PROSES INDUSTRI KIMIA

INDUSTRI ASAM NITRAT

Disusun Oleh:

Jeanne Fransiska W (1114010)Feri Firdiansyah (1114033)Kurniawan Teguh W (1114036)

JURUSAN TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL MALANG

2013

Senyawa kimia asam nitrat (HNO3) adalah sejenis cairan korosif yang tak

berwarna, dan merupakan asam beracun yang dapat menyebabkan luka bakar. Larutan

asam nitrat dengan kandungan asam nitrat lebih dari 86% disebut sebagai asam nitrat

berasap, dan dapat dibagi menjadi dua jenis asam, yaitu asam nitrat berasap putih dan

asam nitrat berasap merah.

Asam nitrat murni (100%) merupakan cairan tak berwarna dengan berat jenis

1.522 kg/m³. Ia membeku pada suhu -42 °C, membentuk kristal-kristal putih, dan

mendidih pada 83 °C. Ketika mendidih pada suhu kamar, terdapat dekomposisi

(penguraian) sebagian dengan pembentukan nitrogen dioksida sesudah reaksi:

4HNO3 → 2H2O + 4NO2 + O2 (72°C)

yang berarti bahwa asam nitrat anhidrat sebaiknya disimpan di bawah 0 °C untuk

menghindari penguraian. Nitrogen dioksida (NO2) tetap larut dalam asam nitrat yang

membuatnya berwarna kuning, atau merah pada suhu yang lebih tinggi.

Sebagai mana asam pada umumnya, asam nitrat bereaksi dengan alkali, oksida

basa, dan karbonat untuk membentuk garam, seperti amonium nitrat. Karena memiliki

sifat mengoksidasi, asam nitrat pada umumnya tidak menyumbangkan protonnya

(yakni, ia tidak membebaskan hidrogen) pada reaksi dengan logam dan garam yang

dihasilkan biasanya berada dalam keadaan teroksidasi yang lebih tinggi.Karenanya,

perkaratan (korosi) tingkat berat bisa terjadi. Perkaratan bisa dicegah dengan

penggunaan logam ataupun aloi anti karat yang tepat.

Asam nitrat memiliki tetapan disosiasi asam (pKa) 1,4: dalam larutan akuatik,

asam nitrat hampir sepenuhnya (93% pada 0.1 mol/L) terionisasi menjadi ion nitrat NO3

dan proton terhidrasi yang dikenal sebagai ion hidronium, H3O+.

HNO3 + H2O → H3O+ + NO3-

Proses pembuatan Asam Nitrat (HNO3)

Ada 2 macam :

1. Oksidasi NH3 dengan udara

Proses pembuatan asam nitrat di industri dipelopori oleh Oswald (1901) dengan

mengkonversi ammonia menjadi asam nitrat dengan membakar ammonia ditambah

dengan katalis platina.

Pada proses ini dibutuhkan suhu tinggi, NH3 dengan penambahan katalis diubah

menjadi NO, yang kemudian didinginkan dan dioksidasi oleh udara menghasilkan

NO2. Nitrogen dioksida bereaksi dengan H2O untuk memproduksi HNO3 dan sedikit

NO. NO diproduksi pada tahap 3 kemudian direcycle ke tahap 2.

Reaksi:

4NH3 (g) + 5O2 → 4NO(g) + 6H2O(g)

2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)

3NO2(g) + H2O(l) → 2 HNO3- + NO(g)

Proses:

Udara dikompresikan menjadi 6,8 atm, disaring dan di panaskan menjadi 300oC.

Amonia diuapkan dalam penguap steam dan selanjutnya dicampurkan dengan udara

yang sudah dikompresi. Campuran antara udara dan Amonia dimasukan ke dalam

reaktor yang berisi katalisator Platina 2- 10%. Pada reaksi ini konversi reaksi bahan

untuk menjadi produk adalah 93 – 95%. Dari reaktor akan di hasilkan Nitric Oksode

(NO). Hasil Nitric Okside kemudian direaksikan dengan oksigen supaya

terbentuk Asam Nitrat yang konsentrasinya 65%. Untuk memekatkan hasil, gas

NO2 diserap dengan menggunakan H2SO4 dalam absorber. Hasil akhir

penyerapan berupa Asam Nitrat dengan kadar 95%.

2. Proses Retort

Dari Chili Salpoter direaksikan dengan H2SO4 menghasilkan HNO3. Cari ini tidak

digunakan lagi karena biaya pemeliharaan dan perbaikan alat sangat mahal dan

kurang efisien meskipun investasinya kecil.

Reaksi :

NaNO3 + H2SO4 NaHSO4 + HNO3

Proses:

Bahan baku Natrium Nitrat dan Asam Sulfat masuk reaktor tangki berpengaduk.

Reaktor di panaskan secara isotermal pada suhu 150oC selama 10 jam.

Konversi pembentukan asam Nitrat adalah 97%.Selama waktu itu NO2 dan air

akan teruapkan. Uap Asam Nitrat di lewatkan di kondensor parsial, kemudian

di pisahkan antara gas dan cairanya dalam separator. Cairan Asam Nitrat di

dinginkan dengan menggunakan Cooler dan selanjutnya di simpan sebagai hasil

Asam Nitrat. Konsentarsi hasil adalah sebesar 90%. Gas yang tidak

terembunkan diserap dengan menggunakan air pada absorber. Hasil bawah

menghasilkan kadar Asam Nitrat 43%. Hasil samping reaktor berupa campuran

”either cake”. Bahan ini dapat di jual pada industri baja dan dapat juga di pakai

sebagai bahan baku Asam Klorida bila di reaksikan dengan garam NaCl.

Berdasarkan uraian beberapa macam proses pembuatan Asam Nitrat tersebut, maka

dipilih Proses Retort dalam pembuatan Asam nitrat dari Natrium Nitrat dan asam Sulfat

dengan pertimbangan :

1. Proses ini menghasilkan konversi reaksi yang lebih tinggi tinggi.

2. Kondisi operasi mudah dicapai karena hanya memerlukan suhu dan tekanan yang

rendah

3. Produk yang dihasilkan mempunyai kemurnian yang lebih tinggi.

Uraian Proses

Oksidasi NH3 dengan udara

Cara kerjanya:

1. Udara tekan 100 psig melalui kompresor (dingin) menyerap panas dari preheater

dialirkan bersama-sama dengan NH3 gas kdalam converter

2. Suhu operasi = 900 EC dengan tinggi katalisator Pt - Rh

N

3. Gas panas segera dialirkan kedalam preheater untuk didinginkan dengan

menggunakan udara dingin dari kompresor. Selanjutnya dialirkan ke dalam heater.

Karena panas masih cukup tinggi, maka gas sisa dari absorber (t = 60 EC) dimana P

masih cukup tinggi dipergunakan untuk menyerap panas dari gas hasil dan panas ini

dirubah menjadi kerjaa oleh turbin (selisih p). Sisa panas dimanfaatkan oleh Wh.B.

untuk steam dan akhirnya untuk menguapkan NH3 di dalam evaporator NH3. Gas

yang telah dingin ini ( 4 = 40 – 60 EC) diabsorbsi dengan H2O di dalam tangki

absorber menghasilkan HNO3 60%.

4. Bila HNO3 berwarna coklat berarti NO2 lebih besar, dapat direduksi dengan udara

Bentuk Konverter dan Prinsip Kerjanya

- Campuran NH3 dan udara masuk dari puncak converter, turun kebawah melalui

lapisan katalisator. Gas hasil didinginkan dengan udara dingin dan keluar gas outlet.

- Pada waktu starting penyalaan permulaan dengan nyala H2 melalui H sampai suhu

reaksi, lalu dimatikan

Pemekatan HNO3

- Larutan HNO3 dengan kadar 60% merupakan campuran azeotrop, sehingga

penyulingan hanya dapat dilakukan sampai kadar 68%.

- Dalam industri dibutuhkan HNO3 pekat, maka salah satu cara ialah dengan

pemekatan menggunakan H2SO4 pekat (karena mudah menyerap air) yang

dipanaskan dengan uap secara langsung atau tidak langsung.

Bila dipergunakan steam langsung :

Digelembung dan sekaligus berfungsi sebagai mengaduk

Proses Retort

Natrium nitrat (NaNO3) padat dari gudang (G-1) dengan belt conveyor (BE–1),

selanjutnya dilewatkan Screw conveyor (SC-1) dan masuk ke rotary drier (RD) untuk

mengurangi kadar air. Suhu masuk rotary drier RD = 35oC dan keluar pada 100oC,

Selanjutnya dengan belt conveyor (BC–2) dan bucket elevator (BE–1),Natrium

nitrat diumpankan ke reaktor (R–1).

Asam sulfat (H2SO4) 66oBe (93%) dari tangki penyimpan (T–1) dipompa dan

dilewatkan pemanas (HE–1) untuk pemanasan pendahuluan dari 35oC menjadi 60oC

dan kemudian masuk ke reaktor (R–1).

Reaktor di panaskan dengan saturated steam pada suhu 200oF secara

isothermal, kondisi operasi reaktor pada 150oC (302oF), selama 10 jam. Gas hasil

reaksi dalam reaktor pada keadaan lewat jenuh dilewatkan (HE–1) untuk

didinginkan, dan dialirkan ke kondensor (CD–1) dengan menggunakan bowler (B-3).

Pada suhu 95oC dalam tekanan 1 atm, sebagian gas hasil reaksi akan

mengembun dan sebagian lagi tidak. Gas dan cairan ini selanjutnya dimasukan ke

sparator (S–1), dipisahkan antara gas dan cairan. Cairan dari sparator (S–1)

selanjutnya didinginkan dengan (HE-2) sampai suhu 40oC, kemudian masuk

dalam accumulator (AC–1), konentrasi asam nitrat hasil 76%.

Gas yang tidak terembun pada kondensor (CD–1) didinginkan dengan

pendingin (HE–2) menjadi 40oC dan di serap dengan air (H2O) pada 40oC dalam

absorber (AB–1). Pada absorber 1 terjadi absorbsi gas dengan reaksi kimia.

Menara absorber (AB–1) berupa menara “Buble Cup” yang berkerja pada tekanan 1

Atm. Hasil arbsorbsi berupa asam nitrat dengan kadar 65% yang selanjutnya

dimasukan ke accumulator (AC–1).

Pada accumulator (AC–2) yang ditambahkan asam nitrat dari hasil (AC–1)

dengan kosentrasi 68% untuk menaikan konsentrasi hasil. Selanjutnaya asam

nitrat dipompakan ke tangki penyimpan T – 2. Hasil samping berupa campuran

antara NaHSO4, Na2SO4, NaCl yang berbentuk slurry encer dipompa dan

disimpan pada tangki T – 3

Gambar. Diagram alir kualitatif

Gambar. Diagram alir kuantitatif

Usaha untuk memperbesar hasil

Kelompok 1 (a, b, c, d, e)

Reaksi samping b, c, d (tidak diinginkan)

Segi termodinamika

1. Reaksi okap yang dimana T lebih besar supaya K lebih besar dengan

kenyataannya T lebih besar (1000 EC) supaya reaksi b tidak bergeser ke kiri.

2. O2 lebih besar yang dimana supaya reaksi b, d, tidak mengalami masalah

pemingutan hasil, penguapan kurang efisien

3. P lebih besar dari 1 atm tidak berpengauh

4. Inert yang menguntungkan, menyerap panas

5. Hasil reaksi (a) segera dipisahkan supaya reaksi (c) tidak terjadi

Segi kinetika

1. O2 besar

2. A besar yang terdapat pada turbulensi ( pengadukan), yang dimana reaksi samping

(reaksi c), waktu kontak dengan katalisator lebih dari 1 detik

3. Reaksi ekso yang dimana T lebih besar supaya K lebih besar (T 900 EC – 1000 EC)

4. E kecil, katalisator : kadar Pt – Rh (10%)

NO sudah terurai menjad N2 + O2, pada T lebih besar sehinggga harus

membekukan kesetimbangan.

Caranya : T diturukan menjadi 800 EC

Kelompok 2 (e, f, g)

Segi termodinamika

1. O2 besar

2. Reaksi oxo : T kecil k lebih besar ( T lebih kecil/sama dengan 60 EC)

3. P besar yang digunakan untuk reaksi o dan g : menguntungkan

Segi Kinetika

1. Reaksi exo : T besar supaya k lebih besar : ternyata k lebih besar cukup pada T

kamar

( 38 EC, 100 % NO2 ; 225 EC : 50% NO2, 50% NO 600 EC ; NO2 tidak terjadi)

Kesimpulan :

Kelompok 1

1. O2 lebih besar

2. P lebih kecil atau sama dengan 1 atm

3. T = 627 – 920 EC

Kelompok 2

1. O2 besar

2. P besar (100 psig)

3. T lebih kecil atau sama dengan 60 EC

- Ternyata T dan P bertentangan

- Perlu dipecah menjadi 2 kelompok (prosesnya)

- Ada 3 alternatif

a. Kelompok 1: tekanan rendah ( P normal)

Kelompok 2: tekanan tinggi (P lebih besar)

b. Kelompok 1 dan 2: tekanan sama: 1 atm (rendah) P lebih kecil

Kelompok 1 dan 2: tekanan sama : 100 psig (tinggi) P lebih besar

Dari ketiga alternatif ini maka :

Keadaan a : gas mengandung NO dan H2O sehingga bersifat sangat korosif dan

mengakibatkan kompresor cepat rusak

Keadaan b : untuk kelompok 2 bila p lebih kecil maka dibutuhkan ruangan yang sangat

besar (tidak ekonomis)

Keadaan c : ini paling menguntungkan dilaksanakan pada P = 100 psig, kelompok 1

dirugikan, tetapi secara keseluruhan menguntungkan karena biaya investasi

kecil, alat-alat kecil dan hasil lebih baik.

Reaksi a) sangat cepat, hasil segera diinginkan, disini dibutuhkan kecepatan alir besar.