proses industri nitrogen

Proses industri nitrogen

KATA PENGANTAR

Puji Syukur kami ucapkan atas kehadirat dan ridho dari Tuhan  YME, karena dengan ridho-Nya kami dapat menyelesaikan  tugas makalah dan presentasi Proses Industri Kimia dengan judul “ Industri Nitrogen”.

            Makalah Industri Nitrogen ini berisi tentang sejarah, pengertian, sifat, kegunaan serta macam – macam cara mengikat nitrogen dalam proses pembuatannya. Makalah ini dibuat dengan tujuan agar mahasiswa dapat memahami apa nitrogen dan bagaimana proses pembuatannya dari bahan baku sampai menjadi gas yang siap untuk diolah menjadi bahan baku pembuatan bahan lainnya, seperti pupuk, dan lain sebagainya.

            Terima kasih kami ucapkan kepada seluruh pihak yang telah berjasa membantu kami dalam menyelesaikan makalah ini :

1.      Pak ferdi, selaku Dosen Pengganti Proses Industri Kimia yang telah mengarahkan dan memberikan beberapa sub. bagian materi yang akan kami bahas pada saat presentasi mengenai materi ini ke rekan – rekan mahasiswa teknik kimia lainnya.

2.      Rekan – rekan kelompok 3 yang turut aktif membantu terselesainya makalah ini dengan baik dan tepat waktu.

Semoga laporan praktikum ini dapat berguna dan bermanfaat bagi banyak pihak terutama mahasiswa Teknik Kimia. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan makalah ini, baik penulisan atau yang lainnya, penulis memohon maaf yang sebesar - besarnya.

                                                                                                                 Penulis

                                                                                                     Surabaya, 25 Oktober 2011

PENDAHULUAN

Nitrogen yang berasal dari udara merupakan komponen utama dalam pembuatan pupuk dan telah banyak membantu identifikasi produksi bahan makanan di seluruh dunia. Pengembangan proses fiksasi nitrogen telah berasal memperjelas berbagai asas proses kimia dan proses tekanan tinggi, serta ikut menyumbang dalam perkembangan dunia teknik. Sebelum adanya proses fiksasi nitrogen  secara sintetik, sumber utama nitrogen untuk keperluan pertanian hanyalah bahan limbah dan kotoran hewan, hasil – hasil dekomposisi bahan – bahan tersebut serta ammonium sulfat yang didapatkan dari hasil sampingan pembuatan kokas dari batu bara. Bahan – bahan ini tidak mudah ditangani dan jumlahnya pun tidak cukup banyak untuk dapat memenuhi semua kebutuhan yang diperlukan. Salpeter Chili, salpeter  dari air kencing hewan dan manusia, dan ammonia yang dikumpulkan dari pembuatan kokas, menjadi penting belakangan ini tetapi akhirnya disisihkan lagi oleh ammonia sintetik dan nitrat. Amonia merupakan bahan dasar bagi pembuatan hampir semua jenis produk yang mengandung nitrogen.

SEJARAH

Awalnya, 2 orang ilmuwan Priestley dan Cavendish melewatkan percikan bunga api listrik di dalam udara dan mendapatkan nitrat setelah melarutkan oksida yang terbentuk dari reaksi itudi dalam alkali. Tetapi pengembangan ini secara komersial ternyata tidak mudah karena memakan energy listrik banyak sekali dan efisiensinya sangat rendah. Nitrogen pernah difiksasi ( diikatkan dari udara ) sebagai kalsium sianida, tetapi proses ini ternyata terlalu mahal, kecuali untuk menghasilkan bahan kimia yang mengandung konfigurasi sianamida. Proses – proses lain, seperti pengolahan termal atas campuran oksida nitrogen (NOX), pembentukan sianida, pembentukan aluminium nitride dan dekomposisi menjadi ammonia, dsb, ternyata tidak menunjukkan harapan untuk dapat dikembangkan secara positif walaupun proses ini secara teknis telah terbukti dapat dilaksanakan. Haber dan Nersnt melakukan pengkajian yang teliti mengenai keseimbangan antara nitrogen dan hydrogen di bawah tekanan sehingga membentuk ammonia. Dari pengkajian itu, merekan berhasil menemukan beberapa katalis yang cocok. Tetapi pada masa tersebut peralatan tekanan tinggi belum ada., sehingga mereka harus menciptakannya sendiri untuk dapat melakukan penelitian itu. Haber dan Bosch juga mengusahakan proses yang dapat diterapkan untuk menghasilkan hydrogen dan nitrogen murni. Cara yang nyata yaitu elektrolisis air untuk membuat hydrogen dan destilasi udara cair untuk membuat nitrogen ternyata terlalu mahal, sehingga mereka terpaksa menciptakan proses lai yang lebih murah. Usaha bersama mereka telah berhasil menciptakan prosees sintesis ammonia pada tekanan tinggi di tahun 1913. Proses ini sangat banyak menggunakan energy, sehingga banyak mengalami modofikasi akhir – akhir ini. Dengan demikian, tingkat kenaikan harganya tidak sampai setinggi setingkat kenaikan harga energy pada umumnya. Perbaikan – perbaikan besar masih terus berlangsung dengan amat cepatnya.

PENGERTIAN

Nitrogen adalah unsure kimia dalam table periodic yang memiliki lambang N dan nomer atom 7. Biasanya ditemukan sebagai gas tanpa warna, tanpa bau, tanpa rasa dan merupakan gas diatomic bukan logam yang stabil, sangat sulit bereaksi dengan unsur atau senyawa lainnya. Dinamakan zat lemas karena zat ini bersifat malas, tidak aktif bereaksi dengan unsur lainnya.

Nitrogen mengisi 78,08 % atmosfir bumi dan tedapat dalam banyak jaringan hidup. Zat lemas membentuk banyak senyawa penting seperti asam amino, amoniak, asam nitrat dan sianida.

Sifat – sifat nitrogen

Komponen utama udara adalah nitrogen yang memiliki sifat – sifat fisik sangat dekat dengan oksigen sehingga menyulitkan dalam proses pemisahan oksigen dan nitrogen. Nitrogen tidak mendukung pemakaran, dan karena nitrogen adalah suatu gas yang tergolong asphyxiant, maka seseorang dalam lingkungan yang kaya akan nitrogen akan sangat cepat kehilangan kesadaran dan dapat meninggal dunia.

Nitrogen pada tekanan atmosferik adalah gas yang tidak berwarna, tidak berasa, tidak berbau. Bila tercairkan, nitrogen 19 % lebih ringan dari air. Titik didih pada tekanan atmosfer adalah -196ºC  (77 K). dan berat molekulnya 28.013.

Liquid nitrogen berbeda dengan liquid oksigen, karena nitrogen tidak berwarna. Nitrogen tidak memiliki sifat paragmetik seperti hal nya oksigen.

Manfaat nitrogen

Nitrogen dapat digunakan, antara lain :

1.      Pembuatan ammoniak tetapi bukan dari N2 murni tetapi dari udara langsung

2.      Untuk melindungi bahan makanan dari gangguan bakteri dan jamur

3.      Gas inert dalam pabrik

4.      Start tip pada pabrik amoniak

PROSES PEMBUATAN NITROGEN

  

Uraian

1. Filtrasi

Udara bebas yang menjadi feed atau umpan sebagai bahan baku pembuatan gas nitrogen terlebih dahulu disaring dengan menggunakan filter dengan kerapatan (mesh) tertentu sesuai dengan spesifikasi tekanan dan flow compressor.

Contoh gas pengotor / debris (partikel kasar yang tidak dikehendaki) : uap air, karbondioksida, debu juga bisa menjadi zat pengotor pada udara bebas. Zat pengotor ini harus dihilangkan karena dapat menyebabkan penyumbatan pada peralatan,  tingkat bahaya yang dapat ditimbulkan, korosi, dan juga dalam batas – batas tertentu dilarang terkandung dalam spesifikasi produk akhir.

2. Kompressi

Udara yang telah difilter diumpankan ke inlet kompresor untuk dinaikkan tekanannya. Efisiensi kompresor sangatlah penting, oleh karena itu dibutuhkan pemilihan jenis kompresor yang tepat. Umumnya digunakan kompresor tipe turbo (sentrifugal) multi stage dengan pendingin diantara stagenya.
Energi yang digunakan akan sebanding dengan besar energi output produk ditambah cold production.

3. Cooling Water

Air umumnya digunakan sebagai pendingin pada industry sebab air tersedia jumlahya dan mudah ditangani. Air juga mampu menyerap sejumlah besar enegi per satuan volume dan tidak mengalami ekspansi maupun pengerutan dalam rentang temperature yang biasanya dialaminya. System penguapan terbuka merupakan tipe system pendingin yang umumnya digunakan dalam plant pemisahan udara.

Outlet compressor akan sangat panas, ini akan mengurangi efisiensi pada proses selanjutnya, maka dibutuhkan pendinginan sampai pada temperature desain (tergantung dari spesifikasi alat dan bahan yang digunakan pada proses).

Pada sebagian industry menggunakan system direct cooler pada proses pendinginannya, dimana terjadi kontak langsung antara udara dengan air pada sepanjang tray direct cooler. Direct cooler mempunyai kelebihan dari pada proses pendinginan yang menggunakan tube atau shell cooler, dimana temperature yang bisa dicapai yaitu 2ºC, sedang pada tube atau shell cooler hanya sekitar 8ºC, efek pengguyuran (scrubbing) dari air juga dapat membantu menurunkan kandungan partikel dan menyerap pengotor yang terbawa udara. Namun jika direct cooler tidak terjaga,seperti ∆P tinggi (pada aliran dan udara masuk) dan tinggi cairan (pada aliran air). Oleh karena tingginya perbedaan temperature yang melalui tray bawah unit, maka pada tray ini sangat mungkin terjadi pembentukan kerak. Untuk alasan itu, water treatment harus bekerja efektif dan tray harus dibersihkan dan diperiksa jika memungkinkan.

4. Purrification (Pemurnian)

Air, CO2, Hidrokarbon adalah unsur pengotor udara yang akan menggangu proses, air dan CO2 akan membeku lebih awal (titik beku lebih tinggi dari pada Nitrogen sehingga berpotensi menyumbat di bagian-bagian tertentu dalam proses). Sedangkan Hidrokarbon berpotensi menyebabkan ledakan di daerah bagian bawah kolom distilasi (tempat terjadinya penumpukan hidrokarbon).

Di PPU (pre purification unit) terdapat beberapa lapisan, umumnya terdiri dari molecular shieve (butiran2 ukuran mikro berlubang yang seukuran dengan dimensi partikel CO2, H2O dan beberapa jenis hidrokarbon), tujuannya untuk memerangkap CO2, H2O dan hidrokarbon. lapisan lainnya adalah alumina yang bertujuan untuk memerangkap H2O yang lolos dari lapisan pertama.

5. Heat Exchanger (Pemindah Panas)

Udara yang telah murni dimasukkan ke kolom distilasi melewati heat exchanger (untuk pendinginan awal, yg disilangkan dengan keluaran expander) sebagai feed gas (untuk terjadinya distilasi dibutuhkan feed gas dari bawah kolom dan reflux dari atas kolom dengan rasio 10:7 untuk tipe packed tray).

6. Ekspansi

Sebagian udara diumpankan ke expander untuk memproduksi dingin yang dibutuhkan proses (reflux dan heat loss recovery) sehingga keluarannya berbentuk cairan yang di umpankan ke atas kolom melewati heat exchanger sebagai reflux. Untuk ini, expander membutuhkan penyerap energi sebesar cold production yang diinginkan, bisa dicouple dengan alat oil brake, generator, kompressor atau yang lainnya.

7. Distilasi

Pada proses ini final terjadi proses pemisahan antara gas – gas yang terkandung pada udara bebas sebagai umpan melalui perbedaan titik didih (relative volatilitas).

Kolom yang telah diumpani oleh feedgas dan reflux dengan proporsional akan menghasilkan homogenitas di area2 tertentu, bagian atas kolom akan homogen dengan Nitrogen, bawah kolom dengan oksigen, ini dikarenakan beda titik cair, pada temperatur kolom sebesar -170 DegC, oksigen lebih cenderung untuk berubah menjadi cairan (titik cair O2 = -183 DegC pada atm pressure) dan menuju bawah kolom, sedangkan nitrogen cenderung bertahan pada bentuk gas (titik cair N2 = -195,8 DegC pada atm pressure) dan menuju bagian atas kolom.
Pada kolom terdapat tray bertingkat yang memungkinkan terjadinya lebih banyak pergesekan antara feed gas dan reflux sehingga lebih memungkinkan bagi kedua jenis stream untuk bertukar properti. Feed gas akan diserap sebagian energinya sehingga menjadi lebih dingin dan membuat O2 melambat dan cenderung mencair, sedangkan N2 karena masih jauh dari titik cairnya akan tetap berupa gas.