BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANGDalam sebuah industri, baik itu industri
minyak dan gas atau pun industri manufacture lainnya, dibutuhkan
sebuah system utilitas untuk menunjang operasi pabrik tersebut.
Salah satunya adalah kebutuhan gas inert.Gas inert ini biasanya
adalah nitrogen. Nitrogen biasa diambil dari udara bebas. Alasan
mengapa mengambil dari udara bebas adalah karena kandungan Nitrogen
dalam udara sangat besar, nitrogen adalah komponen yang paling
besar diantara komponen lainnya. Nitrogen dalam udara kering bisa
mencapai 78%-V.
Nitrogen ini, biasa digunakan untuk packaging di industri
makanan, sebagai pengisi didalam bungkus makanan, agar makanan
terhindar dari perkembang biakan mikroorganisme. Gas inert juga
digunakan untuk melakukan pengosongan di pipa atau vessel di
industri kimia, petrochemical, refinery atau minyak dan gas. Gas
inert ini gunakan untuk menghindari terjadinya api atau kebakaran.
Selain itu gas inert juga di gunakan untuk breathing di tanki agar
tidak terjadi vakum ataun overpressure.Sedangkan Oksigen digunakan
dalam produksi baja, plastik, dan tekstil, ia juga digunakan
sebagai propelan roket, untuk terapi oksigen, dan sebagai penyokong
kehidupan pada pesawat terbang, kapal selam, penerbangan luar
angkasa, dan penyelaman. Oksigen merupakan zat yang sangat reaktif
dan harus dipisahkan dari bahan-bahan yang mudah terbakar.
Oksigen secara industri dihasilkan dengan distilasi bertingkat
udara cair, dengan menggunakan zeolit untuk memisahkan karbon
dioksida dan nitrogen dari udara, ataupun elektrolisis air,
dll.
Di industri yang lekat sekali dengan bahan yang mudah terbakar,
nitrogen menjadi sebuah kebutuhan yang mutlak ada. Tentu karena
alasan keselamatan. Karena kebutuhannya yang cukup besar, maka
banyak industri kimia yang memiliki system penghasil nitrogen
dengan bahan mentah udara. Ada juga pabrik yang produknya adalah
nitrogen, oksigen dan sebagainya.Karena kebutuhan akan oksigen dan
nitrogen ini cukup besar, Dan untuk memenuhi tugas Proses Industri
Kimia maka kami akan mencoba memberikan sedikit wawasan untuk kita
ketahui bersama mengenai proses pada industri pembuatan gas oksigen
dan nitrogen.1.2 TUJUAN1. Dapat memahami proses pembuatan gas
nitrogen dan oksigen.2. Dapat memahami sifat fisika dan kimia dari
nitrogen dan oksigen.3. Dapat mengetahui manfaat dari nitrogen
maupun oksigen.4. Dapat memahami proses distilasi linde. 1.3.
RUMUSAN MASALAH1. Bagaimana proses pembuatan gas nitrogen dan gas
oksigen pada skala industri ?2. Apa perbedaan proses pembuatan gas
nitrogen dan oksigen pada skala industria dan laboratorium ?3.
Bagaimana proses pembuatan gas nitrogen dan oksigen pada skala
laboratorium ?BAB II
PEMBAHASAN
2.1. BAHAN BAKU
Pada pembuatan gas oksigen dan gas nitrogen untuk keperluan
industry dilakukan dengan cara distilasi udara cair, dimana seperti
kita ketahui sendiri bahwa udara terdiri atas atau mengandung 21 %
oksigen dan 78 atau 79 % nitrogen. Adapun sifat kimia dan sifat
fisika dari kedua unsur ini adalah sebagai berikut :
1. Oksigen
Rumus molekul: O2
Rumus Bangun
: O=O
Nama Lain
: Dioxygen, Liquid-Oxygen; Molecular Oxygen; Pure Oxygen
Berat molekul
: 32,00 kg/kmolFase
: Gas
Warna
: Tak berwarna
Liquid Density: 1,149 g/ cm3 (pada 90,0 K)
Viscositas (): ( T dalam Kelvin )Titik didih
: -183 oC
Titik leleh
: -218,4 oC
Tekanan kritis (Pc): 49,7 atm
Temperatur kritis (Tc): -118,8 oC
SPGR
: 1,1053
Panas laten penguapan: 1629 kal/mol
:1,630 kcal/ gmol
:-
:-
Spesifik heat Cp: 2,8106 3,68(10-5 T + 1,745(10-4 T 2 -
1,065(10-7 T 3 (J/mol.K, T dalam K)2. Nitrogen
Rumus molekul
: N2Berat molekul
: 28,014
Wujud
: Gas
Warna
: Tidak berwarna
Titik didih, oC
: -195,8
Titik leleh, oC
: -209,86
Temperatur kritis, oK
: 126,19
Tekanan kritis, bar
: 33,94
Kapasitas panas, kJ/kmol.K: 3,280 + 0,593 x 10-3T + 0,040 x
10-9T3
2.2. PROSES PEMBUATAN GAS OKSIGEN DAN NITROGEN
A. Pembuatan Gas Oksigen
Pembuatan gas oksigen di laboratorium berbeda dengan pembuatan
gas oksigen untuk kepentingan industri.
1. Pembuatan Gas Oksigen di laboratorium
Pembuatan gas oksigen di laboratorium dengan cara memanasakan
senyawa oksidanya, seperti yang dilakukan Priestley berikut ini
:
Selain itu, oksigen juga dapat diperoleh dengan cara
mengelektrolisis larutan garam alkali nitrat atau alkali
sulfat.
Melalui cara elektrolisis ini diperoleh gas oksigen di anoda.2.
Pembuatan Gas oksigen di Industri
Pembuatan gas oksigen untuk keperluan industry dilakukan dengan
cara distilasi udara cair. Dimana udara mengandung 21 % oksigen dan
78 % nitrogen didinginkan hingga suhu 200oC dengan tekanan tinggi
sehingga udara mencair. Kemudian udara cair tersebut secara
berangsur angsur dipanaskan pada suhu 195,8oC, nitrogen akan
menguap, dan selanjutnya dipisahkan. Pada suhu 183oC, oksigen cair
akan menguap sehingga dapat dipisahkan dari gas.B. Pembuatan Gas
Nitrogen
1. Pembuatan Gas Nitrogen di laboratorium
Dalam skala kecil ( skala laboratorium ), gas nitrogen dapat
dibuat melalui pemanasan senyawa azida, seperti natrium azida NaN3
dan barium azida Ba(N3)2. Pemanasan ini menghasilkan gas nitrogen
dan logam natrium.
Selain diperoleh dari pemanasan senyawa azida, nitrogen juga
dapat dihasilkan dari pemanasan secara perlahan lahan larutan
ammonium nitrat.2. Pembuatan Gas Nitrogen di industri
Pembuatan gas nitrogen dilakukan bersamaan dengan pembuatan gas
oksigen karena sumbernya juga sama, yaitu udara. Udara yang
mengandung 78 % gas nitrogen, didinginkan sehingga diperoleh
nitrogen dan oksigen cair.
Selanjutnya, cairan tersebut didistilasi pada suhu 195,8oC.
Nitrogen cair akan menguap dan terpisah dengan oksigen cair. Uap
nitrogen ini, kemudian ditampung dan dapat digunakan sesuai
keperluan.
Tabel Komposisi Udara GasVolume ( % )Triple Point ( K )Boiling
Point ( K )Critical Temp. ( K )Critical Presure ( Mpa )
Nitrogen78,08463,15677,35128,23,39
Oksigen20,94654,36390,19154,585,04
Argon0,93483,7887,27150,84,81
Hidrogen0,0000513,9620,2733,191,29
Neon0,00192124,5527,0933,192,68
Helium0,0005239-4,2155,200,22
Kripton0,0001139115,95119,81209,45,40
Xenon0,0000087161,3165,04289,85,74
Karbon dioksida0,02 0,04216,6194,68304,27,25
2.3. PEMBUATAN GAS OKSIGEN & NITROGEN Menggunakan Double
Kolum Linde
Secara umum pemisahan udara terdiri dari beberapa unit proses
yang pertama adalah proses kompresi, kedua adalah proses
pendinginan dan ketiga adalah proses pemisahan. Kenapa selalu ada
dua unit tersebut diawal pemisahan? Pertama, secara termodinamika
peningkatan tekanan akan meningkatkan temperatur. Coba perhatikan
persamaan gas ideal berikut.
Tampak jelas bahwa tekanan sebanding dengan temperatur. Dengan
meningkatnya tekanan maka temperatur didih dari material akan
meningkat juga. Saat tekanan tinggi maka pada temperatur yang tidak
terlalu rendah atau lebih tinggi dari titik didih normalnya udara
telah mencair. Sehingga lebih mudah untuk memisahkan komponen yang
diinginkan.
Kedua, peningkatan tekanan terbatas oleh kondisi dari fluida dan
alat (kompressor). Fluida memiliki titik kritis. Apabila kondisi
kritis dari fluida itu telah melewati maka sifat dari fluida
tersebut akan berubah sama sekali. Misalkan fluida tersebut adalah
nitrogen, nitrogen memiliki titik kritis pada temperatur 147oC dan
tekanan 33.999 bar. Diatas kondisi tersebut nitrogen akan memiliki
sifat yang berbeda.
Peningkatan tekanan ini akan meningkatkan temperatur,
peningkatan temperatur yang terlalu tinggi tidak diharapkan karena
ada bahaya kebakaran atau ada bahaya kegagalan dalam operasi.
Kegagalan operasi ini disebabkan karena adanya keterbatasan dari
peralatan, misalnya kompressor salah satu titik lemah di kompresor
adalah sistem pelumasan. Sistem pelumasan pada kompresor tekanan
tinggi bisanya menggunakan fluida bertekanan. Fluida yang digunakan
bisanya adalah dari jenis hidrokarbon, hidrokarbon ini tidak bisa
bekerja dalam temperatur tinggi.
Banyak dari pabrik pemisahan udara mendasarkan kepada lindes
double distillation collumn process. Proses ini memiliki dua kolom
distilasi untuk memisahkan gas-gas yang diingikan seperti nitrogen,
oksigen, argon, dan sebagainya.
Proses linde ini terdiri dari dua unit pemisahan, unit pemisahan
pertama dipergunakan untuk mendapatkan produk-produk ringan seperti
oksigen dan nitrogen. Udara yang telah di tekan dan di didinginkan
dimasukan ke dalam kolom distilasi pertama. Kompresi yang dilakukan
hingga 9-10 bar. Sedangkan temperatur diturunkan hingga -166oC.
Kemudian udara tekan di throtlle, sehingga tekanan turun sampai 5
bar. Baru kemudian udara tekan tersebut diumpankan kedalam kolom
distilasi. Kolom distilasi yang pertama ini hanya melakukan
enriching produk. Produk atas akan diumpankan ke kolom distilasi
kedua di unit pertama di bagaian atas kolom, sedangkan produk bawah
akan diumpankan ditengah kolom. Kolom distilasi kedua ini juga
mendapatkan umpan dari recylce unit dua yang masuk di bagian bawah
kolom dan yang di campurkan di kolom bagian atas. Baru di kolom
kedua ini produk akhir didapatkan. Produk atas adalah nitrogen
dengan kemurnian 99.5% dan produk bawah adalah oksigen dengan
kemurnian 99.5%. Kolom kedua ini memiliki side draw yang produknya
di kirim ke unit pemisahan kedua sebagai umpan.
Di unit kedua, terdapat tiga kolom distilasi disertai adanya
reaktor pembakaran. Kolom pertama akan memisahkan nitrogen yang
terbawa ke unit kedua untuk di recycle ke unit pertama. Produk yang
di kirim ke unit pertama adalah produk atas dari kolom pertama
tersebut. Sedangkan produk bawahnya dikirim ke kolom ke dua. Produk
atas akan dikirim ke reaktor sedangkan produk bawah dikirim ke unit
pertama.
Produk atas akan dicampur dengan hidrogen dan dikirim ke reaktor
pembakaran. Reaktor ini berfungsi untuk menghilangkan hidrogen.
Reaksi pembakaran hidrogen akan menghasilkan air. Air yang
dihasilkan akan dipisahkan dikolom reflux yang kemudian di buang ke
waste water treatment.
Sedangkan gas yang komponen utamanya adalah nitrogen dan argon
akan menjadi umpan kolom ketiga. Kolom ketiga ini akan misahkan
argan dan gas ringan yang masih bercampur. Produk utama dari kolom
ketiga adalah argon dan trace gas yang dibuang ke udara. Argon akan
dihasilkan sebagai produk bawah sedangkan trace gas lainnya akan
dihasilkan sebagai produk atas kolom disitilasi.
Proses yang dijelaskan diatas adalah pabrik yang memproduksi gas
(nitrogen, oksigen, argon). Untuk pabrik yang menggunakan nitrogen
sebagai bahan pendukung produksi dan hanya untuk kebutuhan
keselatanan saja, biasanya proses lebih sederhana. Proses pemisahan
hanya terdiri dari unit kompresi, dan unit pendinginan tanpa adanya
unit pemisahan. Pemisahan dilakukan dengan mencairkan sebagian
udara tekan tersebut. Sehingga yang didapat adalah produk dengan
kemurnian yang tidak terlalu baik.
Diagram Linde Double Column dan Main CondenserFlowchart
Pembuatan OKSIGEN & NITROGEN Menggunakan Double Kolum LindeBAB
III
PENUTUP3.1. KESIMPULAN
1. Pembuatan gas oksigen dan gas nitrogen di laboratorium
berbeda dengan pembuatan gas oksigen dan nitrogen untuk kepentingan
industri.
2. Secara umum pemisahan udara terdiri dari beberapa unit proses
yang pertama adalah proses kompresi, kedua adalah proses
pendinginan dan ketiga adalah proses pemisahan.3. Proses linde ini
terdiri dari dua unit pemisahan, unit pemisahan pertama
dipergunakan untuk mendapatkan produk-produk ringan seperti oksigen
dan nitrogen. Di unit kedua, terdapat tiga kolom distilasi disertai
adanya reaktor pembakaran. Kolom pertama akan memisahkan nitrogen
yang terbawa ke unit kedua untuk di recycle ke unit pertama. Produk
yang di kirim ke unit pertama adalah produk atas dari kolom pertama
tersebut.3.2. SARAN
Seperti yang kita ketahui sendiri bahwa banyak sekali manfaat
yang dapat diperoleh dengan memproduksi gas oksigen dan nitrogen
ini, misalnya Nitrogen biasa digunakan untuk packaging di industri
makanan, sebagai pengisi didalam bungkus makanan, agar makanan
terhindar dari perkembang biakan mikroorganisme. Gas inert juga
digunakan untuk melakukan pengosongan di pipa atau vessel di
industri kimia, petrochemical, refinery atau minyak dan gas. Gas
inert ini gunakan untuk menghindari terjadinya api atau kebakaran.
Selain itu gas inert juga di gunakan untuk breathing di tanki agar
tidak terjadi vakum ataun overpressure.Sedangkan Oksigen digunakan
dalam produksi baja, plastik, dan tekstil, ia juga digunakan
sebagai propelan roket, untuk terapi oksigen, dan sebagai penyokong
kehidupan pada pesawat terbang, kapal selam, penerbangan luar
angkasa, dan penyelaman. Oksigen merupakan zat yang sangat reaktif
dan harus dipisahkan dari bahan-bahan yang mudah terbakar. Jadi
kita sebagai calon calon engineer di bidang teknik kimia hendaknya
memahami betul proses pembuatan gas, tidak hanya terpaku pada gas
oksigen dan nitrogen saja akan tetapi juga untuk gas gas yang lain,
sehingga kita nantinya dapat menunjang kehidupan industry dan
kehidupan manusia dengan karya karya yang kita ciptakan.
_1135190266.unknown
_1185210775.unknown
_1315677733.unknown
_1315678595.unknown
_1315677419.unknown
_1135190309.unknown
_1135190258.unknown