EKSTRAKSI

Terdapat beberapa teknik pemisahan 2 campuran homogen (campuran yang terdiri dari satu fasa)  :

•Evaporasi

•Destilasi

•Absorbsi

•Ekstraksi

•Kristalisasi

—  Ekstraksi adalah pemisahan satu atau beberapa bahan dari suatu padatan atau cairan dengan bantuan pelarut. Ekstraksi juga merupakan proses pemisahan satu atau lebih komponen dari suatu campuran homogen menggunakan pelarut cair (solven) sebagai separating agen. Pemisahan terjadi atas dasar kemampuan larut yang berbeda dari komponen-komponen dalam campuran. Biasa digunakan untuk campuran homogen yang TD (Titik didih nya berdekatan).

Alat-alat Utama & Tahapan dalam proses ekstraksi:

1. Pencampuran atau mengkontakkan antara campuran dengan solven
2. Pemisahan 2 fasa yang terbentuk
3. Pengambilan kembali (removal and recovery) solven dari tiap fasa yang terbentuk

Jenis Ekstraksi:

a.     Ekstraksi Cair – Cair (liquid - liquid).

Bila kedua fase adalah liquid, dimana solute atau beberapa solute dipindahkan dari satu fase liquid ke fase liquid lainnya, prosesnya disebut ektraksi liquid-liquid

Ekstraksi cair-cair (liquid extraction, solvent extraction): solute dipisahkan dari cairan pembawa (diluen) menggunakan solvent cair. Campuran diluen dan solven ini adalah heterogen ( immiscible, tidak saling campur), jika dipisahkan terdapat 2 fase, yaitu fase diluen (rafinat) dan fase solvent (ekstrak). Perbedaan konsentrasi solute di dalam suatu fasa dengan konsentrasi pada keadaan setimbang merupakan pendorong terjadinya pelarutan (pelepasan) solute dari larutan yang ada.

Fase rafinat = fase residu, berisi diluen dan sisa solut. 

Fase ekstrak = fase yang berisi solut dan solven.

Contoh: Ekstraksi asam asetat dari larutan air dengan isopropyl ether

b.     Ekstraksi Padat – Cair/ Leaching (Solid - liquid)

Pada ekstraksi padat-cair, satu atau beberapa komponen yang dapat larut dipisahkan dari bahan padat dengan bantuan pelarut. Bila satu fluida digunakan untuk mengekstrak solute dari solid, nama lain proses ini disebut leaching.

Pada ekstraksi, yaitu ketika bahan ekstraksi dicampur dengan pelarut, maka pelarut menembus kapiler-kapiler dalam bahan padat dan melarutkan ekstrak. Larutan ekstrak dengan konsentrasi yang tinggi terbentuk di bagian dalam bahan ekstraksi. Dengan cara difusi akan terjadi kesetimbangan konsentrasi antara larutan tersebut dengan larutan di luar bahan padat.

Contoh:

-       Leaching vegetable oil dari soybean(solid) dengan solvent organik seperti hexane. Vegetable oil lainnya, seperti kacang, bunga matahari, dll

-       Gula terlarut dalam tebu, gula bit di leaching dengan air.

-   Ekstraksi pada pembuatan kopi.

Faktor yang mempengaruhi pada ekstraksi: 

a.     Ekstraksi Padat – Cair

—  Luas Permukaan

Karena perpindahan massa berlangsung pada bidang kontak antara fase padat dan fase cair, maka bahan itu perlu sekali memiliki permukaan yang seluas mungkin.

—  Kecepatan Alir

Kecepatan alir pelarut sedapat mungkin besar dibandingkan dengan laju alir bahan ekstraksi.

—  Suhu

Suhu yang lebih tinggi (viskositas pelarut lebih rendah, kelarutan ekstrak lebih besar) pada umumnya menguntungkan unjuk kerja ekstraksi.

Aplikasi Ekstraksi pada dunia industri:

a.     a. Ekstraksi Padat – Cair

—  Pembuatan Essentials Oil

Steam Destilation

CO2 Extraction

Solvent Ekstraction

b. Ekstraksi Cair – Cair

—  Ekstraksi Phenol dari Wastewater

“Liquid – liquid extraction (LLE) merupakan proses standar yang bersifat non-destruktif untuk memisahkan senyawa phenol, solvent yang dapat digunakan diantaranya Benzene, butyl acetate, Diisopropyl Ether (DIPE) dan cumene.”

Disusun oleh :

Iqbal Muhammad Irfan

Rahma Ramadhani         

Putri Eka Sari              

Juwito Aribowo                       

Alfie Putri Rachmasari 

Jerry Dhion Priyanto   

Theresya                     

Elvina Al Hakim      

*Ilmu tanpa amal, bagaikan pohon tanpa Buah.. maka berbagilah.. 😊

Jurnal : Pra Rancangan Pabrik Asam Sulfat Dari Sulfur, Udara Dan Air Dengan Proses DOUBLE CONTACT PROCESS Dengan Kapasitas 300.000 Ton/Tahun

Pra Rancangan Pabrik Asam Sulfat Dari Sulfur, Udara Dan Air Dengan Proses DOUBLE CONTACT PROCESS Dengan Kapasitas 300.000 Ton/Tahun

Abstrak

Jurnal ini membahas tentang proses pembuatan asam sulfat dari sulfur udara dan oksigen dengan proses double contact kapasitas 300.000 ton/tahun. Produksi asam sulfat memiliki prospek yang baik untuk dikembangkan, karena bahan baku yang digunakan sangat mudah didapat dan murah. Keunggulan dari proses ini adalah kemurnian produk yang dihasilkan sebesar 99,5%. Dari hasil analisi ekonomi, Percent Return Of Investment (ROI) 15%, Pay Out Time (POT) 4,2 Tahun, Break Even Point (BEP) 43,06 %. Ditinjau dari segi ekonomi, pabrik asam sulfat dengan kapasitas 300.000 ton/tahun ini layak untuk didirikan.

Abstract

This journal discusses the process of making sulfuric acid from air sulfur and oxygen with a double contact process with a capacity of 300,000 tons / year. The production of sulfuric acid has a good prospect to be developed, because the raw materials used are very easy to obtain and inexpensive. The advantage of this process is that the purity of the product is 99.5%. From the results of economic analysis, Percent Return of Investment (ROI) is 15%, Pay Out Time (POT) is 4.2 years, Break Even Point (BEP) is 43.06%. In terms of the economy, this sulfuric acid plant with a capacity of 300,000 tons / year is feasible to be established.

  

 1.   Pendahuluan

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik

Asam Sulfat merupakan salah satu bahan kimia yang penting dan dibutuhkan di sebagian besar dunia industri. Terutama pada industri pupuk Ammonium sulfat yang bahan bakunya merupakan ammonia dan Asam sulfat (Mangundap, 2013). Selain itu Asam sulfat juga dibutuhkan oleh banyak industri lainnya seperti industri Natrium sulfat, industri Alumunium sulfat, industri Natrium bisulfit dan industri Dimetil sulfat.

Adapun industri logam membutuhkan Asam sulfat untuk proses pickling yaitu proses untuk menghilangkan karat yang melekat pada permukaan logam. Seiring bertambahnya kebutuhan akan produk-produk tersebut maka kebutuhan Asam sulfat juga ikut meningkat. Meskipun di Indonesia sudah ada industri yang memproduksi Asam sulfat dengan total produksi ± 1 juta ton/tahun, akan tetapi belum dapat mencukupi kebutuhan dalam negeri, sehingga Indonesia masih membutuhkan Asam sulfat dari luar negeri.

Pada umumnya sebagian industri yang membutuhkan Asam sulfat, memiliki unit untuk pengolahan Asam sulfat sendiri, agar mengurangi biaya pembelian bahan baku. Oleh karena itu pabrik ini dirancang untuk memenuhi kebutuhan Asam sulfat dalam negeri, khususnya industri logam.

Beberapa manfaat asam sulfat diantaranya adalah

A. Banyak di gunakan di berbagai industri sebagai bahan baku diantaranya bahan    baku:

·         Pupuk ZA

·         Industri kertas,kaca dan sabun

·         Penjernihan air

·         Pabrik kertas

·         Bahan Pemutih

·         Bahan Pengawet makanan

·         Industry detergen

·         Bahan aktif pestisida

·         Carbonat

·         Formulasi pestisida

B. Asam sulfat sangat dibutuhkan untuk proses pickling pada industri baja.

  2. Macam – macam Proses

Pada dasarnya semua produksi asam sulfat menggunakan metode yang sama, yaitu konversi gas SO₂ menjadi gas SO₃ secara katalitik, mereaksikan gas SO₃ dan H₂O menjadi asam sulfat, dan melanjutkannya dengan proses kontak Gas SO₃ dengan asam sulfat yang diencerkan. Berdasarkan sumber gas SO₂ berasal, produksi asam sulfat secara komersial dibedakan menjadi Single Contact Process, Double Contact Process, Wet Contact Process, Pressure process  dan H₂O₂ Process (Ashar, 2013).

2.1 Single Contact Process (single Absorption)

Proses ini digunakan untuk kadar SO₂ yang rendah ketika akan masuk kedalam konverter, umumnya gas umpan masuk konverter berasal dari proses industri lain yang  mengandung SO₂ sekitar 3-10% berdasarkan volume (Nieuwenhuyse, 2000). Gas yang mengandung SO₂ tersebut dioksidasi secara katalitik menjadi SO₃, yang kemudian dialirkan menuju proses kontak di absorber, dalam proses ini hanya melewati satu tahap proses kontak. Konversi untuk proses ini mencapai 98.5%, akan tetapi dibeberapa industri untuk mencapai konversi lebih dari 98% merupakan hal yang sulit.   

       

  2.2 Double Contact Process (Double Absorption)

     Pada proses ini konversi yang dihasilkan dapat mencapai 99.5%, konversi tersebut dapat dicapai dengan mengalirkan gas SO₃ yang terbentuk di konverter tahap pertama, menuju absorber pertama(Intermediate Absorber) untuk dipertemukan dengan asam sulfat yang diencerkan, jika diperlukan, gas SO₃ tersebut dialirkan kedalam Oleum Absorber terlebih dahulu. Untuk memperoleh konversi yang lebih tinggi gas SO₂ yang masih terbawa didalam absorber pertama dialirkan kembali menuju konverter tahap kedua, gas SO₃ yang terbentuk di konverter tahap kedua dialirkan menuju Absorber kedua untuk dipertemukan kembali dengan asam sulfat yang diencerkan. Pada umumnya gas umpan masuk kedalam konverter mengandung SO₂ mencapai 12 % berdasarkan Volumenya (Nieuwenhuyse, 2000).

d

                                                                                                                                                                     

2.3 Wet Contact Process

Berbeda dengan kontak proses yang lainnya, Wet Contact Process menggunakan umpan yang masih mengandung kadar air ketika masuk kedalam konverter. Umumnya, sulfur trioksida (SO₃) yang terbentuk karena oksidasi katalitik SO₂, bereaksi dengan kadar air yang terbawa oleh umpan membentuk asam sulfat berfasa uap, yang kemudian di kondensasikan menjadi fasa cairnya (Almirall, 2009). Didalam sebuah kondisi SO₃ yang terbentuk didinginkan dan secara langsung dialirkan ke kolom absorpsi untuk  membentuk asam sulfat.biasanya proses ini digunakan ketika sumber SO₂ yang digunakan berasal dari hasil pembakaran H2S. Jumlah SO₂ yang masuk ke dalam Konverter umumnya 0.05-7% volume. Konversi yang didapat dari proses ini mencapai 98%.

2.   Tahapan Pembentukan Asam Sulfat

3.1 Persiapan Bahan Baku

·         Air (H20)

Bahan baku yang diperlukan yaitu air, yang diperoleh dari waduk Krakatau Steel.

·         Sulfur (S)

Sulfur diperoleh dari tambang sulfur di Tangkuban perahu berupa padatan dan disimpan dalam Silo ,setelah sebelumnya sulfur dihaluskan dengan menggunakan Ball Mill.

·         Udara

Udara yang digunakan berasal dari lingkungan sekitar, digunakan sebagai pendingin terlebih dahulu sebelum memasuki Furnace tanpa memerlukan proses pengeringan terlebih dahulu.

3.2    Tahapan Reaksi

 A.   Pembakaran Sulfur

S               + O_{2               -->}                SO₂

_{Sulfur        udara                       sulfurdioksida}

Bubuk Sulfur berasal dari Silo 1 (S-01) dan dimasukkan ke dalam Furnance  dengan menggunakan Bucket Elevator, dan dibakar dengan menggunakan udara panas berlebih. Suhu hasil pembakaran, mencapai 1000^oC. Panas tersebut digunakan untuk membangkitkan steam pada waste heat boiler di dalam Furnance tersebut, sehingga suhu yang keluar dari Furnance sebesar 427^oC.

B.   Pembentukan SO₃

      SO₂                +  ½ O₂  →   SO₃

_{sulfurdioksida     oksigen         sulfurtrioksida}

Mekanisme reaksi yang terjadi pada pembentukan SO₃ membutuhkan bantuan dari katalis, secara komersial reaksi oksidasi SO₂ menjadi SO₃ menggunakan katalis yang mengandung 4-9 % berat V₂O₅ (Vanadium Pentoxide), sebagai komponen aktif, dan dicampur dengan logam alkali sulfat sebagai promotor. Dibawah kondisi operasi, katalis ini akan meleleh ketika reaksi berlangsung. Biasanya Potassium Sulphate digunakan sebagai promotor akan tetapi pada akhir-akhir ini Caesium Sulphate sudah mulai digunakan karena titik lelehnya yang rendah, yang menandakan katalis dapat digunakan pada temperatur yang lebih rendah.

Untuk promotor katalis yang komersial, batasan temperatur pada katalis untuk memulai reaksi yaitu 410-430^oC. Sedangkan 380-390^oC untuk Caesium Sulphate. Batasan temperatur maksimal katalis yaitu 650^oC. Melebihi temperatur tersebut maka katalis akan kehilangan tenaga katalitiknya secara permanen. Oleh karena itu proses oksidasi SO₂ menjadi SO₃ dilakukan pada temperatur sekitar 400-650^oC.

Konverter R-01 merupakan reaktor jenis fix bed, dirancang sehingga memiliki 4 bed yang terpisah dan dibagi menjadi 2 tahap. Tahap pertama, reaksi oksidasi SO₂ dikonversi menjadi SO₃ terjadi dengan mengalirkan aliran gas mengandung SO₂ melalui 3 bed pertama, dimana masing-masing bed mengandung katalis Vanadium. konversi yang terjadi terhadap SO₂ menjadi SO₃ pada 3 Bed pertama mencapai 98%. Setelah melalui 3 tahap pertama, aliran gas yang mengandung gas SO₃, didinginkan dan dialirkan menuju Packed Tower 1(PT-01) untuk menyerap gas SO₃ menggunakan larutan H₂SO₄. Gas yang keluar dari PT-01, masih mengandung gas SO₂ yang belum terkonversi sehingga aliran gas tersebut dialirkan kembali ke dalam Bed 4, konversi total mencapai 99.5%.

C.  Absorbsi SO₃ oleh H₂SO₄ Pekat

Gas yang mengandung SO₃ kemudian dialirkan ke Packed Tower untuk diabsorbsi menggunakan H₂SO₄  98%. Asam Sulfate pekat yang telah menyerap gas SO₃ berubah kenampakan nya menjadi Asam Sulfate Berasap (H₂S₂O₇) yang biasa dikenal dengan Oleum.

Reaksi : H₂SO₄   + SO₃                 → H₂S₂O₇

      _{Asam Sulfat   sulfurtrioxsida    oleum}

3.1.3    Tahapan pemurnian dan pembentukan produk

A. Pembentukan Asam Sulfat Pekat

Oleum dari packed tower kemudian dialirkan menuju Washing Tank untuk di tambahkan dengan air sehingga Oleum terkonversi kembali menjadi asam sulfat

Reaksi : H₂S₂O₇   +H₂O      →2 H₂SO₄

            _{oleum          air           asam sulfat}

            

B. Pemurnian Produk Asam Sulfat

Larutan asam sulfat hasil washing, sebagian dialirkan menuju mixing untuk menambahkan air sehingga konsentrasi asam sulfat menjadi 98% dan digunakan kembali sebagai absorben SO₃ di Packed Tower. Sedang sebagian lagi dialirkan ke tangki penyimpanan sebagai produk untuk dipasarkan.

3.   Kesimpulan

Berdasarkan tinjauan kondisi operasi, pengadaan bahan baku, dan keberadaan pabrik sejenis, maka pabrik asam sulfat tergolong pabrik beresiko sedang.

Hasil analisis ekonomi pabrik ini menunjukkan:

1.     Proses pembuatan Asam Sulfat dengan bahan baku sulfur, udara dan air dengan menggunakan proses DOUBLE CONTACT PROCESS dengan kapasitas 300.000 Ton/Tahun.

2.     Pabrik ini direncanakan didirikan pada tahun 2021 dan mulai beroperasi di tahun 2020 di Cilegon Banten. Bahan baku Sulfur diperoleh dari tambang di tangkuban perahu.

3.     Percent Return of investment (ROI) 15%.

4.     Pay out time (POT) 4,2 tahun.

5.     Break event point (BEP) sebesar 43,06%.

Hasil analisa ekonomi diatas menunjukkan bahwa pabrik asam sulfat dari sulfur,udara dan air dengan proses DOUBLE CONTACT PROCESS dengan kapasitas 300.000ton/tahun layak untuk didirikan.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. Equip Costs. Home page on-line. Available from :

          http://www.matche.com/EquipCost/index.htm.

Anonim. Konsumsi Sulphuric Acid. Home page on-line. Available from:

          http://www.bps.go.id/en

Anonim. Konsumsi Sulphuric Acid. Home page on-line. Available from :

          http://www.kemenperin.go.id/.

Anonim. Konsumsi Sulphuric Acid. Home page on-line. Available from :

          http://www.sulphuric-acid.com/.

Banchero, Julius T. 1987. Introduction to Chemical Engineering. Singapore.

          McGraw-Hill Inc.

Branan, Carl. 2005. Rules of Thumb Chemical Engineers. United States. Elsevier

          Inc.

Brownell, L.E., and Young, E.H. 1959. Process Equipment Design. New York:

           John Wiley and Sons Inc.

Brown, G.G. 1978. Unit Operation. Modern Asia Edition. New York: John Wiley

          And Sons Inc.

Christensen A Kurt. 2011. Process For The Production Of Sulphuric Acid.

         United State Patent.

Christensen A Kurt. 2011. Meeting Future SO2 Emission Challenges With

         Topsoe’s New VK-701 LEAPS5 Sulphuric Acid Catalyst. Denmark.

Cloulson and Richardson’s. 2005. Chemical Engineering Design New York: John

         Wiley and Sons Inc.

Davenport, W.G. King. M J. Rogers, B Weissenberger, A. 2006. Sulphuric Acid

          Manufacture. South African Institute of Mining and Metallurgy

          Johannesburg.

Dow. 2005. Heat Transfer Fluids Chemical Company, United States. Canada.

Dorr Heinz, K. Et al. 1983.Process of Producing Concentrated Sulphuric Acid.

           US Patent Documents.

Kern, D.Q. 1982. Process Heat Transfer. New York : Mc Graw Hill.

Louis N. Allen, Jr. 1953. Sulphuric Acid Produstion By Absorption.

         US Patent Documents.

Mc Cabe, W.L, Smith, J.C. and Harriot, P. 1985. Unit Operation of Chemical

          Engineering. 5Th Edition. Singapore: Mc Graw Hill Book Co.

Nieuwenhusye Van, E.A. 2000. Production of Sulphuric Acid. European Fertilizer

         Manufacturers Association. Belgium.

Perry, R.H. and Green, D. 1999. Chemical Engineering Handbook. ED. 7 . New

        York: Mc Graw Hill.

Peters, M.S. and Timmerhause, K.D. 1991. Plant Design and Economics for

          Chemical Engineering. Ed 7. Singapore: McGraw Hill.

Sinnott, R.K. 2005. Chemical Engineering Design. ed 4.

Schillmoller, C.M. 2014. Selection And Performance of Stainless Steels and Other

           Nickel-Bearing Alloys in Sulphuric Acid. Nickel Development Institute.

Seitz Ekkehart. Et al. Method of Manufacturing Sulphuric Acid. United State

           Patent.

Smith J.M. and Van Ness, H. C.  1996. Introduction to Chemical Engineering

           Thermodynamics. Ed 5. Singapore: McGraw Hill International Edition.

Treybal, R.E. 1968. Mass Transfer Operation. 3^rd edition. New York: McGraw

           Hill Book co.

Walas, S.M. 1988. Chemical Process Equipment. America: Butteerworths.

Yaws, L. Carl. 1998. Chemical Properties Handbook. London: McGraw Hill.

Dibuat oleh : 
- Eka Widyaningsih
- Madinah Fitri

*Ilmu tanpa amal, bagaikan pohon tanpa Buah.. maka berbagilah.. 😊