Asam Sulfat 3i2j52

PROSES PEMBUATAN ASAM SULFAT SECARA INDUSTRI PENDAHULUAN Pengertian Asam Sulfat Asam Sulfat mempunyai rumus kimia H2SO4 , merupakan asam mineral yang kuat. Zat ini larut dalam air pada semua kepekatan. Asam sulfat mempunyai banyak kegunaan, termasuk dalam kebanyakan reaksi kimia dan proses pembuatan. Ia digunakan secara meluas sebagai bahan kimia pengilangan. Kegunaan utama termasuk produksi baja, memproses bijih mineral, sintesis kimia, pemrosesan air limbah dan penapisan minyak. Di atmosfer, zat ini termasuk salah satu bahan kimia yang menyebabkan hujan asam. Memang tidak mudah membayangkan bahwa bahan kimia yang sangat aktif, seperti asam sulfat, juga merupakan bahan kimia yang paling banyak dipakai dan merupakan produk teknik yang amat penting. Zat ini digunakan sebagai bahan untuk pembuatan garam - garam sulfat dan untuk sulfonasi, tetapi lebih sering dipakai terutama karena merupakan asam anorganik yang agak kuat dan agak murah. Bahan ini dipakai dalam berbagai industri, tetapi jarang muncul dalam produk akhir. Asam sulfat dipakai dalam pembuatan pupuk, plat timah, pengolahan minyak, dan dalam pewarna tekstil. Asam sulfat merupakan komoditas kimia yang sangat penting, produksi asam sulfat suatu negara merupakan indikator yang baik terhadap kekuatan industri negara tersebut. Asam sulfat merupakan komoditas kimia yang sangat penting, oleh sebab itu,produksi asam sulfat suatu Negara merupakan indikator yang baik terhadap kekuatanindustry Negara tersebut. Kegunaan utama (60% dari total produksi di seluruh dunia) asam sulfat adalah dalam "metode basah" produksi asam fosfat, yang digunakan untuk membuat pupuk fosfat dan juga trinatrium fosfat untuk deterjen. Pada metode ini, batuan fosfat digunakan dan diproses lebih dari 100 juta ton setiap tahunnya. Asam sulfat merupakan bahan kimia yang banyak digunakan sebagai bahan baku dan bahan penolong dalam berbagai industri. Bahan baku utama pembuatan asam sulfat adalah sulfur atau belerang, yang berwarna kuning dan biasanya ditambang dari pegunungan, di Indonesia sendiri terdapat beberapa tempat yang banyak mengandung belerang seperti di tangkuban perahu, dieng, atau bromo, namun saat ini belerang termurah dihasilkan dari China dan India. Sejarah Asam Sulfat Alkimiawan abad ke-8 Abu Musa Jabir bin Hayyan (Geber) dipercayai sebagai penemu asam sulfat. Asam ini kemudian dikaji oleh alkimiawan dan dokter Persia abad ke-9 Ar-Razi (Rhazes), yang mendapatkan zat ini dari distilasi kering mineral yang mengandung besi(II) sulfat heptahidrat, FeSO4 • 7H2O, dan tembaga(II) sulfat pentahidrat, CuSO4 . 5H2O. Ketika dipanaskan, senyawa-senyawa ini akan terurai menjadi besi(II) oksida dan tembaga(II) oksida, melepaskan air beserta sulfur trioksida yang akan bergabung menjadi larutan asam sulfat. Metode ini dipopulerkan di Eropa melalui terjemahan-terjamahan buku-buku Arab dan Persia.Asam sulfat dikenal oleh alkimiawan Eropa abad pertengahan sebagai minyak vitriol. Kata vitriol berasal dari bahasa Latin vitreus yang berarti ‘gelas’, merujuk pada penampilan garam sulfat yang seperti gelas, disebut sebagai garam vitriol. Garam-garam ini meliputi 1

tembaga(II) sulfat (vitriol biru), seng sulfat (vitriol putih), besi(II) sulfat (vitriol hijau), besi(III) sulfat (vitriol Mars), dan kobalt(II) sulfat (vitriol merah).Garam-garam vitriol tersebut merupakan zat yang paling penting dalam alkimia, yang digunakan untuk menemukan batu filsuf. Vitriol yang sangat murni digunakan sebagai media reaksi zat-zat lainnya. Hal ini dikarenakan asam vitriol tidak bereaksi dengan emas. Pada abad ke-17, kimiawan Jerman Belanda Johann Glauber membuat asam sulfat dengan membakar sulfur bersamaan dengan kalium nitrat, KNO3, dengan keberadaan uap. Kalium nitrat tersebut terurai dan mengoksidasi sulfur menjadi SO3, yang akan bergabung dengan air membentuk asam sulfat. Pada tahun 1736, Joshua Ward, ahli farmasi London, menggunakan metode ini untuk memulai produksi asam sulfat berskala besar. Pada tahun 1746 di Birmingham, John Roebuck mengadaptasikan metode ini ke dalam suatu bilik, yang dapat menghasilkan asam sulfat lebih banyak. Proses ini disebut sebagai proses bilik, yang mengijinkan produksi asam sulfat secara efektif. Setelah berbagai perbaikan, metode ini menjadi proses standar produksi asam sulfat selama hampir dua abad. Pada tahun 1831, saudagar asam cuka Britania Peregrine Phillips mematenkan proses kontak, yang lebih ekonomis dalam memproduksi sulfur trioksida dan asam sulfat. Sekarang, hampir semua produksi asam sulfat dunia menggunakan proses ini.Tetesan 98% asam sulfat akan dengan segera membakar kertas tisu menjadi karbonSifat-sifat asam sulfat yang korosif diperburuk oleh reaksi eksotermiknya dengan air. Luka bakar akibat asam sulfat berpotensi lebih buruk daripada luka bakar akibat asam kuat lainnya, hal ini dikarenakan adanya tambahan kerusakan jaringan dikarenakan dehidrasi dan kerusakan termal sekunder akibat pelepasan panas oleh reaksi asam sulfat dengan air. Bahaya akan semakin meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi asam sulfat. Namun, bahkan asam sulfat encer (sekitar 1 M, 10%) akan dapat mendehidrasi kertas apabila tetesan asam sulfat tersebut dibiarkan dalam waktu yang lama. Oleh karenanya, larutan asam sulfat yang sama atau lebih dari 1,5 M diberi label “CORROSIVE” (korosif), manakala larutan lebih besar dari 0,5 M dan lebih kecil dari 1,5 M diberi label “IRRITANT” (iritan). Asam sulfat berasap (oleum) tidaklah dianjurkan untuk digunakan dalam sekolah oleh karena bahaya keselamatannya yang sangat tinggi. Pembuatan asam sulfat encer juga berbahaya oleh karena pelepasan panas selama proses pengenceran. Asam sulfat pekat haruslah selalu ditambahkan ke air, dan bukannya sebaliknya. Penambahan air ke asam sulfat pekat dapat menyebabkan tersebarnya aerosol asam sulfat dan bahkan dapat menyebabkan ledakan. Pembuatan larutan lebih dari 6 M (35%) adalah yang paling berbahaya, karena panas yang dihasilkan cukup panas untuk mendidihkan asam encer tersebut. Kegunaan Asam Sulfat Kegunaan utama (60% dari total produksi di seluruh dunia) asam sulfat adalah dalam "metode basah" produksi asam fosfat, yang digunakan untuk membuat pupuk fosfat dan juga trinatrium fosfat untuk deterjen. Asam sulfat digunakan dalam jumlah yang besar oleh industry besi danbaja untuk menghilangkan oksidasi, karat, dan kerak air sebelum dijual keindustry otomotif. Asam yang telah digunakan sering kali didaur ulang dalam kilang regenerasi asam bekas (Spent Acid Regeneration (SAR) plant). Kilang ini membakar asam bekas dengan gas alam, gas kilan 2

bahan bakar minyak, atau pun sumber bahan bakar lainnya. Proses pembakaran ini akan menghasilkan gas sulfur dioksida (SO2) dan sulfur trioksida (SO3) yang kemudian digunakan untuk membuat asam sulfat yang "baru". Asam sulfat juga memiliki berbagai kegunaan di industry kimia. Sebagai contoh, asam sulfat merupakan katalis asam yang umumnya digunakan untukmengubah sikloheksanonoksim menjadi kaprolaktam, yang digunakan untukmembuat nilon. Juga digunakan untuk membuatasam klorida dari garam melaluiproses Mannheim. Selain itu H2SO4 jugadigunakan dalam pengilangan minyakbumi, contohnya sebagai katalis untuk reaksi isobutana dengan isobutilena yangmenghasilkan isooktana. Sifat-Sifat Asam Sulfat 1. Sifat-sifat fisika  Bentuk-bentuk asam sulfat Walaupun asam sulfat yang mendekati 100% dapat dibuat, ia akan melepaskan SO3 pada titik didihnya dan menghasilkan asam 98,3%. Asam sulfat 98% lebih stabil untuk disimpan, dan merupakan bentuk asam sulfat yang paling umum. Asam sulfat 98% umumnya disebut sebagai asam sulfat pekat. Terdapat juga asam sulfat dalam berbagai kemurnian. Mutu teknis H2SO4 tidaklah murni dan seringkali berwarna, namun cocok untuk digunakan untuk membuat pupuk. Mutu murni asam sulfat digunakan untuk membuat obat-obatan dan zat warna. Apabila SO3(g) dalam konsentrasi tinggi ditambahkan ke dalam asam sulfat, H2S2O7 akan terbentuk. Senyawa ini disebut sebagai asam pirosulfat, asam sulfat berasap, ataupun oleum. Konsentrasi oleum diekspresikan sebagai %SO3(disebut %ol eum) atau %H2SO4 (jumlah asam sulfat yang dihasilkan apabila H2O ditambahkan); konsentrasi yang umum adalah 40% oleum (109% H2SO4) dan 65% oleum (114,6% H2SO4). H2S2O7 murni terdapat dalam bentuk padat dengan titik leleh 36 °C. Asam sulfat murni berupa cairan bening seperti minyak, dan oleh karenanya pada zaman dahulu ia dinamakan 'minyak vitriol'.  Polaritas dan konduktivitas H2SO4 anhidrat adalah cairan yang sangat polar. Ia memiliki tetapan dielektrik sekitar 100. Konduktivitas listriknya juga tinggi. Hal ini diakibatkan oleh disosiasi yang disebabkan oleh swa-protonasi, disebut sebagai autopirolisis. 2 H2SO4 → H3SO4+ + HSO4− Konstanta kesetimbangan autopirolisisnya adalah Kap(25 °C)= [H3SO4+][HSO4−] = 2,7 × 10−4. Dibandingkan dengan konstanta keseimbangan air, Kw = 10−14, nilai konstanta kesetimbangan autopirolisis asam sulfat 1010 (10 triliun) kali lebih kecil. Walaupun asam ini memiliki viskositas yang cukup tinggi, konduktivitas efektif ion H3SO4+ dan HSO4− tinggi dikarenakan mekanisme ulang alik proton intra molekul, menjadikan asam sulfat sebagai konduktor yang baik. Ia juga merupakan pelarut yang baik untuk banyak reaksi. Kesetimbangan kimiawi asam sulfat sebenarnya lebih rumit daripada yang ditunjukkan di atas; 100% H2SO4 mengandung beragam spesi dalam kesetimbangan

3

(ditunjukkan dengan nilai milimol per kg pelarut), yaitu: HSO4− (15,0), H3SO4+ (11,3), H3O+ (8,0), HS2O7− (4,4), H2S2O7 (3,6), H2O (0,1).[3] 2. Sifat-sifat kimia  Reaksi dengan air Reaksi hidrasi asam sulfat sangatlah eksotermik. Selalu tambahkan asam ke dalam air daripada air ke dalam asam. Air memiliki massa jenis yang lebih rendah daripada asam sulfat dan cenderung mengapung di atasnya, sehingga apabila air ditambahkan ke dalam asam sulfat pekat, ia akan dapat mendidih dan bereaksi dengan keras. Reaksi yang terjadi adalah pembentukan ion hidronium: H2SO4 + H2O → H3O+ + HSO4 HSO4- + H2O → H3O+ + SO42Karena hidrasi asam sulfat secara termodinamika difavoritkan, asam sulfat adalah zat pendehidrasi yang sangat baik dan digunakan untuk mengeringkan buahbuahan. Afinitas asam sulfat terhadap air cukuplah kuat sedemikiannya ia akan memisahkan atom hidrogen dan oksigen dari suatu senyawa. Sebagai contoh, mencampurkan pati (C6H12O6)n dengan asam sulfat pekat akan menghasilkan karbon dan air yang terserap dalam asam sulfat (yang akan mengencerkan asam sulfat): (C6H12O6)n → 6n C + 6n H2O Efek ini dapat dilihat ketika asam sulfat pekat diteteskan ke permukaan kertas. Selulosa bereaksi dengan asam sulfat dan menghasilkan karbon yang akan terlihat seperti efek pembakaran kertas. Reaksi yang lebih dramatis terjadi apabila asam sulfat ditambahkan ke dalam satu sendok teh gula. Seketika ditambahkan, gula tersebut akan menjadi karbon berpori-pori yang mengembang dan mengeluarkan aroma seperti karamel.

PEMBUATAN ASAM SULFAT 4

Dalam pembuatan asam sulfat ini, dilakukan dengan beberapa cara, yaitu: 1. Proses bilik timbale Pada tahun 1746 John Roebuck mengembangkan proses bilik timbal untuk pembuatan asam sulfat . Sebelum proses bilik timbale dikembangkan, asam sulfat telah diproduksi dalam botol kaca dalam jumlah yang kecil. Namun proses bilik timbal dapat menghasilkan asam sulfat dengan jumlah yang besar.

Gambar: proses bilik timbale. Pada proses bilik timbale terdapat 3 peralatan utama yaitu gay lussac tower, glover tower, dan lead chamber. Proses dimulai dengan gas belerang dioksida panas memasuki bagian bawah reaktor yang disebut menara Glover dicuci dengan nitrous vitriol ( asam sulfat dengan oksida nitrat , NO , dan nitrogen dioksida , NO2 , terlarut di dalamnya ) dan dicampur dengan oksida nitrat dan gas nitrogen dioksida . The Glover tower memiliki dua fungsi yaitu konsentrasi asam ruang dan stripping oksida nitrogen dari cair ke gas atau 5

Denitrasi. Konsentrasi asam ruang ( 62 % sampai 68 % H2SO4 ) dicapai oleh gas panas memasuki menara yang menguapkan air dari asam. Beberapa sulfur dioksida, dioksidasi menjadi sulfur trioksida dan dilarutkan dalam mencuci asam untuk membentuk asam menara atau asam Glover ( sekitar 78 % H2SO4 ). Nitrogen oksida terlarut dilepaskan dari asam dan dilakukan dengan gas keluar dari menara Glover ke dalam ruang utama . Dari Glover menara campuran gas ( termasuk sulfur dioksida dan trioksida , oksida nitrogen , nitrogen , oksigen , dan uap ) ditransfer ke ruang berlapis timah di mana ia bereaksi dengan lebih banyak air . Ruangan mungkin merupakan ruang petak besar atau kandang dalam bentuk kerucut terpotong . Asam sulfat terbentuk oleh serangkaian kompleks reaksi mengembun di dinding dan mengumpul di lantai ruangan . Mungkin ada 3-12 kamar dalam seri, gas melewati setiap berturut-turut . Asam diproduksi dalam ruang, yang sering disebut asam ruang atau asam pupuk , mengandung 62 % sampai 68 % H2SO4 . Reaksi yang terjadi di ruang utama adalah : NO + ½ O2 → NO2 NO2 + NO + H2O → 2 HNO2 SO2 + H2O → H2SO3 2 HNO2 + 2 H + → 2 NO + 2 H2O H2SO3 → HSO3- + H + NO + + HSO3- → NOSO3 - + H + NO + + NOSO3- → 2NO + SO3 SO3 + H2O → H2SO4 Keseluruhan Reaksi : SO2 + ½ O2 + H2O → H2SO4 Setelah gas telah melewati ruang mereka masuk ke reaktor yang disebut menara Gay - Lussac di mana mereka dicuci dengan asam pekat didinginkan ( dari menara Glover ) ; nitrogen oksida dan sulfur dioksida bereaksi larut dalam asam untuk membentuk vitriol nitrous digunakan di menara Glover . Limbah gas keluar menara Guy - Lussac biasanya dibuang ke atmosfer . Asam produk pada konsentrasi 78 % H2SO4 diambil dari aliran asam didinginkan yang beredar dari menara Glover ke menara Guy - Lussac . Kerugian nitrogen yang dibuat dengan asam nitrat yang ditambahkan ke menara Glover . 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. 6

2. Proses kontak Proses kontak pertama kali ditemukan pada tahun 1831 oleh Philips, seorang Inggris, yaitu dengan melewatkan campuran sulfur dioksida dan udara melalui katalis. Pada tahun 1889, diketahui bahwa proses kontak dapat ditingkatkan dengan menggunakan oksigen secara berlebihan di dalam campuran gas reaksi. Proses kontak sekarang telah banyak mengalami penyempurnaan dalam rincinya dan dewasa ini telah merupakan suatu proses industri yang murah, kontinu dan dikendalikan secara otomatis. Semua pabrik asam sulfat yang baru menggunakan proses kontak.

Pada prose kontak menggunakan drying tower, converter, dan absorber tower. Timbulnya proses ini karena adanya penemuan proses antara SO2 dan O2 membentuk SO3 dengan katalisator serbuk platina, lebih-lebih setelah timbulnya industry-industri yang benar-benar memerlukan asam sulfat pekat, sedangkan yang dihasilkan dari proses bilik timbal tidak bisa dibuat menjadi asam sulfat kepekatan tinggi. Proses ini melalui beberapa tahap sebagai berikut. a) Belerang dibakar dengan oksigen menghasilkan belerang dioksida. Reaksi yang terjadi yaitu : S(s) + O2(g) D SO2(g) b) Belerang dioksida (SO2) direaksikan dengan oksigen membentuk gas belerang trioksida Reaksi yang terjadi yaitu: 2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g) Reaksi di atas berlangsung sangat lambat, sehingga harus diberi katalis. Selain itu, reaksi harus terjadi pada suhu optimum (450 oC). 7

c) Gas SO3 direaksikan dengan asam sulfat pekat menghasilkan asam disulfat atau asam pirosulfat (oleum). Perhatikan reaksi di bawah ini. H2SO4(l) + SO3(g) → H2S2O7(l) d) Asam pirosulfat (H2S2O7) dilarutkan dalam air menghasilkan H2SO4. Persamaan reaksi yang terjadi: H2S2O7(l) + H2O(l) → 2H2SO4(l) Untuk lebih jelas dapatdilihat pada bagan:

Prinsip proses ini adalah oksidasi gas SO2 dengan oksigen dari udara dengan menggunakan katalis padat Pt atau V2O5 yang di lanjutkan dengan absorpsi gas SO3 yang terbentuk untuk menghasilkan asam sulfat. belerang di lelehkan dan di bakar dengan menggunakan udara yg telah di tekan sampai 1,5-3,0 psig sebelum masuk sulfur burner yang merupakan silinder baja vertical dilapisi batu tahan api. Gas yang keluar furnace 1600 degre F. didinginkan dalam waste heat boiler hingga 800 F. tekanan steam dijaga di bwh 200 Psig untuk menjaga agar temperature diatas titik embun asam sulfat dlm gas, krn kondensasi dari asam ini akan mempercepat korosi peralatan, setelah itu gas SO2 sebelum masuk conventer gas SO2 diubah menjadi SO3 dan hamper semua gas SO2 terkonversi pada tahap pertama, kemudian temperature diturunkan secara bertingkat pada tahap berikutnya untuk mendapatkan kesetimbangan yang menguntungkan. Keluar dari conventer gas di lewatkan ke economizer, selanjutnya dimasukkan kolom absorpsi, untuk mengabsorpsi gas SO3 dengan asam sulfat pekat untuk menghasilkan oleum. Disini terjadi kesetimbangan pada pembentukan gas belerang trioksida. Pada proses kontak digunakan suhu sekitar 500˚C dengan katalisator V 2O5. Sebenarnya tekanan besar akan menguntungkan produksi SO3, tetapi penambahan tekanan ternyata tidak diimbangi penambahan hasil yang memadai. Oleh karena itu, pada

8

proses kontak tidak digunakan tekanan besar melainkan tekanan normal, 1 atm. Dari proses kontak ini lalu akan terbentuk asam sulfat pekat dengan kadar 98%. Dari tahapan tersebut, tahap pembentukan SO3 adalah tahap yang menentukan efisiensi produk asam sulfat sebab membentuk reaksi kesetimbangan. Jika optimasi system reaksi tepat, maka akan diperoleh gas SO3 yang maksimal.

Referensi : Darmawati Winda. 2012. Jurnal Pabrik Asam Sulfat dengan Proses Double Absorber. UPN “Veteran”: Jawa Timur. Juliantara Muhammad. 2013. Proses Pembuatan Asam Sulfat. Universitas Tekhnologi Sumbawa. Kusumawardhani Evelyta. 2014. Proses Pembuatan Asam Sulfat. Pekalongan, Jawa tengah. 9

Pratama Dede. 2014. Industri Asam Sulfat. Palembang.

AMLIA (A 251 13 074) ANISA (A 251 13 075)

10