I. PENDAHULUAN
1.1 Latar BelakangBelerang atau sulfur adalah unsur kimia dalam
tabel periodik yang memiliki lambang S dan nomor atom 16. Belerang
ditemukan dalam meteorit. R.W. Wood mengusulkan bahwa terdapat
simpanan belerang pada daerah gelap di kawah Aristarchus. Belerang
terjadi secara alamiah di sekitar daerah pegunungan dan hutan
tropis. Sulfir tersebar di alam sebagai pirit, galena, sinabar,
stibnite, gipsum, garam epsom, selestit, barit dan lain-lain.
Bentuknya adalah non-metal yang tak berasa, tak berbau dan
multivalent. Belerang dalam bentuk aslinya, adalah sebuah zat padat
kristalin kuning. Di alam belerang dapat ditemukan sebagai unsur
murni atau sebagai mineral- mineral sulfide dan sulfate. Ia adalah
unsur penting untuk kehidupan dan ditemukan dalam dua asam amino.
Penggunaan komersilnya terutama dalam fertilizer namun juga dalam
bubuk mesiu, korek api, insektisida dan fungisida. Belerang dikenal
masyarakat (khususnya para petani) adalah sejenis bahan untuk
digunakan pembasmi tikus. Dengan alat khusus, belerang diubah untuk
menjadi asap yang dimasukkan pada lubang-lubang tikus di
persawahan, sehingga tikus dibuatnya semaput. Manfaat belerang
padahal cukup banyak khususnya untuk dunia industri. Asam sulfat
adalah suatu bahan penting untuk berbagai proses produksi, antara
lain industri pupuk, bahan kimia maupun untuk analisa labotarorium.
Asam sulfat merupakan asam anorganik yang bisa diproduksi secara
massal dan dalam kapasitas besar. Pada umumnya setiap pabrik
memiliki unit pabrik pengolahan asam sulfat agar mengurangi biaya
pembelian bahan baku. Oleh karena itu, agar kita lebih memahami
mengenai industri belerang dan asam sulfat, maka makalah ini akan
membahas mengenai industri belerang dan asam sulfat.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari makalah ini adalah sebagai berikut.
1. Bagaimana sejarah perkembangan industri belerang dan asam
sulfat?
2. Apa karakteristik bahan baku yang digunakan dalam industri
belerang dan asam sulfat?
3. Bagaimana proses industri belerang dan asam sulfat?
4. Bagaimanakah karakteristik produk dari industri belerang dan
asam sulfat?
5. Berapa kapasitas produk yang dihasilkan pada industri
belerang dan asam sulfat di Indonesia?
6. Apa manfaat dan bahaya produk yang dihasilkan industri
belerang dan asam sulfat?
1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk:
1. Mengetahui sejarah perkembangan industri belerang dan asam
sulfat.2. Mengetahui karakteristik bahan baku yang digunakan dalam
industri belerang dan asam sulfat.3. Memahami proses industri
belerang dan asam sulfat.4. Mengetahui produk dalam industri dan
asam sulfat
5. Mengetahui kapasitas produk yang dihasilkan pada industri
belerang dan asam sulfat.6. Memahami manfaat dan bahaya produk yang
dihasilkan dalam industri belerang dan asam sulfat.1.4 Manfaat
Penulisan
Manfaat dari penulisan makalah ini adalah dapat:
1. Mengetahui sejarah perkembangan industri belerang dan asam
sulfat.2. Mengetahui karakteristik bahan baku yang digunakan dalam
industri belerang dan asam sulfat.3. Memahami proses industri asam
sulfat.4. Mengetahui produk dalam industri belerang dan asam
sulfat
5. Mengetahui kapasitas produk yang dihasilkan pada industri
belerang dan asam sulfat.6. Memahami manfaat produk yang dihasilkan
dalam industri belerang dan asam sulfat.II. PEMBAHASAN
2.1 Sejarah Perkembangan Industri Belerang dan asam sulfat1.
BelerangBelerang mempunyai sejarah yang tidak kalah tua dari bahan
kimia manapun dan telah berkembang dari bahan kuning menjadi suatu
bahan yang sangat bermanfaat dalam peradaban modern. Dalam
upacara-upacara praperadaban, bahan ini dibakar untuk mengusir
roh-roh jahat dan bahkan pada masa itu uapnya sudah digunakan untuk
memutihkan kain dan jerami. Selama bertahun-tahun, sebuah
perusahaan Perancis memonopoli perdagangan belerang dunia dengan
menguasai sumber penting yang terdapat di Sisilia. Mungkin karena
harganya sangat tinggi dan mungkin karena di Amerika banyak
terdapat pirit, penggunaan belerang unsur di Amerika Serikat
sedikit sekali sebelum tahun 1914. Walaupun belerang ditemukan di
daerah Teluk Meksiko di Amerika Serikat pada tahun 1869, bahan itu
sukar ditambang karena adanya lapisan penutup yang terdiri dari
pasir hanyut.
Penambangan belerang di Texas dan Louisiana dengan proses Frasch
berkembang sejak tahun 1914, sedemikian rupa sehingga kemudian
merupakan sumber terbesar bagi pemenuhan kebutuhan dalam negeri
Amerika Serikat dan juga masuk ke pasaran dunia. Belakangan ini,
sumber utama untuk pembuatan belerang unsur adalah H2S yang
merupakan hasil sampingan dari desulfurisasi gas bumi asam (artinya
mengandung belerang) dan minyak bumi asam. Kanada, Perancis, dan
Amerika Serikat adalah negara-negara penghasil belerang pulihan
yang terbesar. Pada tahun 1980, produksi belerang dunia, dalam
segala bentuknya, berjumlah 54,6 x 106 t di antaranya 26,1%
diproduksi dengan cara frasch, 32,2% merupakan hasil pulihan, 5,5%
belerang-unsur lainnya, dan 36,2% didapatkan dari sumber-sumber
bukan unsur seperti pirit dan gas pabrik logam.
2. Asam Sulfat
Asam sulfat pertama kali ditemukan diIranolehAl-Razipadaabad
ke-9. Pembuatannya melalui pembakaran belerang dengan saltpeter,
pertama kali dijelaskan oleh Valentinus pada abad kelima belas.
Pada tahun 1746, Roebuck dari Birmingham (Inggris) memperkenalkan
proses kamar timbal. Proses yang menarik, namun sekarang sudah
kuno.Proses kontak pertama kali ditemukan pada tahun 1831 oleh
Phillips, seorang Inggris, yang patennya mencakup aspek aspek
penting dari proses kontak yang modern, yaitu dengan melewatkan
campuran sulfur dioksida dan udara melalui katalis, kemudian
diikuti oleh absorpsi sulfur trioksida di dalam asam sulfat 98,5 %
sampai 99 %.
Pada tahun 1889, diketahui bahwa proses kontak dapat
ditingkatkan dengan menggunakan oksigen secara berlebihan di dalam
campuran gas reaksi. Dalam periode 1900 sampai 1925, banyak pabrik
asam kontak yang dibangun dengan menggunakan platina sebagai
katalis. Pada tahun 1930, proses kontak ini telah dapat bersaing
dengan proses bilik timbal pada segala konsentrasi asam yang
dihasilkan. Sejak pertengahan tahun 1920-an, kebanyakan fasilitas
yang baru dibangun dengan menggunakan proses kontak dengan katalis
vanadium. Berbagai penyempurnaan telah dilakukan, baik terhadap
peralatan maupun terhadap katalis.Proses kontak sekarang telah
banyak mengalami penyempurnaan dan dewasa ini telah menjadi suatu
proses industri yang murah, kontinu dan dikendalikan secara
otomatis. Semua pabrik asam sulfat yang baru menggunakan proses
kontak. Salah satu kelemahan proses kamar yang menyebabkan orang
tidak memakainya lagi adalah karena proses ini hanya mampu
menghasilkan asam sulfat dengan konsentrasi sampai 78% saja.
Pemekatannya merupakan suatu operasi yang mahal, sehingga pada
tahun 1980, hanya tinggal satu pabrik saja yang menggunakan proses
kamar yang masih beroperasi di Amerika Serikat.2.2 Bahan Baku
Industri Belerang dan Asam SulfatBelerang terdapat dalam keadaan
unsur bebas ataupun dalam senyawa sulfida Bahan baku utama
pembuatan asam sulfat adalah sulfur atau belerang, yang berwarna
kuning. Belerang di alam terdapat di kulit bumi meliputi kira-kira
0,1% dari massa kulit bumi. Belerang dalam keadaan unsur bebas
terdapat di alam (daerah gunung berapi dan dalam tanah). Dalam
bentuk senyawa, belerang terdapat pada bijih-bijih seperti pyrit
(FeS2), sfalerit (ZnS), kalkoprit (CuFeS2), galena (PbS), atau pada
garam-garam sulfat seperti gips CaSO4, barium sulfat (BaSO4),
maupun magnesium sulfat (MgSO4). Sekitar 56% belerang diperoleh
dengan penambangan dari sulfur alam, 19% diperoleh dari
senyawa-senyawa sulfur seperti pyrite atau batuan sulfida/ sulfat
lainnya, dan dari gas buangan industri minyak bumi/ batu bara (H2S,
SO2) 25%. Penyebaran penambangan endapan belerang di Indonesia saat
ini baru diketahui terdapat dienam propinsi, dengan total cadangan
sekitar 5,4 juta. Untuk belerang tipe sublimasi, karena proses
terjadinya didasarkan kepada aktivitas gunung berapi, maka selama
gunung berapi aktif, belerang tipe ini dapat diproduksi. Dengan
demikian sumber daya belerang sublimasi dapat dianggap tidak
terbatas.Saat ini belerang termurah dihasilkan dari China dan
India.
Berikut daerah yang memiliki sumber belerang, antara lain:
1. Jawa barat
: Gunung Tangkuban perahu, Danau Putri,
Galunggung, Ceremai, Telaga bodas
2. Jawa tengah
:GunungDieng
3. Jawa timur
:GunungArjuno, Gunung Welirang, kawah Ijen.4. Sumatera
utara:GunungNamora
5. Sulawesi utara:GunungMahawu, Soputan6. Maluku
: Pulau Damar
Dari total jumlah sulfur yang diproduksi tersebut, sekitar
70-85% digunakan untuk pembuatan asam sulfat. Sedangkan asam sulfat
banyak digunakan untuk industri pupuk (37%), industri bahan kimia
(18%), industri bahan warna (8%), pulp dan kertas (7%), besi baja,
serat sintetis, minyak bumi dan lain-lain.
pupuk
Refining minyak bumi
Proses kontak Asam fosfat
Sulfur alam pyrite SO2 H2SO4Alumunium sulfat
Proses bilik
Rayon dan serat
timbal
Pulp
Bahan warna dan lain-lain
Gambar 1. Skema bahan baku dan penggunaan asam sulfat
Karakteristik Bahan baku dari Industri Belerang dan Asam
Sulfat1. Karakteristik Bahan Baku Penambangan dan Pembuatan
Belerang
a. Mineral Sulfida
1. Bijih Pyrit (FeS2)Sistem kristal: isometrik seperti dadu atau
kubus (striated)Kekerasan : 6 6,5 mohs
Berat jenis: 4,95 5,10
Warna: emas pucat
2. Sfalerit (ZnS)Sistem kristal: isomeristik
Kekerasan: 3,5 4 mohs
Berat Jenis: 4,0
Warna: biasanya hitam tetapibisa
berwarnacoklat,kuning,kemerahan, hijau,danputih ataukurang
umumberwarna.
Sifat
: submetalik
Keberadaan: Joplin, Missouri, Rosiclare, Illinois, Elmwood,
Tennessee, Amerika Serikat, Broken Hill, Australia, Italia,
Spanyol, Burma, Peru, Maroko, Jerman, danInggris.3. Kalkoprit
(CuFeS2)Sistem kristal: tertragonal
Kekerasan: 3,5 4 mohs
Berat Jenis: 4,2
Warna
: kuning keemasan
Sifat
: logam
Keberadaan: Chile, Peru, Meksiko, Eropa, dan Afrika Selatan, dan
USA.4. Galena (PbS)Sistem Kristal
: isometrik heksoktahedral
Kekerasan
: 2,5 2,75 mohs
Berat jenis
: 7,58
Warna
: abu abu timah
Sifat
: semikonduktor
Keberadaan
: Perancis, Romania, Austria, Belgium, Italia, Spanyol,
Scotland, Inggris, Australia, Mexico, Gunung Hermon (Israel sebelah
utara), Amerika Serikat (lembah Mississippi, di bagian tenggara
Missouri dan di Illinois, Iowa dan Wisconsin).b. Gas Buang Minyak
Bumi/ Batu Bara
1. Hidrogen sulfat (H2S)
Berat molekul: 34.08 g/mol
Auto ignition : 2600 C
Titik didih
: - 60.20 C
Berat jenis : 1.189 g/cm3Kelarutan
: 437 ml/100 ml air pada 0 0C dan 186 ml/100 ml air pada 40
0C
Sifat
: gas beracun, korosif, dan tidak berwarna2. Belerang dioksida
(SO2)
Berat molekul: 64,08 g/mol
Titik leleh : 280 C
Titik didih
: -100 C
Kelarutan: sekitar 80 volume gas larut dalam satu volume air
pada 0oC
Sifat: berbau tajam, beracun, dan tidak mudah terbakar diudara2.
Karakteristik Bahan Baku Pembuatan Asam Sulfat
Sifat fisik dan kimia:1. Berat atom: 32,07 g/mol
2. Titik leleh: 112,8oC (rhombik)
119,0oC (monoklin)
3. Titik didih: 446oC
4. Kekerasan: 1,5 2,5 skala Mohs
5. Ketahanan : getas/ mudah hancur(brittle) 6. Pecahan:
berbentuk konkoidal dan tidak rata 7. Kilap
: damar 8. Gores
: berwarna putih 9. Nyala lampu : biru dan jika dibakar
menghasilkan gas SO2 yang berbau busuk
10. Warna
: kuning gelap atau kehitaman
11. Daya hantar: penghantar panas dan listrik yang buruk
12. Kelarutan : tidak larut dalam air (larut dalam CS2, CCl4,
minyak bumi, minyak tanah, dan anilin).2.3 Proses Industri Belerang
dan Asam Sulfat1. Penambangan dan Pembuatan Belerang
a) Pengambilan belerang alam dari dalam tanah (Proses
Frasch)Sebelum proses Frasch dikembangkan, belerang unsur ditambang
dengan cara manual, yaitu belerang dalam bijih dikonsentrasi dengan
membakar sebagian belerang itu dalm tumpukan agar sebagian belerang
lainnya meleburdan zat cairnya ditarik keluar, kemudian dicetak
dalam cetakan. Proses Frasch. Sejak akhir tahun 1890-an, Herman
Frasch telah menciptakan cara yang cerdik untuk melebur belerang di
bawah tanah atau di bawah laut, untuk kemudian dipompakan ke
permukaan.
Gambar 2. Skema Penambangan BelerangLubang-lubang bor digali
sampai ke dasar lapisan yang mengandung belerang dengan menggunakan
peralatan pemboran minyak biasa, sampai kedalaman 150 750 m.
Kemudian suatu sarangan yang terdiri dari tiga pipa dengan diameter
berkisar antara 3 cm sampai 20 cm dilewatkan melelui strata yang
mengandung belerang dan berhenti di bagian atas anhidrat yang tidak
mengandungnya, seperti pada gambar. Sebuah pipa 10 cm dimasukkan ke
dalam pipa 20 cm, sehingga terbentuk sebuah ruang anulus di antara
keduanya yang menjangkau sampai hampir ke dasar batuan yang
mengandung belerang, dan duduk pada suatu kalung yang menutup rapat
ruang anulus antara pipa 20 cm dan 10 cm tersebut. Sebuah pipa
dengan diameter 3 cm dijulurkan di tengah-tengah sampai sedikit di
atas kalung. Lubang-lubang dibagian atas digunakan untuk air panas
keluar dan lubang dibagian bawah untuk belerang lebur masuk.Untuk
mengoperasikan proses Frasch ini, air panas bersuhu 160oC
dilewatkan melalui ruang anulus antara pipa 20 cm dan pipa 10 cm.
Air itu akan keluar melalui perforasi (lubang-lubang) ke dalam
formasi berpori di dasar sumur. Batuan yang mengandung belerang di
sekitar sumur, yang dilalui oleh sirkulasi air panas tersebut akan
menjadi panas dan suhunya naik sampai di atas titik cair belerang,
yaitu kira-kira 115oC. Belerang cair yang lebih berat dari air akan
tenggelam dan membentuk suatu kolam di sekitar dasar sumur,
kemudian masuk melalui perforasi sebelah bawah, lalu naik ke atas
melelui ruang antara pipa 10 cm dan pipa 3 cm. belerang cair itu
didorong ke atas oleh tekanan air panas sampai kira-kira separuh
ketinggian ke permukaan. Udara bekanan air panas dipompakan melalui
pipa 3 cm untuk mengaerasi belerang cair dan menurunkan densitasnya
sehingga naik kepermukaan. Sedangkan air ditarik keluar dari
formasi itu dengan laju aliran kira-kira sama dengan laju
injeksinya, agar tidak terjadi peningkatan tekanan yang dapat
menyebabkan pemasukannya terhenti. Setelah sampai dipermukaan,
belerang cair itu dialirkan melalui pipa-pipa yang dipanaskan
dengan uap ke dalam pemisah (separator), dimana udara dikeluarkan.
Belerang itu kemudian dibiarkan memadat di dalam tong-tong
penimbunan atau tetap dalam keadan cair di dalm tangki penimbunan
yang dipanaskan dengan uap.
b) Pengambilan belerang alam dari gunung berapi (Indonesia)
Deposit sulfur di gunung berapi dapat berupa batuan, lumpur
sedimen atau lumpur sublimasi, kadarnya tidak begitu tinggi (30
60%) dan jumlahnya tidak begitu banyak (600 - 1000 juta ton). Untuk
pemanfaatan sumber alam ini diperlukan peningkatan kadar sulfur
terlebih dahulu, antara lain dengan cara flotasi dan benefication
proses. Dalam flotasi dilakukan penambahan air dan frother,
sehingga sulfur akan terapung dan dapat dipisahkan. Prinsip kerja
dari proses flotasi didasarkan pada perbedaan tegangan permukaan
dari mineral di dalam air (aqua) dengan cara mengapungkan mineral
ke permukaan. Secara garis besar pemisahan dengan cara flotasi
dilakukan dalam 2 tahap, yaitu tahap conditioning dan tahap
pengapungan mineral (flotasi). Tahap conditioning bertujuan untuk
membuat suatu mineral tertentu bersifat hidrofobik dan
mempertahankan mineral lainnya bersifat hidrofilik. Pada tahap
conditioning ini, ke dalam pulp dimasukkan beberapa reagen flotasi.
Sedangakan tahap flotasi atau aerasi adalah tahap pengaliran udara
kedalam pulp secara mekanis baik agitasi maupun injeksi udara.
Dari gambar di atas terlihat bahwa pada proses flotasi mineral
yang akan dipisahkan bersama dengan reagen akan menempel pada
gelembung udara dan naik ke permukaan, sedangkan sisanya berupa
pasir halus dan air yang disebut tailing. Sedangkan dalam
benefication proses, sulfur setelah ditambahkan air dan
reagen-reagen dipanaskan dalam autoklaf selama - jam pada tekanan 3
atm, sehingga setiap partikel kecil sulfur terkumpul, kemudian
dilakukan pencucian dengan air untuk menghilangkan tanah, lalu
dipanaskan kembali dalam autoklaf sehingga sulfur terpisah sebagai
lapisan sulfur dengan kadar 80 90%.c) Pengambilan belerang dari gas
buang bahan bakar
Sulfur dapat diperoleh dari gas buang pembakaran batubara atau
pengilangan minyak bumi yang tidak boleh dibuang ke udara karena
dapat menimbulkan pencemaran.
Pengolahan gas buang untuk memperoleh sulfur ini biasa dilakukan
dengan menggunakan proses Claus. Pada proses ini, gas-gas tersebut
(H2S) terlebih dahulu diadsorpsi dengan menggunakan etanolamin
untuk memisahkannya dari gas-gas lain, yang kemudian akan masuk ke
unit Claus. Terdapat dua tahapan pada proses Clause, yaitu thermal
step dan catalityc step. Gambar 4. Skema pengambilan belerang dari
gas buangPada thermal step, sebagian gas H2S akan teroksidasi
dengan udara, ini dilakukan dalam tungku reaksi pada suhu tinggi
(1000 1400oC ). Sehingga sulfur akan terbentuk dan akan dihasilakan
pula gas SO2, namun beberapa gas H2S tetap tidak bereaksi. Dengan
reaksi sebagai berikut:
H2S + 3O2 2SO2 + 2H2O - 24,89 kcalKemudian pada catalityc step,
gas H2S yang belum teroksidasi pada thermal step direaksikan dengan
SO2 pada suhu yang lebih rendah (sekitar 200 350oC) selama katalis
untuk memperoleh belerang. Dengan reaksi sebagai berikut:
4H2S + 2SO2 S6 + 4H2O - 42,24 kcalPada tahap kedua dibutuhkan
katalis untuk membantu gas H2S bereaksi lebih cepat dengan SO2.
Tetapi pada tahap ini tidak semua gas H2S dapat cepat bereaksi
sehingga dibutuhkan dua atau tiga tahap katalitik, seperti yang
terlihat pada gambar. Setelah melalui kedua tahap tersebut masih
ada sejumlah kecil gas H2S yang masih tertinggal dalam tail gas,
dan biasanya dapat ditangani dengan proses unit tail gas, sehingga
secara keseluruhan akan didapatkan sekitar 99,8% sulfur.
Berikut gambar unit pemulihan belerang proses Claus dalam
industri pada pabrik Okotoks.
Gambar 5. Proses Clause dalam industri pada pabrik okotoks
d) Pengambilan belerang dari batuan sulfide
Sulfur dapat pula diambil dari batuan sulfida atau sulfat,
seperti pyrite FeS2, colcopyrite CuFeS2, covelite CuS, galena PbS,
Zn blende ZnS, gips CaSO4, anglesite PbSO4, dan lain-lain. Proses
yang dapat digunakan untuk pemulihan belerang unsur dari pyrite
adalah proses peleburan-kilat Outokumpu, proses Orkla, dan proses
Noranda, tetapi dewasa ini hanya proses Outokumpu yang masih
beroperasi secara komersial. Pada proses ini akan dihasilkan gas
yang mengandung sulfur dioksida (SO2) cukup tinggi untuk pembuatan
asam sulfat.Contoh reaksi utama pengolahan pyrite:FeS2
S2(g) + FeS
+25,98 kcal
2FeS + 3 O2 Fe2O3 + 2SO2
2. Asam Sulfata. Proses kontakSalah satu cara pembuatan asam
sulfat melalui proses industri dengan produk yang cukup besar
adalah dengan proses kontak.Prinsip proses kontak adalah reaksi
oksidasi gas SO2 dengan oksigen dari udara dengan memakai katalis
padat dilanjutkan dengan absorpsi gas SO3 yang dihasilkan untuk
membentuk asam sulfat. Reaksi Utama :
S(s) + O2(g)
SO2(g)
-70,9 kcal
SO2(g) + O2(g)
SO3(g)
-23,0 kcal
Pt merupakan katalis yang mula-mula dipakai karena katalis ini
aktif pada suhu di atas 4000C. Reaksinya merupakan reaksi
keseimbangan dan ekoterm sehingga digunakan sejumlah konverter
adiakat yang dipasang secara seri dan dipasang pendingin di antara
masing-masing konverter untuk mendapatkan konversi sampai 95%.
Konversi reaksi harus tinggi karena SO2 yang tak bereaksi
menimbulkan polusi udara. Proses Kontak dengan Absorpsi TunggalBila
menggunakan bahan baku seperti bijih sulfida, asam bekas pakai atau
lumpur asam, diperlukan pemurnian gas yang cukup ekstensif. Kalor
yang dilepas pada waktu reaksi katalitik dimanfaatkan untuk
memanaskan gas SO2 di dalam penukar kalor sebelum masuk konversi
katalitik. Kalor yang keluar dalam pemanggangan bijih atau dalam
pembakaran asam bekas biasanya dipulihkan dalam bentuk uap
bertekanan rendah.
Bahan yang digunakan pada proses ini adalah belerang dan melalui
proses berikut.
a. Belerang dibakar di udara, sehingga bereaksi dengan oksigen
dan menghasilkan gas belerang dioksida.b. Belerang dioksida
direaksikan dengan oksigen dan dihasilkan belerang trioksida.
Reaksi ini berlangsung lambat, maka dipercepat dengan katalis
vanadium pentaoksida (V2O5) pada suhu 450 C.
c. SO3 yang dihasilkan, kemudian dipisahkan, dan direaksikan
dengan air untuk menghasilkan asam sulfat.
d. Reaksi tersebut berlangsung hebat sekali dan menghasilkan
asam sulfat yang sangat korosif. Untuk mengatasi hal ini, gas SO3
dialirkan melalui menara yang di dalamnya terdapat aliran H2SO4
pekat, sehingga terbentuk asam pirosulfat (H2S2O7) atau disebut
oleum. Asam pirosulfat direaksikan dengan air sehingga menghasilkan
asam sulfat dengan kadar 98%.Berikut ini adalah diagram alir pabrik
asam sulfat kontak yang menggunakan pembakaran belerang dan
absorpsi tunggal.
Gambar 6. Diagram alir proses kontak absorpsi tunggal Proses
Kontak dengan Absorpsi GandaProses kontak kemudian mengalami
modifikasi secara berangsur-angsur dan menggunakan absorpsi ganda
(juga disebut katalis ganda), sehingga hasilnya lebih tinggi dan
emisi SO2 yang belum terkonversi dari cerobong asap berkurang.
Dalam konfigurasi aliran ini, gas yang keluar dari menara
absorpsi pertama dipanaskan lagi melalui pertukaran kalor dengan
gas konverter bawah dan masuk kembali dalam tahap akhir konverter
itu. Oleh karena itu, kadar sulfur trioksidanya rendah,
reaksinya:SO2(g) + O2(g)
SO3(g)
Reaksi dapat berlangsung lebih jauh pada arah yang dihendaki dan
pemulihan dapat lebih tinggi dan mencapai 99,7%.Berikut ini adalah
diagram alir pabrik asam sulfat kontak yang menggunakan pembakaran
belerang dan absorpsi tunggal.
Gambar 7. Diagram alir asam sulfat dengan menggunakan absorpsi
gandab. Proses Bilik TimbalProses bilik timbal yang dikembangkan
pada pertengahan kedua abad ke-18, membakar sulfur dalam bejana
tanah liat. Sejumlah kecil SO3 yang dihasilkan (bersamaan dengan
SO2 yang menjadi produk utamanya) diembunkan dan dimasukan ke dalam
air untuk membuat asam sulfat. Suatu penemuan yang tak sengaja
mengungkapkan bahwa penambahan natrium nitrat dan kalium nitrat
meningkatkan rendemen SO3. Garam-garam ini terurai untuk
menghasilkan nitrogen dioksida yang bereaksi dengan SO2 dan
menghasilkan SO3 :SO2(g) + NO2(g)
SO3(g) + NO(g)
Pada tahun 1736, Joshua Ward mengambil langkah penting
berikutnya dengan mengganti bejana tanah liat tempat sulfur dibakar
dengan botol kaca besar yang disusun berseri, untuk mempercepat
proses.Pengembangan bilik-timbal (lead chamber) berukuran kamar,
yang digunakan pertama kali oleh John Roebuck pada tahun 1746,
secara dramatis memperluas manufaktur asam sulfat. Produk dari
bejana tanah liat yang kuno itu hanya beberapa gram, dan botol kaca
Ward dapat menghasilkan beberapa kilogram. Sebaliknya, bilik-timbal
dapat memproduk asam sulfat dalam jumlah ratusan pound hingga
berton-ton, menurunkan harga produk karena skalanya yang besar
serta menurunkan biaya tenaga kerja. Dalam proses bilik-timbal,
campuran sulfur dan kalium nitrat diletakan dalam cedok (ladle) dan
dibakar di dalam bilik besar yang dilapisi timbal, lantainya
digenangi dengan air. Gas mengembun pada dinding dan diabsorpsi
oleh air. Sesudah proses ini diulang beberapa kali, asam sulfat
encer diambil dan dididihkan untuk memekatkannya lebih lanjut.
Pengembangan terakhir meliputi penghembusan uap air untuk
mempercepat reaksi dengan air dan menyebarkan gas serta memisahkan
bilik pembakar dari bilik absorpsi.Joseph Gay Lussac mengambil
langkah maju yang nyata pada tahun 1835 ketika ia membangun menara
untuk mengambil kembali NO yang sebelumnya telah dihembuskan keluar
dan dan mengkonversinya kembali menjadi NO2 melalui reaksi dengan
oksigen. Tepatnya, dalam menara Gay Lussac, NO dikonversikan
menjadi asam Nitrit (HNO2) yang dilarutkan dalam asam sulfat
berair;
2NO(g) + O2(g) + H2O(l)
2HNO2(aq)Asam nitrit kemudian direaksikan dalam menara kedua
yang diberi nama sesuai dengan pengembangannya, John Glover untuk
mengoksidasi sulfur dioksida :
2HNO2(aq) + SO2(g) H2SO4(g) + 2NO(g)Reaksi keseluruhan
langkah-langkah ini ternyata :
SO2(g) + O2(g) + H2O(l)
H2SO4(aq)Pendaur ulangan oksida nitrogen sangat mengurangi
konsumsi natrium nitrat atau kalium nitrat, yang hanya sekarang
diperlukan untuk menggantikan dalam kehilangan dalam proses.
Disamping itu, menara Glover memproduksi asam sulfat yang lebih
pekat 75 sampai 85 persen H2SO4 berdasar massa dibandingkan 60
sampai 70 persen yang diperoleh dengan metode terdahulu. Berikut
adalah proses mendapatkan asam sulfat dengan cara bilik timbal.
c. Proses Pemekatan Asam SulfatAsam encer dapat dipekatkan
menjadi asam dengan konsentrasi yang agak lebih tinggi dengan
mencelupkan gelungan uap pemanas yang terbuat dari timbal, di dalam
tangki timbal atau tangki yang berlapis timbal dan bata.
Berdasarkan gambar konsentrator dengan tiupan uap seperti gambar
dibawah ini. Gas panas pada suhu sekitar 680oC diperoleh dari
pembakaran minyak atau gas bahan bakar. Gas pembakaran yang panas
ini ditiupkan dari arah yang berlawanan terhadap asam sulfat itu di
dalam kompartemen pada drum pemekat dan air keluar bersama
gelembung-gelembung gas dari asam. Gas keluar paada suhu 230oC
sampai 250oC dari kompartemen pertama drum itu, masuk ke dalam
kompartemen kedua, bersama dengan sebagaian gas panas dari tanur
pembakaran. Kemudian gas yang dihasilkan ini akan keluar pada suhu
170oC sampai 180oC, dan masuk ke dalam drum pendingin gas, dimana
gas tersebut didinginkan lagi menjadi 100oC sampai 125oC sambil
menaikkans uhu asam encer ke titik didihnya. Oleh karena sebagian
asam sulfat itu terbawa ikut sebagai kabut, gas panas dilewatkan
melalui pembasuh venture dan separator siklon, kemudian dicuci
dengan asam umpan dan air untuk menyingkirkan kabut asam, sebelum
dibuang ke udara. Cara ini dapat menurunkan kabut asam sampai
sekitar 35 mg/m3 dengan biaya investor yang lebih rendah dari pada
bila menggunakan prisipitator-kabut elektrostatik. Prosedur ini
akan menghasilkan asam dengan konsentrasi akhir 93%.
Gambar 9. Proses Pemekatan asam sulfat2.4 Produk dalam Industri
Asam SulfatProduk asam sulfat yang dihasilkan oleh PT. Dunia Kimia
Utama memiliki konsentrasi 98,5%. Sifat fisik asam sulfat yang
dihasilkan yaitu:No.ParameterSifat Fisik Produk
1.2.3.4.5.BentukWarnaBauTitik DidihTitik
LelehCairanJernihMenyengat340oC10,49oC
Sedangkan sifat kimia asam sulfat yang dihasilkan
yaitu:No.ParameterSifat Kimia Produk
1.2.3.4.5.6.Rumus
MolekulBMDensitasSpgrKelarutanViskositasH2SO498,08 gr/mol
1,84 g/cm31,834Larut dalam air dengan semua perbandingan26,7 cP
(20C)
Perbandingan produksi dengan menggunakan proses kontak dengan
proses bilik timbal.
NoKarakteristikProses KontakProses Bilik Timbal
1Tekanan1 atm-
2Suhu450-5000C400-6000C
3KonversiMencapai 99,5% (dari SO2 menjadi SO3)Konversi mencapai
78%
4HargaRendah, karena dalam satu kali proses meningkatkan
konsentrasi asam.Tinggi, karena dengan kondisi yang hampir sama
hanya bisa menghasilkan konversi yang rendah.
5KatalisV2O5NO2
2.5 Kapasitas Produk yang dihasilkan pada Industri Belerang dan
Asam Sulfat1. Kapasitas Produksi Asam Sulfat di Dunia
197019801990
Dunia250,9430,9614,5
Amerika Serikat92,7152,7189,1
Eropa99,1170,9200,0
Jepang20,927,336,4
Kanada10,015,522,7
Meksiko6,88,95,6
Afrika Utara4,018,653+
Brazil2,37,116+
2. Kapasitas Produksi Asam Sulfat di IndonesiaSekarang ini ada 7
pabrik asam sulfat, diantaranya ada yang merupakan unit terpadu
dengan pabrik-pabrik pupuk yang sudah ada, rayon, dan detergen.
Dengan adanya pabrik-pabrik baru, maka kapasitas sebesar 253.000
ton/tahun pada tahun1983 akan meningkat menjadi 841.000 ton/tahun
pada tahun 1988. Jumlah kebutuhan pada tahun 1983/1984 238.000 ton
dan pada tahun 1988 diperlukan 800.000 ton. Pemakai dan penghasil
terbesar adalah PT. Petrokimia Gresik yaitu 170.000 ton/tahun untuk
unit pupuk ZA((NH4)2SO4)) dan akan dipoles menjadi 698.000
ton/tahun dengan mulai beroperasinya unit asam phosport.2.6 Manfaat
Dan Bahaya Produk yang dihasilkan dalam Industri Belerang dan Asam
SulfatManfaat produk yang dihasilkan, yaitu :1. Belerang
Khasiat belerang bagi tubuh manusia, antara lain: Mengobati dari
luka bekas gigitan binatang berbisa
Obat gatal-gatal pada kulit
Menghilangkan panu/kurap yang menghiasi kulit. Selain berkhasiat
bagi tubuh manusia, lebih dari 90% belerang yang digunakan
dikonversi menjadi asam sulfat, tetapi penggunaan di industri pun
banyak. Di antaranya adalah pembuatan pulp kertas, karbon
disulfida, insektisida, fungisida, bahan pemutih, karet
vulkanisasi, detergen, produk farmasi dan zat warna.2. Asam
Sulfat
Kegunaan asam sulfat adalah untuk pembuatan aluminium sulfat.
Alumunium sulfat dapat bereaksi dengan sejumlah kecil sabun pada
serat pulp kertas untuk menghasilkan aluminium karboksilat yang
membantu mengentalkan serat pulp menjadi permukaan kertas yang
keras. Aluminium sulfat juga digunakan untuk membuat aluminium
hidroksida. Asam sulfat juga memiliki berbagai kegunaan di industri
kimia. Sebagai contoh, asam sulfat merupakan katalis asam yang
umumnya digunakan untuk mengubah sikloheksanonoksim menjadi
kaprolaktam, yang digunakan untuk membuat nilon. Ia juga digunakan
untuk membuat asam klorida dari garam melalui proses Mannheim.
Banyak H2SO4 digunakan dalam pengilangan minyak bumi, contohnya
sebagai katalis untuk reaksi isobutana dengan isobutilena yang
menghasilkan isooktana.Bahaya dari produk yang dihasilkan, yaitu
:1. Belerang
Efek dari gas belerang terhadap manusia sangatlah bervariasi.
Dimana dengan konsentrasi rendah pada 1 ppm yang telah dihirup
manusia akan mengalami pengurangan fungsi paru-paru. Bila kedapatan
selama 20 menit mencapai konsentrasi 8 ppm akan memerahkan
tenggorokan, gangguan pada hidung, dan iritasi pada tenggorokan.
Sekitar 20 ppm merupakan titik kritis dari iritasi konsentrasi
SO2.
Pada beberapa kasus dimana terdapat konsentrasi SO2 yang sangat
tinggi pada ruangan tertutup, dapat mengakibatkan gangguan saluran
udara, hypoxemia (kekurangan oksigen pada darah), dan kematian
dalam hitungan menit.
2. Asam Sulfat
Asam sulfat dianggap tidak beracun selain bahaya korosifnya.
Resiko utama asam sulfat adalah kontak dengan kulit yang
menyebabkan luka bakar dan penghirupan aerosol asap. Paparan dengan
aerosol asam pada konsentrasi tinggi akan menyebabkan iritasi mata,
saluran pernafasan, dan membran mukosa yang parah. Iritasi akan
mereda dengan cepat setelah paparan, walaupun terdapat risiko edema
paru apabila kerusakan jaringan lebih parah. Pada konsentrasi
rendah, simtom-simtom akibat paparan kronis aerosol asam sulfat
yang paling umumnya dilaporkan adalah pengikisan gigi.III.
PENUTUP3.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang diperoleh mengenai Industri Belerang dan
asam sulfat antara lain sebagai berikut.
1. Belerang merupakan salah satu bahan dasar yang paling penting
dalam industri pengolahan kimia.
2. Bahan baku yang digunakan dalam industri asam sulfat adalah
belerang.3. Proses industri asam sulfat terdiri dari proses kontak
(absorpsi tunggal dan ganda) dan proses bilik timbal.4. PT. Dunia
Kimia Utama yang terletak di Palembang menggunakan proses kontak.5.
Proses kontak dan bilik timbal memakai bahan dasar SO2 dari
pembakaran belerang.6. Asam sulfat dianggap tidak beracun selain
bahaya korosifnya. Resiko utama asam sulfat adalah kontak dengan
kulit yang menyebabkan luka bakar dan penghirupan aerosol asap.7.
Kegunaan asam sulfat adalah untuk pembuatan aluminium sulfat.DAFTAR
PUSTAKA
Austin, George T. 1996. Industri Proses Kimia Edisi Kelima Jilid
1. Jakarta : Erlangga.
Diawati, Chansyanah. 2010. Diktat Kimia Industri. Bandar Lampung
: Universitas Lampung.
Oxtoby, David W. 2003. Kimia Modern Edisi Keempat Jilid 2.
Jakarta : Erlangga.
Gambar 3. Flotasi cell
Gambar 8. Proses Bilik Timbal
Sumber : Monsanto Enviro-Chem
30