INDUSTRI UREA

    1.1.  Sifat fisik dan Kimia

a.    Bahan Baku

1.         Urea (CH₄N₂O)

Sifat Fisik :

·         Berat Molekul : 60,06 g / mol

·         Spesific Gravity : 1,335 g / cm ³  (20⁰C/4⁰C)

·         Titik lebur : 133-135 ⁰C

·         Kelarutan dalam air :        107,9 g/100 ml (20⁰C)

                                         167 g/100ml (40⁰C)

                                         251 g/100 ml (60⁰C)

                                         400 g/100 ml (80⁰C)

                                         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

2.      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

3.      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

1.    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

1.2. Data Kumulatif

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

Zat	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 H O	120	70	110
Uap ton	1.8	2.0	2.4

b.      Kapasitas : 1000-1500 ton/ hari

1.3. Klasifikasi Proses

            Dekomposisi amonium karbamat

            Amonium dan CO  dikompress dan akan bereaksi pada tekanan 100-200 atm, pada temperatur 170-190 ⁰C di autoclave membentuk amonium karbamat ( urea). Urea terbentuk secara dehidrasi pada tekanan rendah.

1.4. Reaksi Kimia

        Reaksi utama

a.       CO + 2NH                            NH₄COONH₂                H = -37.4 kcal

                                                amonium karbonat

b.      NH COONH                NH CONH + H O           H = + 6.3 kcal

                                               urea

            Reaksi samping

c.       2 NH CONH                            NH CONHCONH .H O
                                               biuret

1.5. Diagram Alir

  

1.6. Uraian Proses

Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan urea adalah amonia sebanyak 3-5 mol dan karbondioksida sebanyak 1 mol. Dimana amonia dan karbon dioksid dikompersikan  secara terpisah dan masuk kedalam urea syntetisis autoclave  yang beroperasi pada tekanan 180 atm dan temperatur 185 ⁰C dan untuk menjaga suhu autoclave dilengkapi pendingin berupa air. Di dalam  urea syntetisis autoclave  terjadi reaksi pembentukan  NH4COONH2, selanjutnya melewati kran dan dipanaskan dengan steam lalu diumpankan ke flash evapolator yang bertekanan 27 atm dan suhu  140 ⁰C, yang berisi pemisah gas-cair dan kondensor, di dalam flash evapolator  menghasilkan tiga bagian keluaran. Pertama air yang akan direcycle, kedua gas dan reaktan yang berlebih juga direcycle seperti campuran urea, amonium karbamat, H2O, dan NH3 + CO2 yang tidak habis bereaksi pada tekanan tinggi, dan yang ke tiga yaitu gas hasil dipanaskan dengan steam dan akan di alirkan melewati kran dan langsung ke flash drum pada tekanan 1 atm.

Hasil keluaran dari flash drum pada bagian atas berupa NH  dan CO2. NH3  dan CO2 yang berbentuk gas di daur ulang untuk  menghasilkan produk samping yaitu NH4NO3, (NH4)2SO4 dan yang masih tersisa akan di recycle lagi pada tekanan rendah.

Pada bagian bawah flash drum  mengalir Larutan urea cair 80%. Lalu dikirim ke pompa vakum yang bersuhu 135⁰C yang bertujuan untuk memisahkan air dari urea cair sehingga didapatkan urea 99%. Selanjutnya urea yang mempunyai kandungan 99% tersebut diteruskan ke  prilling tower  untuk  pembutiran dan untuk menghindari pembentukan di dalam biuret  suhu dari prilling tower harus dijaga dibawah titik leleh urea dan menara di dinginkan dengan udara dan bagian atas mengeluarkan udara dan bagian bawah mengahasilkan urea granules atau < 1% biuret.

1.7. Fungsi Alat

·         Flash drum, perangkat yang digunakan dalam beberapa aplikasi industri untuk memisahkan campuran uap-cair.

·         Steam, merubah air menjadi uap, dimana uap digunakan sebagai media dasar pemindahan tenaga

·         Flash evaporator, uap parsial yang terjadi ketika cairan jenuh sungai mengalami penurunan tekanan dengan melewati katup throttling atau perangkat throttling lainnya

·         Priling tower menara pembekuan  untuk  pembutiran.

·         Cooling, menjaga agar suhu tetap stabil (dingin)

·         Autoclave, digunakan untuk mensterilkan peralatan dan perlengkapan dengan menundukkan mereka untuk uap tekanan tinggi jenuh pada 121 ° C selama sekitar 15-20 menit, tergantung pada ukuran beban dan isinya.

·         Vacuum Evap, digunakan untuk menggambarkan didih air dengan menurunkan tekanan internal wadah itu di bawah standar tekanan atmosfer dan menyebabkan air untuk mendidih pada suhu kamar.

1.8. Kegunaan Produk

a.       Sebagai pupuk padat untuk pemberi makanan daun tumbuhan

b.      Sebagai tambahan protein untuk hewan pemamah biak dan produksi melamin

c.       Sebagai pelapis dalam pembuatan resin, plastik, bahan pelapis dan resin perpindahan ion.

INDUSTRI AMMONIUM NITRAT

     2.1 sifat fisik dan kimia

a.       Bahan

1.      HNO₃
sifat fisik

·         Massa Molar : 63,012 g/mol

·         Penampilan  : Cairan bening tidak berwarna

·         Densitas : 1,51 g/cm³, cairan tidak berwarna

·         Titik leleh : -42 °C, 231 K, -44 °F

·         Titik didih : 83 °C, 356 K, 181 °F (120.5 °C (larutan 68%))

·         Kelarutan dalam air tercampurkan

·         Momen dipol : 2,17 ± 0,02 D

Sifat kmia

Ketika asam nitrat bereaksi dengan berbagai unsur non-logam, terkecuali silikon serta halogen, biasanya ia akan mengoksidasi non-logam tersebut ke keadaan oksidasi tertinggi dengan asam nitrat menjadi nitrogen dioksida untuk asam pekat dan nitrogen monoksida untuk asam encer.

C + 4HNO₃ → CO₂ + 4NO₂ + 2H₂

       Ataupun

                           3C + 4HNO₃ → 3CO₂ + 4NO + 2H₂O

2.      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 NH₂Misalnya : HgCl₂ + 2NH₃ Hg(NH₂)Cl + NH₄Cl

  

b.      Produk

Amonium nitrat

Sifat fisik

·         Molekul Rumus : (NH ₄ ) (NO ₃ )

·         Penampilan : putih solid

·         Kepadatan : 1.725 g / cm ³ (20 ° C)

·         Kelarutan dalam air

118 g/100 ml (0 °C)
150 g/100 ml (20 °C)
297 g/100 ml (40 °C)
410 g/100 ml (60 °C)
576 g/100 ml (80 °C)
1.024 g/100 ml (100 °C)

Sifat kimia

·         Massa molar : 80,052 g / mol

·         Titik lebur : 169.6 ° C

·         Titik didih : approx. 210 ° C decomp.

     2.2  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

     2.3  Klasifikasi proses

a.       Proses Stegel ( yang akan dibahas)

b.      Prilling High Density Process

c.       Continous Vacuum Cristalitation

     2.4  Reaksi Kimia

a.  NH₃                 +     HNO₃                NH4NO₃                                               H= -20.6 kcal

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

     2.5  Flowsheet Industri Ammonium Nitrat

     2.6  Uraian Proses

                        Dalam proses pembuatan ammonium nitrat bahan yang digunakan adalah HNO3 dan NH3. Asam nitrat yang mengandung air bereaksi dengan  Ammonia cair, reaksi terjadi pada liquid phase reactor di  reaktor ini terjadi reaksi pembentukan NH4NO₃ di bagian atas reaktor terdapat pengeluaran air buangan. Selanjutnya  dipompakan menuju ke vacuum evaporator. Pada vacuum evaporator terjadi pemekatan dari 60% menjadi 95% dan terjadi pengendapan sehingga didapat padatan dan cairan.Yang berupa cairan akan  menuju ke Prilling tower dengan penyemprotan air secara spontan sehingga terjadi perubahan fase dari cair menjadi padatan dibagian atas mengeluarkan moist air. Dan keluaran pada bagian bawah Padatan melewati screen dan 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 dan di tambahkan pulverized lime. Didalam screw mixer Sering terjadi penggumpalan. untuk menghindari penggumpalan selanjutnya di masukkan kedalam Granulator yang berfungsi sebagai pembentukan Kristal dan menuju dryer yang berfungsi untuk mengeringkan dan ditambahkan flue gases. Lalu menuju ke screen unutk mengecilkan ukuran,  yang berukuran >4 mm akan menuju ke scrushing roll untuk mendapatkan ukuran 2,4 mm dan yang berukuran <2 mm akan di recycle lagi. Padatan yang berukuran 2.4 mm akan diteruskan ke coating drum dan ditambah limestone dust CaCO3 terjadi reaksi Sehingga didapat Ca(NO₃)₂ + (NH₄)CO₃

                        Proses Pembuatan NH₄NO₃ Flakes.  cairan NH₃ dan HNO₃ di umpankan menuju vapor phase reactor yang bersuhu 230⁰C Sehingga didapat cairan NH₄NO₃. Dan diteruskan ke separator yang berfungsi memisahkan cairan yang murni dan yang mengandung air garam. Pada bagian atas separator terdapat pengeluaran material  yang masih mengandung garam akan di recycle ulang . Dan yang murni akan menuju ke controller  dan Partial condenser yang terjadi perubahan fase cairan menjadi menjadi padatan dengan cara di dinginkan dengan water coolled bats. Dan selanjutnya melewati breaker menuju grinder dan di diteruskan ke screen, pada bagian bawah screen terdapat pengeluaran fines to recycle. Selanjutnya menuju ke  coating drum dan ditambah clay sehingga untuk menghindari ledakan sehingga didapat NH₄NO₃ Flakes.

     2.7 Fungsi Alat

·         Crystalizer panas, larutan hampir-jenuh diaduk dan didinginkan untuk mempengaruhi pembentukan inti dan pertumbuhan kristal, banyak digunakan dengan garam anorganik

·         Settling Tank digunakan untuk menghilangkan partikel besar dari aliran gas melalui pengendapan sederhana rendah kecepatan wilayah

·         Steam, merubah air menjadi uap, dimana uap digunakan sebagai media dasar pemindahan tenaga

·         Flash evaporator, uap parsial yang terjadi ketika cairan jenuh sungai mengalami penurunan tekanan dengan melewati katup throttling atau perangkat throttling lainnya

·         Priling tower menara pembekuan  untuk  pembutiran.

·         Cooling, menjaga agar suhu tetap stabil (dingin)

·         Autoclave, digunakan untuk mensterilkan peralatan dan perlengkapan dengan menundukkan mereka untuk uap tekanan tinggi jenuh pada 121 ° C selama sekitar 15-20 menit, tergantung pada ukuran beban dan isinya.

·         Vacuum Evap, digunakan untuk menggambarkan didih air dengan menurunkan tekanan internal wadah itu di bawah standar tekanan atmosfer dan menyebabkan air untuk mendidih pada suhu kamar.

·         Screen digunakan untuk memisahkan partikel- partikel

·         Pug mill (screw mixer) duigunakan untuk mencampurkan sampel yang ada

·         Steam heated  conveyor dryer digunakan untuk memindahkan aliran dan juga diberikan panas

·         Separator digunakan untuk memisahkan at berdasarkan titik didih

     2.8  Kegunaan Amonium Nitrat

·         sebagai bahan baku pembuatan bahan peledak baik untuk keperluan pertambangan maupun militer

·         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.