Industri Nitrogen

INDUSTRI  UREA

3.1. Pendahuluan

                    Urea merupakan pupuk Nitrogen yang paling mudah dipakai. Zat ini mengandung Amonia, Asam Nitrat, Urea, Amonium Nitrat (Nitrogen) paling tinggi (46%) diantara semua pupuk padat. Urea dibuat menjadi pril atau granul (butiran) dan mudah diangkut dalam bentuk curah maupun dalam kantong. Urea mengandung bahaya ledakan dalam setiap kantong. Zat ini mudah larut didalam air dan tidak mempunyai residu garam sesudah dipakai untuk tanaman. Kadang-kadang zat ini juga digunakan untuk pemberi makanan daun. Kedengaran amat sederhana bahwa pupuk Urea terbuat dari gas alam, air dan udara. Udara tersedia tidak terbatas sedangkan gas alam terdapat banyak di Indonesia. Dengan sendirinya bagi Indonesia bukanlah menjadi masalah yang berat untuk dapat memproduksi sendiri pupuk buatan bagi kepentingan pertaniannya.

3.2. Bahan Baku dan Produk

·         Amonia (NH₃)

·         Karbondioksida (CO₂)

·         Urea (CON₂H₄)

    3.2.1. Sifat fisik dan Kimia

    a. Bahan Baku

·         Amonia (NH₃)

      Sifat Fisik :

·         Rumus molekul : NH₃

·         Berat Molekul : 17,03 g/gmol

·         Titik didih : -33,45 ^oC

·         Titik cair normal : -77,7 °C

·         Temperatur kritis : 207,5 °C

·         Tekanan kritis : 111,3 atm

·         Volume kritis : 0,08040 m³/kg mol

·         ΔΗ^o_f : -39,222 kJ/mol

·         Densitas ( 0 °C ) : 0,682 g/cc

·         Indeks bias, eg : 1,325

·         Fase : cair jenuh (30 ^oC ; 11,5 atm)

·         Warna : tidak berwarna

·         Sifat : berbau tajam (khas ammonia)

·         Kemurnian : 99,40 %

·         Spesific gravity (-79 ^oC) : 0,817               

     ( 15 ^oC) : 0.617

·         Kelarutan dalam air ( 25 °C ) : 0,94 %

Sifat Kimia :

·         Ammonia dapat membentuk campuran, mudah terbakar dengan udara pada nilai ambang batas (16,25 % volume)

·         Bahaya ledakan ammonia akan semakin meluas apabila kontak dengan oksigen pada temperatur serta tekanan tinggi di atmosfer.

·         Reaksi oksidasi-reduksi : 2NH₃ + 5/2 O₂ 2NO + 3H₂O

        Jika tanpa katalis

                     2NH₃ + 3/2 O₂ N₂+ 3H₂O

    3CuO + 2NH₃ 3Cu + 3H₂O + N₂

·         Reaksi substitusi

Masuknya ion H⁺ dalam ammonia, yang sering disebut ammonisasi.

       Misalnya : NH₃ + H₂O NH₄OH NH₄⁺ + OH^- 

       NH₃ + HX NH₄⁺+ X^-

·         Reaksi ammonolisis

Reaksi ammonia dengan senyawa lain dimana ammonia bereaksi sebagai  

gugus NH₂

        Misalnya : HgCl₂ + 2NH₃ Hg(NH₂)Cl + NH₄Cl

·      Karbondioksida

Sifat Fisik :

·         Rumus Molekul : CO₂

·         Titik Beku Cair : -56,6^oC (5,2 atm)

·         Tekanan kritis : 73 atm

·         Suhu kritis : 31 ^oC

·         Tak menyala dan tak berbau dan tidak berwarna

·         Densitas : 1,98 kg/m³

Sifat Kimia :

·         Karbon dioksida dapat bereaksi dengan natrium karbonat dan air.

Na2CO3 + CO2 + H2O ↔ 2NaHCO3

·         Kalsium karbonat dapat terurai menjadi kalsium oksida dan karbon dioksida bila

      dilakukan pemanasan.

CaCO3 CaO + CO2

·         Karbon monoksida dapat bereaksi dengan gas hidrogen untuk menghasilkan benzen dan karbon dioksida.

12CO + 3H2 C6H6 + 6O2

·         Tembaga oksida dapat bereaksi dengan karbon monoksida untuk menghasilkan karbon dioksida dan tembaga.

CuO + CO Cu + CO2

·         Karbon dioksida dapat dihasilkan dari reaksi respirasi.

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + Energi

b.      Produk

·      Urea

Sifat Fisik :

·         Berat Molekul : 60,06

·         Spesific Gravity : 1,335 (200C/40C)

·         Titik lebur : 132,70C

·         Kelarutan : 100 (170C dalam 100 % air)

                     20 (200C dalam 100 % alkohol)

·         Panas pembakaran : -91,02 .105 J/kg

Sifat Kimia :

·         Urea dibuat dari hidrolisis parsial cyanamide.

H₂N-CN + H₂O → H₂N-CO-NH₂

·         Urea dihasilkan dari reaksi antara ammonia dengan karbon dioksida.

CO2 + NH3 ↔ H2N – CO - NH2 + H2O

·         Urea dapat bereaksi dengan formaldehid.

NH2-CO-NH2 + HCHO →NH2 – CO - NH2 + CH2OH

·         Pemanasan ammonium sianat dapat terurai menjadi urea.

NH4+OCN→ H2NCONH2

3.3. Reaksi Kimia

a. CO + 2NH                      NHCOONH          H= -37.4 kcal

                                                             amonium karbonat

b. NHCOONH                   NHCONH + HO            H= + 6.3 kcal

                                                             urea

c. 2 NHCONH                    NHCONHCONH.HO

                                                             biuret

3.4. Data Kumulatif

a.       Basis : 1 ton prilling urea ( 99+%)

               One Through            Partial recycle             Total recycle

NH                                  1.15                      0.88                             0.60

CO                                  1.47                      0.91                             0.77

Power KWH                     210                       165                            145

Cooling HO                    120                        70                               110

Uap ton                            1.8                         2.0                                2.4

b.      Kapasitas : 1000-1500 ton/ hari

3.5. Klasifikasi Proses

            Dekomposisi amonium karbamat

            Amonium dan CO dikompress dan akan bereaksi pada tekanan 100-200 atm, pada temperatur 170-190 C di autoclave membentuk amonium karbamat ( urea). Urea terbentuk secara dehidrasi pada tekanan rendah.

3.6. Diagram Alir

3.7. Uraian Proses

CO dan NH masuk urea syntetisis autoclave yang beroperasi pada tekanan 180 atm dan temperatur 185 C .  Untuk menjaga suhu autoclave dilengkapi pendingin. Gas tersebut melalui kran atau dipanaskan dengan steam, lalu mengalir ke flash evapolator pada 140 C pada tekanan 21 atm dan akan menghasilkan tiga bagian keluaran.  Pertama air yang akan direcycle, kedua gas dan reaktan yang berlebih juga direcycle, ke tiga gas hasil dipanaskan dengan steam dan akan di alirkan langsung ke flash drum pada 10 atm, hasil keluaran dari drum pada bagian atas berupa NH dan COdirecycle.  Pada bagian bawah flash drum  akan mengalir menjadi 80 % aqueous urea dari N cair.   Produk dipanaskan dengan steam sebelum ke vakum evapotator pada 60 mmHg 135C yang menghasilkan 99 % molton urea dan mengalir masuk ke prilling tower dimana ditambah udara dingin hingga dihasilkan urea granute 1 % biuret.

3.8. Kegunaan Produk

a.       sebagai pupuk padat untuk pemberi makanan daun tumbuhan

b.      sebagai tambahan protein untuk hewan pemamah biak dalam produksi melamin

c.       sebagai pelawis dalam pembutan resin, plastik, bahan pelapis dan resin perpindahan 

     ion

4.  INDUSTRI  AMMONIUM NITRAT

            Ammonium nitrat merupakan suatu pupuk Amonia,Asam Nitrat,Urea,Amonium Nitrat yang sangat penting karena kandungan Amonia,Asam Nitrat,Urea,Amonium Nitratya tinggi ( 33%), pembuatannya sederhana dan murah serta mengandung suatu kombinasi yang berharga yaitu Amonia,Asam Nitrat,Urea,Amonium Nitrat dalam bentuk unsur dan Amonia,Asam Nitrat,Urea,Amonium Nitrat dalam bentuk ammonia. Ammonium nitrat termasuk bahan peledak yang diizinkan artinya boleh dipakai di dalam tambang batubara.

4.1  Klasifikasi proses

1. Proses Stegel ( yang akan dibahas)
2. Prilling High Density Process
3. Continous Vacuum Cristalitation

4.2  Data  Kuantitatif

-Basis 1 ton ammonium nitrat (98% hasil)

-Amoniak 0.22 ton

-60% HNO₃ 1.38

-Kapasitas plant : 100-500 tons/hari

-Tanah liat seperti diatomateous bumi untuk menghindari ledakan

4.3  Bahan Baku

-57-60% HNO₃ dari menara penyerapan oksidasi

-Cairan NH3

4.4  Reaksi Kimia

a.  NH₃                 +     HNO₃                NH4NO₃                                              H= -20.6 kcal

b.  2NH₄NO₃    +     CaCO₃           à    Ca(NO₃)₂      +      (NH₄)CO₃

4.5  Diagram alir (gambar 4.4)

4.6  Uraian Proses

            Ammonia cair bereaksi dengan asam nitrat mengandung air, reaksi terjadi pada fase cair,  di  reaktor terjadi reaksi (a) .Dan dipompa menuju ke vacuum evaporator. Pada vacuum evaporator terjadi pemekatan dari 75% menjadi 95% dan terjadi pengendapan sehingga didapat padatan dan cairan.Yang berupa caitan menuju ke Prilling tower dengan penyemprotan air secara spontan sehingga terjadi perubahan fase dari cair menjadi padatan.  Padatan di screen didapat ukuran partikel 1.5mm .Dikeringkan dengan steam pada conveyer dryer dan menuju ke coating drum dan ditambahkan clay yang berfungsi untuk menghindari ledakan dan didapat NH₄NO₃ Prills

            Yang berupa padatan dari vacuum evaporator menuju ke screw mixer.  Sering terjadi penggumpalan setelah di screw mixer untuk menghindaripenggumpalan di masukkan dalam Granulator yang berfungsi sebagai pembentukan kristal.Dan di screen didapat ukuran partikel 2-4 mm bagi <2 dan >4 mm akan di recyle ulang.  Dan diteruskan ke coating drum ditambah CaCO₃ terjadi reaksi (b).Sehingga didapat Ca(NO₃)₂.

            Pembuatan NH₄NO₃ Flakes, cairan NH₃ dan HNO₃ dipanaskan dari suhu 95-160⁰C.Sehingga didapat cairan NH₄NO₃ .Dan diteruskan ke separator yang berfungsi memisahkan cairan yang murni dan yang mengandung air garam.Yang masih mengandung garam akan di recycle ulang .Dan yang murni akan di Partial condenser dan terjadi perubahan fase menjadi padatan .Dan di grinder diteruskan ke coating drum dan ditambah clay sehingga didapat NH₄NO₃ Flakes.

4.7  Kegunaan Amonium Nitrat

            Ammonium nitrat digunakan sebagai bahan baku pembuatan bahan peledak baik untuk keperluan pertambangan maupun militer dan dapat digunakan sebagai pupuk karena mengandung unsur Amonia,Asam Nitrat,Urea,Amonium Nitrat yang cukup tinggi ( ± 23.5 %). Bentuk padat ammonium nitrat ada 4 yaitu granul, prill, flake dan kristal. Khusus flake dibuat dengan proses stengel, hasilnya dipakai sebagai bahan baku pembuatan peledak jenis ammonium nitrat fuel oil (low dwnsity methode). Didalam industri peledak, 75% dari bahan bakunya adalah ammonium nitrat.

KESIMPULAN

      Amonia sintetis dapat dibuat dari gas Amonia,Asam Nitrat,Urea,Amonium Nitrat dan hidrogen dengan reaksi katalitik, perbandingan mol hidrogen dan Amonia,Asam Nitrat,Urea,Amonium Nitrat adalah 3 : 1.  Amonia dapat digunakan untuk pembuatan pupuk dan untuk industri plastik.

Reaksi kimia pada pembuatan amonia

            Pada pembuatan asam nitrat bahan baku yang digunakan adalah udara, ammonia dan katalis platina Proses pembuatan ammonia ada 4 yaitu: Proses Oksidasi Amonia, Proses Natrium Nitrat ditambah Asam Sulfat,  Proses Fiksasi Amonia,Asam Nitrat,Urea,Amonium Nitrat dari Udara (proses Wisconsin), dan Fiksasi Amonia,Asam Nitrat,Urea,Amonium Nitrat oleh Nuclear Fusion Fragment.  Asam nitrat dapat digunakan untuk pupuk dan bahan peledak (eksplosif).

            Pada produksi urea digunakan bahan baku ammonia dan karbon dioksida yang mengalami pengompresan pada tekanan 100-200 atm. Ada tiga reaksi pada pembuatan amonia, kedua reaksi merupakan reaksi yang diinginkan dan  satu reaksi yang harus dihindari yaitu reaksi pembentukan biuret.  Urea biasa digunakan untuk pupuk.

 Reaksi kimia

            Pembuatan ammonium nitrat menggunakan bahan baku cairan NH₃ dan  HNO₃ didapat produk NH₄NO₃ Prills dan NH₄NO₃ Flakes serta NitroLime.Untuk menghindari ledakan ditambahkan clay atau tanah liat. Ammonium nitrat digunakan sebagai bahan baku pembuatan bahan peledak baik untuk keperluan pertambangan maupun militer dan dapat digunakan sebagai pupuk karena mengandung unsur Amonia,Asam Nitrat,Urea,Amonium Nitrat yang cukup tinggi ( ± 23.5 %).