N2  
DH 1000℃= -395,4MJ/kgmol (1)
CO2 + C → 2CO DH1000℃= +167.9 MJ/kgmol (2)
C + H2O → CO +H2 DH1000℃=+135,7MJ/kgmol    (3)
CO + H2O → CO2 + H2 DH 1000℃= -32.18 MJ/kgmol      (4)

Reaksi awal ialah pembentukan CO2 dan N2(1). Pada waktu gas itu bergerak naik sepanjang unggun, CO2 semula direduksi menjadi CO(2) dan uap air (yang dibentuk oleh air cair didalam mantel) terurai sebagian menjadi H2, CO, dan CO2 (3), (4). Gas produser nilai kalornya hanyalah kira kira 15% dari gas bumi. Dulu gas ini digunakan untuk pemanasan diindustri.

4. Gas Air (Gas biru)
                 Gas air (water gas) kadang kadang disebut gas biru (blue gas) karena memberikan nyala biru. Gas ini dihasilkan dari reaksi antara uap air dengan batu bara atau kokas pijar pada suhu diatas 1000℃. Reaksi yang terjadi adalah

C + H2O → CO + H2
C + 2H2O → CO2 + 2H2
Nilai kalor gas ini rendah dan untuk meningkatnya, ditambahkan minyak yang diatomisasikan ke dalam gas panas sehingga menghasilkan gas air karburasi (carburatted water gas) yang mempunyai nilai kalor lebih tinggi.

5. Gas Sintesis

          Sekarang sudah terdapat proses proses modern yang dikembangkan untuk menghasilkan campuran CO-H2 dari batu bara dan uap secara lebih efisien daripada dengan pabrik gas air dan gas produser. Gas gas itu memiliki nilai kalor rendah (3.7 sampai 7,5 MJ/m3), jika menggunakan uap dan udara. Perbedaan pokok antara gas bernilai kalor rendah dan gas bernilai kalor sedang ialah bahwa gas bernilai kalor 3,5 sampai 7,5 MJ/m3 mengandung kira kira 50% nitrogen yang masuk ke dalam sistem sebagai bagia dari udara. Gas bernilai kalor rendah digunakan terutama sebagai bahan bakar industri setempat dan sebagai bahan antara lain pembuatan formaldehida dan amonia. Gas bernilai kalor sedang dapat ditransportasikan secara ekonomis melalui pipa untuk jarak antara 160 sampai 320 km. Sebagian gas tersebut dimetanasi untuk menghasilkan gas bumi substitusi (substitutr natural gas,SNG)

6. Gas Bumi Sustitusi

    Gasifikasi Batubara

SNG berkalor redah dan sedang yang dihasilkan dari batu bara dapat dikonversikan menjadi gas berkalor tinggi (30 sampai 37 MJ/m3) serup dengan gas bumi. Reksi pembuatanya adalah sebagai berikut : 

                 C + H2O ------>    CO + H2        gasifikasi

                 C + H2O -------> CO2 + H2        reaksi geser gas air, dikendalikan untuk menghasilkan                                                                             perbandingan  CO : H2 = 1 : 3 

                 C + CO2 -------->  2CO                 reaksi Boundourad

 

Pada suhu yang cukup tinggi, hidrogen dari reaksi 1 dan 2 akan menghidrogenkan sebagian karbon menjadi metana :

                  C + 2H2 -------> CH4

                  CO + 3H2 ------> CH4 + H2O  metanasi

Gas yang dihasilkan dengan cara ini semula dikenal sebagai gas bumi sintetik (synthetic natural gas), tetapi orang orang yang menginginkan bahasa yang murni mempermasalahkan istilah tersebut yaitu tidak mungkin yang alami itu sekaligus sintesik. Jadi, oleh karena itu gas tersebut dinamakan gas bumi pengganti atau gas bumi substitusi, (substitute natural gas, SNG ).

7. Gas Migas Cair

Propana dan butana cair digunakan sebagai cadangan dan untuk mngisi beban puncak pada sistem perkotaan dan industri yang menggunakan gas alam atau gas buatan. Ada jugayang digunakan sebagai persediaan gas utama (dan satu satunya) pada beberapa tempat dan industri. Gas migas cair (liquefied petrolium gas, LPG) digunakan untuk las api, pengolahan tembakau, pengeringan padi dan gandum, dan sebagai bahan bakar mobil dan traktor. Industri petrokimia merupakan pelangganya yang nomor 2 terbesar. Oleh karena butana (121MJ/m3) tidak menguap dibawah 0 C, bahan ini lebih banyak disukai di daerah selatan Amerika Serikat, sedang propana (94MJ/m3) menguap pada suhu -42 C dan digunakan didaerah utara.

Proses Pirolisis Batu Bara

Pendahuluan

Kebanyakan bahan kimia yang berasal dari batubara pada mulanya didapatkan melalui proses distilasi destruktif, yang menghasilkan terutama bahan bahan aromatik. Beberapa tahun terakhir ini, sebagian besar zat aromatik, terutama benzena, toluena, xilena, naftalena, dan metinaftalena didapat dari pengolahan minyak bumi. Dengan majunya penerapan konversi batubara secara kimia, lebih banyak lagi jenis bahan kimia yang bisa dibuat dari batubara, jika penerapannya cukup ekonomis. Batu bara merupakan bahan bakar penting di Amerika Serikat, tetapi petrokimia merupakan sumber bahan baku dasar bagi berbagai industri penting, seperti industri zat warna, obat obatan, pestisida, dan elastomer serta bahan plastik. Batu bara merupakan sumber energi yang murah untuk pemanasan maupun pembangkitan tenaga yang diperlukan bagi proses.

Distilasi Destruktif Batubara

               Bila batubara dipirolisis atau didistilasi dengan memanaskannya tanpa kontak dengan udara, ia akan terkonversi menjadi zat padat, zat cair, dan gas. Jumlah dan sifat produk yang dihasilkan bergantung pada suhu pirolisis serta jenis batubara yang digunakan. Dalam praktek biasa, suhu tanur kokas dijaga diatas 900C, tetapi bisa juga berkisar antara 500 sampai 1000C. Produk utamanya (menurut beratnya)adalah kokas. Jika unit itu menggunakan suhu antara 450 sampai 700C, proses itu disebut karbonisasi suhu rendah (low-temperature carbinization). Dengan suhu diatas 900C, karbonisasi suhu tinggi (high-temperature carbonization). Pada karbonisasi suhu rendah jumlah gas yang dihasilkan kecil, sesang zat cairny agak banyak, sedang pada karbonisasi suhu tinggi hasil gas lebih banyak dan zat cairnya sedikit.

Tabel 1. Bahan Kimia dari Batu Bara Hasil Distilasi Destruktif

                Karbonisasi suhu rendah menghasilkan zat cair yang sangat berbeda dari yang dihasilkan pada karbonisasi pada suhu tinggi, walau batubara yang digunakan sama. Zat cair hasil karbonisasi suhu rendah mengandung lebih banyak asam ter dan basa ter daripada zat cair karbonisasi suhu tinggi. Pasaran untuk zat cair hasil karbonisasi suhu rendah belum mantap. Pada krbonisasi suhu tinggi zat cair yang dihasilkan adalah air, ter, dan minyak ringan mentah. Produk gasnya berupa hidrogen, metana, etilena, karbon monoksida, karbon dioksida, hidrogen sulfida, amonia, dan nitrogen. Produk lain selain kokas dikelompokkan sebagai bahan kimia batubara atau hasil sampingan.

Gambar senyawa kimia yang terkandung di dalam batu bara.

                 Distilasi destruktif batubara, atau karbonisasi batubara, merupakan contoh yang mencolok mengenai konversi kimia atau proses pirolisis. Bab ini menguraikan peralatan yang diperlukan untuk melaksanakan perubahan kimia yang diperlukan untuk komersial.

Teori kimia pirolisis batubara menunjukkan langkah langkah dekomposisi sebagai berikut :

1. Bila suhu dinaikkan, ikatan karbon karbon alifatik putus lebih dahulu. Reaksi ini berlangsung pada     suhu dibawah 200C.

2. Berikutnya, hubungan karbon-hidrogen putus pada suhu kurang lebih 600C.

3. Eliminasi kompleks lingkar-hetero dan romantisasi secara berangsur merupakan reaksi penting            yang berlangsung selama dekomposisi dan proses karbonisasi.

4. Bobot molekul produk antara berkurang secara teratur bersamaan dengan naiknya suhu. Air,                karbonmonoksida, hidrogen, metana, dan hidrokarbon lainya terbentuk.

5. Dekomposisi berlangsung maksimum pada suhu antara 600 dan 800 C. Semua reaki diatas                   bervariasi bergantung pada laju pemanasan dan suhu yang dicapai.

Proses Pirolisis Batu Bara

BOILER & PEMANAS FLUIDA TERMIS

BOILER & PEMANAS FLUIDA TERMIS

1. PENDAHULUAN

Bagian ini menjelaskan secara singkat tentang Boiler dan berbagai alat pembantunya dalam Ruang Boiler.

Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumnya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan

sangat baik. Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam.

Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang

dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan

bakar yang digunakan pada sistem.

Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam disebut air umpan. Dua sumber air

umpan adalah: (1) Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan (2)

Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari lua r ruang boiler dan

plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer

untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang.

Gambar 1. Diagram skematis Ruang Boiler

2. JENIS BOILER

Bagian ini menerangkan tentang berbagi jenis boiler: Fire tube boiler, Water tube boiler,

Paket boiler, Fluidized bed combustion boiler, Atmospheric fluidized bed combustion boiler,

Pressurized fluidized bed combustion boiler, Circulating fluidized bed combustion boiler,

Stoker fired boiler, Pulverized fuel boiler, Boiler pemanas limbah (Waste heat boiler) dan

and Pemanas fluida termis.

2.1 Fire Tube Boiler

Pada fire tube boiler, gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan boiler ada didalam shell untuk dirubah menjadi steam. Fire tube boilers biasanya digunakan untuk kapasitas steam yang relative kecil dengan tekanan steam rendah sampai sedang. Sebagai pedoman, fire tube boilers kompetitif untuk kecepatan steam sampai 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm2. Fire tube boilers dapat menggunakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan bakar padat dalam operasinya. Untuk alasan ekonomis, sebagian besar fire tube boilers dikonstruksi sebagai “paket” boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.

Gambar 2 Fire Tube Boiler

2.2 Water Tube Boiler

Pada water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa masuk kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga. Water tube boiler yang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara 4.500 – 12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak water tube boilers yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas. Untuk water tube yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara paket.

Karakteristik water tube boilers sebagai berikut:

▪ Forced, induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkan efisiensi pembakaran

▪ Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air.

▪ Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi.

Gambar 3 Diagram Sederhana Water Tube Boiler

2.3 Paket Boiler

Disebut boiler paket sebab sudah tersedia sebagai paket yang lengkap. Pada saat dikirim ke pabrik, hanya memerlukan pipa steam, pipa air, suplai bahan bakar dan sambungan listrik untuk dapat beroperasi. Paket boiler biasanya merupakan tipe shell and tube dengan rancangan fire tube dengan transfer panas baik radiasi maupun konveksi yang tinggi.

Ciri-ciri dari packaged boilers adalah:

▪ Kecilnya ruang pembakaran dan tingginya panas yang dilepas menghasilkan penguapan yang lebih cepat.

▪ Banyaknya jumlah pipa yang berdiameter kecil membuatnya memiliki perpindahan panas konvektif yang baik.

▪ Sistim forced atau induced draft menghasilkan efisiensi pembakaran yang baik.

▪ Sejumlah lintasan/pass menghasilkan perpindahan panas keseluruhan yang lebih baik.

▪ Tingkat efisiensi thermisnya yang lebih tinggi dibandingkan dengan boiler lainnya.

Boiler tersebut dikelompokkan berdasarkan jumlah pass nya – yaitu berapa kali gas pembakaran melintasi boiler. Ruang pembakaran ditempatkan sebagai lintasan pertama setelah itu kemudian satu, dua, atau tiga set pipa api. Boiler yang paling umum dalam kelas ini adalah unit tiga pass/ lintasan dengan dua set fire-tube/ pipa api dan gas buangnya keluar dari belakang boiler.

2.4 Boiler Pembakaran dengan Fluidized Bed (FBC)

Pembakaran dengan fluidized bed (FBC) muncul sebagai alternatif yang memungkinkan dan

memiliki kelebihan yang cukup berarti dibanding sistim pembakaran yang konvensional dan memberikan banyak keuntungan – rancangan boiler yang kompak, fleksibel terhadap bahan bakar, efisiensi pembakaran yang tinggi dan berkurangnya emisi polutan yang merugikan seperti SOx dan NOx. Bahan bakar yang dapat dibakar dalam boiler ini adalah batubara, barang tolakan dari tempat pencucian pakaian, sekam padi, bagas & limbah pertanian lainnya. Boiler fluidized bed memiliki kisaran kapasitas ya ng luas yaitu antara 0.5 T/jam

sampai lebih dari 100 T/jam. Bila udara atau gas yang terdistribusi secara merata dilewatkan keatas melalui bed partikel padat seperti pasir yang disangga oleh saringan halus, partikel tidak akan terganggu pada kecepatan yang rendah. Begitu kecepatan udaranya berangsur-angsur naik, terbentuklah suatu keadaan dimana partikel tersuspensi dalam aliran udara – bed tersebut disebut “terfluidisasikan”.

Dengan kenaikan kecepatan udara selanjutnya, terjadi pembentukan gelembung, turbulensi yang kuat, pencampuran cepat dan pembentukan permukaan bed yang rapat. Bed partikel

padat menampilkan sifat cairan mendidih dan terlihat seperti fluida - “bed gelembung fluida/

bubbling fluidized bed”.

Jika partikel pasir dalam keadaan terfluidisasikan dipanaskan hingga ke suhu nyala batubara,

dan batubara diinjeksikan secara terus menerus ke bed, batubara akan terbakar dengan cepat

dan bed mencapai suhu yang seragam. Pembakaran dengan fluidized bed (FBC) berlangsung

pada suhu sekitar 840OC hingga 950OC. Karena suhu ini jauh berada dibawah suhu fusi abu,

maka pelelehan abu dan permasalahan yang terkait didalamnya dapat dihindari.

Suhu pembakaran yang lebih rendah tercapai disebabkan tingginya koefisien perpindahan panas sebagai akibat pencampuran cepat dalam fluidized bed dan ekstraksi panas yang efektif

dari bed melalui perpindahan panas pada pipa dan dinding bed. Kecepatan gas dicapai diantara kecepatan fluidisasi minimum dan kecepatan masuk partikel. Hal ini menjamin

operasi bed yang stabil dan menghindari terbawanya partikel dalam jalur gas.

Gambar 4. Jenis Paket Boiler 3 Pass, bahan bakar Minyak

2.5 Atmospheric Fluidized Bed Combustion (AFBC) Boiler

Kebanyakan boiler yang beroperasi untuk jenis ini adalah Atmospheric Fluidized Bed

Combustion (AFBC) Boiler. Alat ini hanya berupa shell boiler konvensional biasa yang ditambah dengan sebuah fluidized bed combustor. Sistim seperti telah dipasang digabungkan dengan water tube boiler/ boiler pipa air konvensional.

Batubara dihancurkan menjadi ukuran 1 – 10 mm tergantung pada tingkatan batubara dan

jenis pengumpan udara ke ruang pembakaran. Udara atmosfir, yang bertindak sebagai udara

fluidisasi dan pembakaran, dimasukkan dengan tekanan, setelah diberi pemanasan awal oleh

gas buang bahan bakar. Pipa dalam bed yang membawa air pada umumnya bertindak sebagai

evaporator. Produk gas hasil pembakaran melewati bagian super heater dari boiler lalu

mengalir ke economizer, ke pengumpul debu dan pemanas awal udara sebelum dibuang ke

atmosfir.

2.6 Pressurized Fluidized Bed Combustion (PFBC) Boiler

Pada tipe Pressurized Fluidized bed Combustion (PFBC), sebuah kompresor memasok udara

Forced Draft (FD), dan pembakarnya merupakan tangki bertekanan. Laju panas yang dilepas

dalam bed sebanding dengan tekanan bed sehingga bed yang dalam digunakan untuk

mengekstraksi sejumlah besar panas. Hal ini akan meningkatkan efisiensi pembakaran dan

peyerapan sulfur dioksida dalam bed. Steam dihasilkan didalam dua ikatan pipa, satu di bed

dan satunya lagi berada diatasnya. Gas panas dari cerobong menggerakan turbin gas

pembangkit tenaga. Sistim PFBC dapat digunakan untuk pembangkitan kogenerasi (steam

dan listrik) atau pembangkit tenaga dengan siklus gabungan/ combined cycle. Operasi

combined cycle (turbin gas & turbin uap) meningkatkan efisiensi konversi keseluruhan

sebesar 5 hingga 8 persen.

2.7 Atmospheric Circulating Fluidized Bed Combustion Boilers (CFBC)

Dalam sistim sirkulasi, parameter bed dijaga untuk membentuk padatan melayang dari bed. Padatan diangkat pada fase yang relatif terlarut dalam pengangkat padatan, dan sebuah down-comer dengan sebuah siklon merupakan aliran sirkulasi padatan. Tidak terdapat pipa pembangkit steam yang terletak dalam bed. Pembangkitan dan pemanasan berlebih steam berlangsung di bagian konveksi, dinding air, pada keluaran pengangkat/ riser. Boiler CFBC pada umumnya lebih ekonomis daripada boiler AFBC, untuk penerapannya di industri memerlukan lebih dari 75 – 100 T/jam steam. Untuk unit yang besar, semakin tinggi karakteristik tungku boiler CFBC akan memberikan penggunaan ruang yang semakin baik, partikel bahan bakar lebih besar, waktu tinggal bahan penyerap untuk pembakaran yang efisien dan penangkapan SO2 yang semakin besar pula, dan semakin mudah penerapan teknik pembakaran untuk pengendalian NOx daripada pembangkit steam AFBC.

2.8 Stoker Fired Boilers

Stokers diklasifikasikan menurut metode pengumpanan bahan bakar ke tungku dan oleh jenis

grate nya. Klasifikasi utama nya adalah spreader stoker dan chain-gate atau traveling-gate

stoker.

2.8.1 Spreader stokers

Spreader stokers memanfaatkan kombinasi pembakaran suspensi dan pembakaran grate.

Batubara diumpankan secara kontinyu ke tungku diatas bed pembakaran batubara. Batubara

yang halus dibakar dalam suspensi; partikel yang lebih besar akan jatuh ke grate, dimana batubara ini akan dibakar dalam bed batubara yang tipis dan pembakaran cepat. Metode pembakaran ini memberikan fleksibilitas yang baik terhadap fluktuasi beban, dikarenakan penyalaan hampir terjadi secara cepat bila laju pembakaran meningkat. Karena hal ini, spreader stoker lebih disukai dibanding jenis stoker lainnya dalam berbagai penerapan di industri.

2.8.2 Chain-grate atau traveling-grate stoker

Batubara diumpankan ke ujung grate baja yang bergerak. Ketika grate bergerak sepanjang tungku, batubara terbakar sebelum jatuh pada ujung sebagai abu. Diperlukan tingkat keterampilan tertentu, terutama bila menyetel grate, damper udara dan baffles, untuk menjamin pembakaran yang bersih serta menghasilkan seminimal mungkin jumlah karbon yang tidak terbakar dalam abu. Hopper umpan batubara memanjang di sepanjang seluruh ujung umpan batubara pada tungku. Sebuah grate batubara digunakan untuk mengendalikan kecepatan batubara yang diumpankan ke tungkudengan mengendalikan ketebalan

bed bahan bakar. Ukuran batubara harus seragam sebab bongkahan yang besar tidak akan

terbakar sempurna pada waktu mencapai ujung grate.

bed bahan bakar. Ukuran batubara harus seragam sebab bongkahan yang besar tidak akan

terbakar sempurna pada waktu mencapai ujung grate.

2.9 Pulverized Fuel Boiler

Kebanyakan boiler stasiun pembangkit tenaga yang berbahan bakar batubara menggunakan batubara halus, dan banyak boiler pipa air di industri yang lebih besar juga menggunakan batubara yang halus. Teknologi ini berkembang dengan baik dan diseluruh dunia terdapat ribuan unit dan lebih dari 90 persen kapasitas pembakaran batubara merupakan jenis ini. Untuk batubara jenis bituminous, batubara digiling sampai menjadi bubuk halus, yang berukuran +300 micrometer (μm) kurang dari 2 persen dan yang berukuran dibawah 75 microns sebesar 70-75 persen. Harus diperhatikan bahwa bubuk yang terlalu halus akan memboroskan energi penggilingan.

Sebaliknya, bubuk yang terlalu kasar tidak akan terbakar sempurna pada ruang pembakaran

dan menyebabkan kerugian yang lebih besar karena bahan yang tidak terbakar.

Batubara bubuk dihembuskan dengan sebagian udara pembakaran masuk menuju plant boiler

melalui serangkaian nosel burner. Udara sekunder dan tersier dapat juga ditambahkan. Pembakaran berlangsung pada suhu dari 1300 - 1700 °C, tergantung pada kualitas batubara.

Waktu tinggal partikel dalam boiler biasanya 2 hingga 5 detik, dan partikel harus cukup kecil

untuk pembakaran yang sempurna. Sistim ini memiliki banyak keuntungan seperti kemampuan membakar berbagai kualitas batubara, respon yang cepat terhadap perubahan beban muatan, penggunaan suhu udara pemanas awal yang tinggi dll.

Salah satu sistim yang paling populer untuk pembakaran batubara halus adalah pembakaran tangensial dengan menggunakan empat buah burner dari keempat sudut untuk menciptakan bola api pada pusat tungku.

Gambar 8: Pembakaran tangensial untuk bahan bakar halus

2.10 Boiler Limbah Panas

Dimanapun tersedia limbah panas pada suhu sedang atau tinggi, boiler limbah panas dapat dipasang secara ekonomis. Jika kebutuhan steam lebih dari steam yang dihasilkan menggunakan gas buang panas, dapat digunakan burner tambahan yang menggunakan bahan bakar. Jika steam tidak langsung dapat digunakan, steam dapat dipakai untuk memproduksi daya listrik menggunakan generator turbin uap. Hal ini banyak digunakan dalam pemanfaatan kembali panas dari gas buang dari turbin gas dan mesin diesel.

Gambar 9: Skema sederhana Boiler Limbah Panas

kebutuhan steam lebih dari steam yang dihasilkan menggunakan gas buang panas, dapat

digunakan burner tambahan yang menggunakan bahan bakar. Jika steam tidak langsung dapat digunakan, steam dapat dipakai untuk memproduksi daya listrik menggunakan generator turbin uap. Hal ini banyak digunakan dalam pemanfaatan kembali panas dari gas

buang dari turbin gas dan mesin diesel.