BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Urea Urea adalah suatu senyawa organik yang terdiri dari unsur karbon, hidrogen,

oksigen dan nitrogen dengan rumus CON2H4 atau (NH2)2CO. Urea juga dikenal dengan nama carbamide yang terutama digunakan di kawasan Eropa. Nama lain yang juga sering dipakai adalah carbamide resin, isourea, carbonyl diamide dan carbonyldiamine. Senyawa ini adalah senyawa organik sintesis pertama yang berhasil dibuat dari senyawa anorganik. (wikipedia, 2007) Urea merupakan pupuk nitrogen yang paling mudah dipakai. Zat ini mengandung nitrogen paling tinggi (46%) di antara semua pupuk padat. Urea mudah dibuat menjadi pelet atau granul (butiran) dan mudah diangkut dalam bentuk curah maupun dalam kantong dan tidak mengandung bahaya ledakan. Zat ini mudah larut didalam air dan tidak mempunyai residu garam sesudah dipakai untuk tanaman. Kadang-kadang zat ini juga digunakan untuk pemberian makanan daun. Disamping penggunaannya sebagai pupuk, urea juga digunakan sebagai tambahan makanan protein untuk hewan pemamah biak, juga dalam produksi melamin, dalam pembuatan resin, plastik, adhesif, bahan pelapis, bahan anti ciut, tekstil, dan resin perpindahan ion. Bahan ini merupakan bahan antara dalam pembuatan amonium sulfat, asam sulfanat, dan ftalosianina (Austin, 1997). Urea ditemukan pertama kali oleh Roelle pada tahun 1773 dalam urine. Pembuatan urea dari amonia dan asam sianida untuk pertama kalinya ditemukan oleh F.Wohler pada tahun 1828 . Namun pada saat ini pembuatan urea pada umumnya menggunakan proses dehidrasi yang ditemukan oleh Bassarow pada tahun 1870. Proses ini mensintesis urea dari pemanasan amonium karbamat. Prinsip pembuatan urea pada umumnya yaitu dengan mereaksikan antara amonia dan karbondioksida pada tekanan dan temperatur tinggi didalam reaktor kontinu untuk membentuk amonium karbamat (reaksi1) selanjutnya amonium karbamat yang terbentuk didehidrasi menjadi urea (reaksi 2).

Universitas Sumatera Utara

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: Reaksi 1 : 2 NH3(g) + CO2(g) Reaksi 2 : NH2COONH4(g)

NH2COONH4(g) NH2CONH2(g) + H2O(l)

Sintesis urea dilakukan dengan amonia yang berlebih agar kesetimbangan dapat bergeser ke arah kanan sehingga dapat dihasilkan produk yang lebih banyak. (Muliawati, 2007)

2.2

Proses Sintesis Urea Berdasarkan ammonium karbamat yang tidak terkonversi, proses sintesis urea

secara komersial dapat dibagi menjadi beberapa jenis yaitu :

a. Once-through urea process Amonium Karbamat yang tidak terkonversi menjadi urea didekomposisi menjadi gas NH3 dan CO2 dengan cara memanaskan keluaran urea syntesis reaktor pada tekanan rendah . Gas NH3 dan CO2 dipisahkan dari larutan urea dan dimanfaatkan untuk memproduksi garam amonium dengan cara mengabsorbsi NH3 dengan larutan asam nitrat atau asam sulfat sebagai absorben.

b. Solution recycle urea process Karbamat yang tidak terkonversi didekomposisi menjadi gas NH3 dan CO2. Selanjutnya gas amonia dan karbondioksida tersebut diabsorbsi oleh air dan dikembalikan kedalam reaktor dalam bentuk larutan. (Muliawati, 2007)

2.3

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Sintesis Urea Ada beberapa faktor yang mempengaruhi reaksi pembuatan urea yaitu:

a. Temperatur Reaksi sintesis urea berjalan pada temperatur optimal adalah 1850C dengan waktu pemanasan sekitar 30 menit. Jika temperatur turun akan menyebabkan konversi amonium karbamat menjadi urea akan turun.


b. Tekanan Untuk menghasilkan urea yang optimal, maka diperlukan tekanan tinggi yaitu 250kg/cm2 karena konversi amonium karbamat menjadi urea hanya berlangsung pada fasa cair sehingga tekanan harus dipertahankan pada keadaan tinggi. c. Perbandingan NH3 dan CO2 Industri urea di Indonesia pada umumnya mensintesis urea dengan perbandingan NH3 dan CO2 adalah 2-2,5 mol. Hal ini dikarenakan perbandingan mol dapat mempengaruhi suhu, tekanan operasi dan jumlah amonia yang terbentuk.

d. Jumlah air Jumlah air dalam reaktor dapat berpengaruh terhadap reaksi yang kedua yaitu penguraian amonium karbamat menjadi urea dan air. Jika terdapat air dalam jumlah yang cukup banyak, maka akan memperkecil konversi terbentuknya urea dari larutan karbamat.

Berikut ini diberikan kualitas urea yang dihasilkan pada Pabrik Sriwijaya. (Muliawati, 2008) Tabel 2.1 Kualitas Urea yang dihasilkan Komponen

Kandungan dalam pupuk Urea

Nitrogen

46,2 % berat (minimum)

Air


Karbamat


Besi

1 ppm berat (maksimum)

Amonia bebas

150 ppm berat (maksimum)

Abu

15 ppm (maksimum)

(Sumber: PUSRI, 2007)

2.4

Gambaran Umum Gas Sintesis Gas sintesis merupakan gas yang diperoleh dari suatu proses, misalnya dari

proses penyulingan minyak bumi atau dari proses gasifikasi batubara. Gas sintesis yang diperoleh merupakan bahan antara atau intermediate material pada pembuatan ammonia dan karbondioksida merupakan hasil sampingnya yang digunakan dalam


proses pembutan pupuk. Gas sintesis terdiri dari beberapa senyawa kimia, yakni Hidrogen (H2) 56,4%, Nitrogen (N2) 33,1%, Metana (CH4) 7,1%, Uap air (H2O) 1,7%, Karbon monoksida (CO) 1,3% dan Karbon dioksida (CO2)0,4%. (Subekti, 2005)

2.5

Proses Produksi Ammonia Secara Umum Tahapan reaksi yang terjadi di hydrogen plant adalah desulfurisasi, steam

reforming, shift convention, absorbsi CO2 dan metanasi. Produk yang dihasilkan adalah gas hidrogen. a. Desulfurisasi Feed hidrokarbon harus dihilangkan sifatnya untuk melindungi katalis di reformer. Tipe dari desulfurisasi dipengaruhi feed stock dari senyawa sukfur pada feed. Hidrogen sulfida dan kompoenen sulfur reaktif dapat dihilangkan dengan absorbsi karbon aktif atau absorbsi zinc oksida panas. Komponen sulfur yang tidak reaktif pada feed stock dapat dihilangkan dengan hidrogenasi menjadi hirogen sulfida memakai zinc oksida. Katalisator zinc oksida sangat baik untuk penghilangan senyawa sulfur pada feed stock. Adapun reaksinya sebagai berikut : ZnO + H2S

⇔

ZnS + H2O

Katalis zinc oksida digunakan pada suhu sampai 4540C, tetapi paling efektif pada suhu 3400C dan tekanan atmosfer sampai 50 kg/cm2. Sedangkan Space Velocity antara 200 per-jam sampai 2000 per-jam dan kandungan hidrogen sulfida maksimum 50 ppm.

b. Steam hydrocarbon reforming Hydrocarbon setelah diproses pada Desulfurizer dicampur dengan steam dan selanjutnya diproses pada Reformer dengan bantuan katalis nikel dengan alumina yang ditempatkan di dalam tube reformer. Adapun reaksinya sebagai berikut : CnHm+ nH2O ⇔ nCO2 + m(n+2)H2 CO + H2O

⇔

CO2 + H2

CO + 3H2

⇔

CH4 + H2O

Burner digunakan untuk memanaskan feed sampai mencapai suhu reaksi. Suhu operasi 8500C dan tekanan 18 kg/cm2 ; sedangkan steam/carbon sebesar 2,5-8


mol. Jika feed-nya methane, diperlukan steam carbon ratio lebih kecil dibaningkan dengan buthane. Disamping kebutuhan steam untuk keperluan proses I Shift Catalyst. Kebutuhan steam harus seimbang agar effluent dari reformer jangan ada yang terbentuk methane.

c. Shift Converter Karbon monoksida pada reformer ridak akan terabsorb pada absorber sistem dan karbon monooksida ini harus dikonversi menjadi karbon dioksida pada Shift Converter. Ini merupakan fungsi dari shift converter untuk mereaksikan karbonmonoksida dengan steam menjadi bentuk tambahan antara hidrogen dengan karbon dioksida. Reaksi pada Shift Converter adalah : ⇔

CO + H2O

CO2 + H2 + Heat

Walaupun reaksi ini eksotermis, namun berlangsung pada suhu rendah, konsentrasi steam yang tinggi dan tidak dipengaruhi oleh tekanan. Reaction rate akan terjadi pada suhu yang lebih tinggi, jika suhunya rendah konversinya lebih sempurna tetapi reaction rate-nya lambat. Oleh sebab itu dibutuhkan dua stage konversi, yaitu: - High Temperatur Shift Coverter (HTSC) dengan suhu operasi 3300C-5100C dan tekanan 50 kg/cm2, tetapi pada tekanan 121 kg/cm2 memungkinkan untuk beroperasi, sedangkan normal wet gas space velovity antara 1000 hingga 5000 per jam. - Low Temperatur Shift Converter (LTSC) yang beroperasi pada suhu 1930C-2500 C dan tekanan 51 kg/cm2. katalis memiliki thermal stability tinggi tetapi sangat dipengaruhi oleh senyawa sulfur dan klorida serta normal wet gas space velovity antara 2000-5000 per jam d. CO2 Absorbtion Beberapa sistem absorbsi yang digunakan untuk menghilangkan CO2 dari produksi gas, yaitu : 1. Mono Ethanol Amine (MEA) 2. UCAR Amine Guard System (Actived MEA) 3. Hot Potassium Carbonat seperti Vetrocoke, catacarb, benfield process


4. Sulfinol process Hot potassium carbonate dioperasikan pada suhu yang lebih tinggi dibandingkan MEA dan Sulfinol, oleh sebab itu biayanya lebih murah dibandingkan MEA dan sulfinol. MEA dan sulfinol solution mengabsorb pada suhu 350C sedangkan hot Potassium Carbonate pada suhu 1250C. Untuk memilih proses mana yang dipakai, tergantung pada spesifikasi produk dan steam balance. Reaksi yang terjadi pada Potassium Carbonate (K2CO3) dan CO2 sebagai berikut: ⇒

K2CO3 + CO2 + H2O

2KHCO3

Reaksi ini terjadi 2 langkah : •

Langkah Pertama : Hydrolysis Potassium Carbonate ⇔

K2CO3 + H2O •

KOH + KHCO3

Langkah Kedua : Potassium Hydroxide direaksikan dengan CO2 menjadi Potassium Bicarbonate KOH + CO2

⇒

KHCO3

Untuk menaikkan aktivitas dari Potassium Carbonate digunakan amine borate dimana proses ini disebut Catacarb, sedangkan proses benfield menggunakan Hot Potassium Carbonate dengan actived agent DEA.

e. Methanation Sisa-sisa dari karbon oksida yang keluar dari absorber sistem dirubah ke bentuk methan dengan bantuan katalis. Karbon oksida dihidrogenasi menjadi methane terjadi pada reaksi yang mana keduanya secara eksotermis. Adupun reaksinya adalah : CO + 3H2

⇔

CH4 + H2O

CO2 + 4H2

⇔

CH4 + 2H2O

Sisa karbon oksida bisa dikurangi sekitar 5-10 ppm pada proses methanasi. Suhu operasi antara 2320C-4540C dan teknan hingga 60 kg/cm2, namun bisa beroperasi hingga 250 kg/cm2. Katalis harus dilindungi dari sulfur, khlorine, dan arsenic. Space velocity 5000-12000 volume gas pada STP per-jam, per-volume katalis. (Pertamina, 2009) f. Synthesis Loop dan Amoniak Refrigerant •

Synthesis Loop


Gas sintesis yang akan masuk ke daerah ini harus memenuhi persyaratan perbandingan H2/N2 = 2,5 – 3 : 1. gas sintesis pertama-tama akan dinaikkan tekanannya menjadi sekitar 177.5 kg/cm2 oleh syn gas compressor dan dipisahkan kandungan airnya melalui sejumlah K.O. Drum dan diumpankan ke Amoniak Converter dengan katalis iron. Reaksi :

N2(g) + 3H2(g)

2NH3(g)

Kandungan Amoniak yang keluar dari Amoniak Converter adalah sebesar

12,05-

17,2 % mol. Ada banyak variabel yang mempengaruhi sintesis amonia di dalam ammonia converter di antaranya adalah temperatur, tekanan, laju alir gas sintesis dan kecepatan ruang, perbandingan antara H2 dan N2, jumlah inert, serta katalis. Penjelasan dari masing-masing faktor adalah sebagai berikut (PT .Pupuk Kujang, 2007) : 1. Temperatur

Sesuai dengan Azas Le Chatelier “Jika suatu sistem berada dalam kesetimbangan, suatu kenaikan temperatur akan menyebabkan kesetimbangan itu bergeser ke arah yang menyerap kalor (reaksi penguraian/reaksi endoterm)”. Dan reaksi sintesis ammonia merupakan reaksi eksoterm (reaksi pembentukan) : N2(g) + 3H2(g)

2NH3(g)

Sedangkan reaksi penguraian amonia adalah reaksi endoterm : 2NH3(g)

N2(g) + 3H2(g)

Perubahan temperatur akan mengakibatkan bergesernya kesetimbangan reaksi. 2. Tekanan Menurut Azas Le Chatelier, kenaikan tekanan menyebabkan reaksi bergeser ke arah mol (koefisien reaksi) yang lebih kecil (ke arah pembentukkan NH3), tetapi jika tekanan berkurang maka kecepatan tumbukan antar molekul reaktan berkurang, sehingga kecepatan reaksi pembentukkan NH3 menurun atau ke arah penguraian NH3 3. Laju alir gas reaktan Sesuai dengan Azas Le Chatelier, jika komponen reaktan ditambah dan produk terus-menerus diambil/dikurangi maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah pembentukkan NH3.


4. Perbandingan reaktan antara hidrogen dan nitrogen Menurut reaksi kesetimbangan, pembentukan amonia dalam memproduksi 1 mol gas NH3 membutuhkan 1/2 mol N2 dan 3/2 mol H2. Perbandingan N2:H2 = 1:3. 5. Jumlah gas inert Jika terjadi peningkatan kadar gas inert dalam ammonia coverter yang terutama terdiri dari metana dan argon maka dapat mengakibatkan turunnya produksi pembentukan amonia.

6. Katalis Katalis merupakan zat yang dapat mempercepat reaksi namun tidak ikut bereaksi. Peranan katalis adalah untuk menurunkan energi aktivasi reaksi. Sesuai dengan fasa terjadinya reaksi, maka katalis dibedakan menjadi dua jenis yaitu: katalis homogen dan heterogen. Dalam industri umumnya katalis yang dipakai adalah katalis heterogen karena lebih ekonomis. Katalis heterogen yang paling banyak digunakan adalah dalam bentuk unggun dengan keunggulan lebih mudah pengoperasiannya,

mudah dalam regenerasi, dan harganya relatif lebih murah. Katalis yang digunakan untuk sintesis amonia adalah iron. •

Amoniak Refrigerant

Amoniak cair yang dipisahkan dari gas sintesis masih mengandung sejumlah tertentu gas-gas terlarut. Gas-gas inert ini akan dipisahkan di seksi Amoniak Refrigerant yang berfungsi untuk : o Mem-flash amoniak cair berulang-ulang dengan cara menurunkan tekanan di setiap tingkat flash drum untuk melepaskan gas-gas terlarut. o Sebagai bagian yang integral dari refrigeration, chiller mengambil panas dari gas synthesa untuk mendapatkan pemisahan produksi amoniak dari Loop Synthesa dengan memanfaatkan tekanan dan temperatur yang berbeda di setiap tingkat refrigeration. g. Produk Amoniak Produk Amoniak yang dihasilkan terdiri atas dua, yakni : •

Warm Ammonia Product (30oC) yang digunakan sebagai bahan baku untuk pabrik urea.


•

Cold Ammonia Product (-33oC) yang disimpan dalam Ammonia Storage Tank (wikipedia, 2007).

2.6 Proses Produksi Urea Secara Umum Urea dihasilkan dari ammonia liquid dan gas CO2 sebagaimana reaksi sebagai berikut : (1) 2NH3 (l) + CO2(g) <==> NH2 CO ONH4 (liq Ammonium Karbamat) (2) NH2 CO ONH4(l) <==> NH2 CO NH2 (liq Urea) + H2O(liq) Reaksi (1) merupakan pembentukan karbamat secara cepat dan eksotermis. Reaksi (2) merupakan dekomposisi karbamat menjadi urea dan air yang berjalan lambat dan sedikit endotermis. Kondisi reaksinya sebagai berikut : Tekanan

141 – 200 kg/cm2

Temperatur

183 – 189oC

Rasio mol NH3/CO2 (feed reaktor)

2,9 – 4,0

Reaktor Urea dilengkapi dengan sieve tray yang mempunyai volume cukup untuk mengakomodasi residence time dari reaksi endotermis (2) yang relative lambat dimana karbamat dikonversi menjadi urea. Sieve tray ini berfungsi agar pencampuran reaktan (gas liq) berlangsung baik dengan spesifikasi volume vessel dan residence time yang dibutuhkan di reactor (Wikipedia, 2008). Fluida campuran meninggalkan reaktor mengandung urea, air, karbamat dan ekses ammonia. Karbamat & excess ammonia akan dipisahkan dengan cara : 1. Proses Stamicarbon CO2 Stripping :

Liquid Outlet Reaktor di stripping dengan panas steam jenuh (tidak kontak langsung) dan gas CO2 dari disch Comp yg bertujuan untuk menurunkan tekanan parsial gas ammonia sehingga terjadi perubahan kesetimbangan dimana ammonia fase liquid akan berubah ke gas sedangkan gas CO2 yg sebelumnya terlarut dalam ammonia liquid (sbg karbamat) akan ikut ke keluar menjadi fase gas. Liquid Outlet di bottom Stripper dikirim ke Reactor Column dengan diturunkan tekanannya ke 3,0 – 3,5 kg/cm2 serta dipanaskan. Gas NH3 & CO2 yang terlepas dari karbamat di top Reactor Column masuk ke LPCC (Low Pressure Carbamat Condenser) untuk


dikondensasikan lalu di pompakan (recycle) ke reactor Urea. Sedangkan cairan yang keluar dari reaktor dengan Urea 63% dikirm ke Flash tank (vakum) Sedangkan campuran gas CO2 dan NH3 dari top Stripper dialirkan ke HP Carbamat Condenser bertemu dengan NH3 feed menjadi 80% carbamat liquid (panasnya diserap kondensat untuk pembentukan steam tekanan rendah) dan sisanya masih gas. Aliran beda fase ini dipisahkan menjadi 2 aliran dan bersama-sama menuju Reaktor Urea. Di HPCC (High Pressure Carbamat Condenser) disengajakan tidak semua gas CO2 & NH3 dikondensasikan karena panasnya masih dibutuhkan untuk reaksi endotermis pembentukan carbamat liqid menjadi urea di reaktor Urea (Wikipedia,2008). 2. Proses Stamicarbon Konvensional (Total Recycle):

Liquid Oulet Reaktor dialirkan ke Rectifying Column tingkat pertama, dimana tekanannya diturunkan menjadi 18 kg/cm2 serta dipanaskan dengan steam saturated sehingga carbamat liquid terdekomposisi jadi campuran gas CO2 & NH3. Lalu cairanya masuk ke Reactor Column kedua dengan tekanan yang lebih rendah lagi (3,5 kg/cm2). Gas Outlet Reactor Column I masuk ke Midlle Pressure Carbamat Condenser utk dikondensasikan, sedangkan gas outlet Reactor Column II masuk ke Washing Column dimana ada NH3 water yg menyerap gas tersebut, lalu campuran gas liquid (NH3-CO2) masuk ke Low Pressure Carbamat Condenser. Dari LPCC, carbamat liquid di kirim ke MPCC (Middle Pressure Carbamat Condenser) dan dari MPCC diumpan lagi (recycle) ke Reaktor Urea bersama-sama dengan feed NH3 dan CO2. Liq Out Reactor Column II masuk ke Flash Tank (Wikipedia,2008).

Vacuum Evaporation Larutan urea dengan konsentrasi 99,7% wt diperoleh dengan menguapkan air pada kondisi vakum 2 tingkat.Larutan Urea outlet flash Tank dengan konsentrasi 73% masuk ke Evaporator yang terdiri dari 2 evaporator single pass yang bekerja pada tekanan 0,34 dan 0,03 kg/cm2. Tiap Evaporator terdiri dari heater shell & tube, separator vapor-liquid, serta surface condenser-ejector untuk menjaga kebutuhan vakum. Pada Evaporator pertama, larutan urea yang berkonsentrasi 74% wt dinaikkan menjadi 95,3% wt. Setelah pemisahan vapor di separator, larutan urea di alirkan ke Evaporator kedua untuk mencapai konsentrasi 99,7%. Setelah dipisahkan


dari vapornya di vapor-liquid separator, larutan urea konsentrasi tinggi atau urea melt di pompakan ke prilling tower menuju prilling bucket. Untuk meminimalkan pembentukan biuret (penguraian urea yg bersifat racun bagi tanaman), harus memperhatikan batasan residence time di evaporator dimana pembentukan

biuret

ini

dipengaruhi

residence

time

dan

temperature

(Wikipedia,2008).

Prilling Prilling bucket merupakan sebuah conical bucket dengan lubang-lubang kecil yang banyak, berputar pada kecepatan tertentu dengan gaya sentrifugal. Urea melt terdistribusi menjadi tetesan kecil jatuh ke bawah tower sesuai luas cross section. Selama jatuh ke bawah, terjadi proses solidifikasi. Panas kristalisasi di bawa dari aliran udara secara counter current ke atas yang dihisap oleh fan. Tetesan padat ini disebut prill. Untuk mengimprove kualitas prill, sejumlah urea prill diumpankan lagi ke tower sebagai seeding (pembentukan inti) dari kristalisasi tetesan urea melt. Produk Urea Prill merupakan butiran bulat dan keras di scrap dan di transfer ke belt conveyor yang menuju ke Urea Bulk Storage . Kualitas produk Urea Prill : Kandungan Nitrogen minimum 46,2%, Biuret maximum 1%, H2O maximum 0,5 %, Temperatur maximum 60 C, size 18 mesh minimum 98% (Wikipedia,2008).

2.7 Deskripsi Proses Proses dalam pembentukan Urea dibagi dalam 2 tahap yaitu: •

Proses Pembentukan Ammonia Gas nitrogen dan gas hidrogen yang berasal dari Hydrogen Plant dan

Nitrogen Plant industri pengilangan minyak diumpankan ke reaktor ammonia

(R-

101) dengan perbandingan 1 : 3. Reaksi berlangsung pada fasa gas dengan mengikuti persamaan berikut : N2 + 3 H2

2NH3

Gas hidrogen dan nitrogen sintesis dilewatkan melalui heater (E-101 dan E102), dan blower (B-101 dan B-102) untuk menaikan temperatur dan tekanannya yang masing-masing sebesar temperatur 4500C dan pada tekanan 150 atm yang telah


dikompres sebelum masuk ke tangki penyimpanan (TK-101 dan TK-102), kemudian gas umpan tersebut diteruskan ke reaktor ammonia (R-101). Reaksi berlangsung cepat dengan konversi maksimum 17,2 % mol (Rifai, 2007). Jenis reaktor yang digunakan adalah jenis fixed bed dengan katalis besi. (Walas, 1988). Reaksi pembentukkan ammonia ini merupakan reaksi reversible sehingga menghasilkan reaksi kesetimbangan. Pembentukan 1 mol gas NH3 membutuhkan 1/2 mol gas N2 dan 3/2 mol gas H2. Selanjutnya, gas ammonia dikondensasi pada suhu 350C di dalam kondensor (E-103), kemudian ammonia cair bersama gas hidrogen dan gas nitrogen yang tidak terkonversi diteruskan ke dalam flash drum (F-101) untuk memisahkan ammonia dari gas hidrogen dan nitrogen yang tidak terkonversi. Ammonia cair diteruskan ke tangki ammonia (TK-102)

yang sebelumnya

temperaturnya dinaikkan sampai 1820C pada heat exchanger (E-104) yang nantinya merupakan bahan baku pembuatan pupuk urea. Gas hidrogen dan nitrogen yang tidak terkonversi disimpan dalam tangki penyimpanan (TK-103) untuk selanjutnya dapat dipergunakan sebagai gas bahan bakar (Walas, 1988). •

Proses Pembentukan Urea

Ammonia dari tangki (TK-102) dan karbondioksida dari tangki (TK-201) dialirkan dengan menggunakan masing-masing blower ammonia (B-201) dan karbondioksida (B-202), dan diteruskan ke heater (E-201) untuk mendapatkan temperatur sebesar 1820C dan tekanan masing-masing gas sebesar 150 atm dengan menggunakan kompressor nitrogen dan hidrogen (JC-101 dan JC-102). Produk masing-masing selanjutnya masuk ke dalam reaktor urea (R-201), reaksi ini berlangsung selama 30 menit (Muliawati, 2008).

Reaksi: r2 r1 2NH 3(g) + CO 2(g) ←→ NH 2 COONH 4 (l ) ←→ NH 2 CONH 2 (l ) + H 2 O (l)

Larutan yang masih mengandung ammonia dan karbondioksida yang tidak terkonversi dilewatkan melalui (J-202) yang kemudian akan diteruskan ke dalam Knock Out Drum (F-201) untuk memisahkan gas karbon dioksida dan amonia dari larutan urea dengan kondisi operasi pada 2200C. Selanjutnya, gas karbon dioksida


dan amonia yang keluar dari Knock Out Drum dilewatkan melalui kompresor (JC202) dan heater (E-203) untuk menaikkan tekanan dan temperaturnya sebesar 150 atm dan 1820C yang kemudian akan direcirculation ke dalam reaktor urea (R-201) (muliawati, 2008). Larutan karbamat, urea, dan air yang telah dipisahkan dari karbon dioksida dan amonia dilewatkan melalui cooler

(E-202) untuk menurunkan

temperaturnya menjadi 700C, kemudian larutan tersebut diteruskan ke dalam low pressure decomposer (S-201), di dalam low pressure decomposer terjadi reaksi penguraian larutan karbamat menjadi amonia dan karbon dioksida dengan temperatur 700C (Muliawati, 2008). Reaksi:

NH 2 COONH 4 (l ) → 2NH 3

(g)

+ CO 2

(g)

Larutan urea, karbondioksida, ammonia, air dan sedikit karbamat diteruskan ke knock out drum (F-202) untuk memisahkan karbondioksida dan ammonia yang telah diuraikan sebelumnya. Gas ammonia dan karbondioksida yang keluar dari knock out drum (F-202) dikembalikan ke reaktor (R-201). Larutan urea yang masih mengandung air dan sedikit karbamat dari knock out drum (F-202) diteruskan ke evaporator untuk memisahkan air dari larutan urea sampai konsentrasi urea mencapai 99,3%. Evaporator yang digunakan berjumlah 2, yaitu evaporator 1 0

dengan tekanan 0,32 atm dan temperatur 128,96 C dan evaporator 2

(FE-301) (FE-302)

dengan tekanan 0,03 atm pada temperatur 157,580C yang bertujuan agar air yang dievaporasi lebih banyak (Muliawati, 2008). Uap air yang keluar dari kedua evaporator dikondensasikan di dalam condenser (E-301). Kondensat dari proses evaporasi didinginkan dengan menggunakan water condensor dan kemudian dialirkan ke bagian utilitas. Larutan urea yang memiliki konsentrasi tinggi keluar dari evaporator 2 (FE-302), selanjutnya larutan urea tersebut diteruskan ke dalam melting tank (TK-401), di dalam melting tank terjadi pelelehan urea dengan temperatur 1970C. Lelehan urea dari melting tank dipadatkan dengan proses prilling di dalam prilling tower (TK-402) pada temperatur 62,630C dengan menggunakan rotating prilling bucket yang dikontakkan dengan udara dingin. Udara yang keluar dari prilling tower kemudian didinginkan didalam cooler (E-302) dan dialirkan kembali ke prilling tower (TK-402). Urea yang berbentuk butiran keluar dari prilling tower dimasukkan ke dalam screening (C-403) yang diangkut dengan menggunakan belt


conveyor (C-402). Di dalam screening butiran urea dipisahkan berdasarkan ukuran mesh sebesar 18 mesh (Bingo, 2008). Urea yang keluar dari screening diangkut dengan belt conveyor (C-404) ke gudang (TK-404). Urea yang tidak lolos dari proses screening dibawa ke hopper (TK-403) untuk diumpankan kembali ke melting tank (TK-401) menggunakan bucket elevator (C-401) untuk dilelehkan dan diproses dalam prilling tower (TK-402) kembali.

2.8

Sifat Fisika dan Kimia Urea

A. Sifat-sifat Fisika •

Berat Molekul

: 60,06

•

Spesific Gravity

: 1,335 (200C/40C)

•

Titik lebur

: 132,70C

•

Kelarutan

: 100 (170C dalam 100 % air) 20 (200C dalam 100 % alkohol)

•

Panas pembakaran

: -91,02 .105 J/kg

B. Perubahan Kimia •

Urea dibuat dari hidrolisis parsial cyanamide. H2N-CN + H2O

•

H2N-CO-NH2

Urea dihasilkan dari reaksi antara ammonia dengan karbon dioksida. CO2 + NH3 ↔ H2N – CO - NH2 + H2O

•

Urea dapat bereaksi dengan formaldehid. NH2-CO-NH2 + HCHO

•

NH2 – CO - NH2 + CH2OH

Pemanasan ammonium sianat dapat terurai menjadi urea. NH4+OCN

Heat

H2NCONH2

(Perry dan Green, 1997)

2.9

Sifat-sifat Reaktan dan Bahan Pembantu Sifat-sifat dari reaktan, bahan pembantu yang digunakan dan produk samping

yang dihasilkan adalah sebagai berikut :


2.9.1 NH3 (Ammonia) A. Sifat-sifat Fisika •

Berat Molekul

: 17,03

•

Spesific Gravity

: 0,817 (-790C)

•

Titik lebur

: -77,70C

•

Titik didih

: -33,40C

•

Kelarutan

: 89,9 (00C dalam 100 bagian air dingin) 7,4 (960C dalam 100 bagian air panas)

•

Temperatur kritis

: 1330C

•

Densitas

: 0,880 g/cm3

B. Sifat-sifat Kimia •

Ammonia dapat bereaksi dengan klorida. 2NH3 + Cl2

•

Ammonia dapat bereaksi dengan natrium. 2Na + 2NH3

•

Mg3N2 + 3H2

Ammonia dapat bereaksi dengan kalsium oksida. 3CuO + 2NH3

•

2NaNH2 + H2

Ammonia dapat bereaksi dengan magnesium. 3Mg + 2NH3

•

NH2Cl + NH4Cl

3Cu + 3H2O + N2

Ammonia dapat dioksidasi dengan oksigen. 4NH3 + 3O2

2N2 + 6H2O


2.9.2 CO2 (Karbon dioksida) A. Sifat-sifat Fisika

•

Berat Molekul

: 44,01 kg/kmol

•

Spesific Gravity

: 1,53

•

Titik lebur

: -56,6 (5,2 atm)

•

Titik didih

: -78,50C

•

Kelarutan dalam 100 bagian : 179,7 (00C air dingin) 90,1 (200C air panas)

•

Densitas

: 0,770 g/cm3



Karbon dioksida dapat bereaksi dengan natrium karbonat dan air. Na2CO3 + CO2 + H2O ↔ 2NaHCO3

•

Kalsium karbonat dapat terurai menjadi kalsium oksida dan karbon dioksida bila dilakukan pemanasan. CaCO3

•

CaO + CO2

Karbon monoksida dapat bereaksi dengan gas hidrogen untuk menghasilkan benzen dan karbon dioksida. 12CO + 3H2

•

Tembaga

oksida

C6H6 + 6O2 dapat

bereaksi

dengan

karbon

monoksida

untuk

menghasilkan karbon dioksida dan tembaga. CuO + CO •

Cu + CO2

Karbon dioksida dapat dihasilkan dari reaksi respirasi. C6H12O6 + 6O2

6CO2 + 6H2O + Energi


2.9.3 Nitrogen (N2) A. Sifat-sifat Fisika

• Berat molekul

: 28 kg/kmol

• Titik didih

: –195,50C

• Titik lebur

: –209,860C

• Temperatur kritis

: 126,260C

• Tekanan kritis

: 33,54 atm

• Densitas

: 1,25046 g/cm3


Merupakan Unsur Diatomik

•

Apabila bereaksi dengan Ozon akan membentuk NO N + O3

•

NO + O2

Apabila dibakar dengan lithium pada tekanan 1 atmosfer akan menghasilkan lithium nitrit.


6 Li + N2 •

2 Li3N

Dapat bereaksi dengan magnesium dengan proses pembakaran pada tekanan satu atmosfer, dan akan menghasilkan magnesium nitrit 3Mg + N2

•

MgN2

Dapat bereaksi dengan hidrogen dengan menggunakan katalis yang dikenal dengan proses Haber-Bosch dan menghasilkan NH3 3H2 + N2

2NH3

(www.wikipedia.com)

2.9.4 Hidrogen (H2) A. Sifat-sifat Fisika

• Berat Molekul

: 2,016 gr/mol

• Specific Gravity

: 0,0709(-252,7 oC)

• Titik Cair

: -259,1 oC

• Titik Didih

: -252,7 oC

• Kelarutan

: 2,1 cc/100gr pelarut air (0 oC) 0,85 cc/100gr pelarut air (80 oC)

• Temperatur Kritis

:33,3 K


Dapat bereaksi dengan hidrogen dengan menggunakan katalis yang dikenal dengan proses Haber-Bosch dan menghasilkan NH3 3H2 + N2

•

2NH3

Hidrogen dapat bereaksi dengan oksigen dan menghasilkan hidrogen dioksida. H2(g) + O2(g)

•

H2O(l)

Dalam suasana basa Aluminium dapat bereaksi dengan hidrogen dioksida dan menghasilkan hidrogen dan karbon monoksida. 2Al + 6 H2O + 2OH-

•

2Al(OH)- + 3H2O

Dapat dihasilkan dari steam reforming pada gas alam yang menghasilkan hidrogen dan karbon monoksida.


CH4 + H2O •

CO + H2

Dapat dihasilkan melalui proses reaksi water gas shift dengan menggunakan katalis Fe2O3. CO + H2O

CO2 + H2

(www.wikipedia.com)


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents