commit to user Prarancangan Pabrik Kalsium Sulfat Dihidrat
dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 tontahun
Bab II Deskripsi Proses 18
Specific gravity : 2,32-2,96
Kemurnian : 91 berat min
Impuritas H
2
O, H
2
SO
4
, SiO
2
, CaCO
3
, MgCO
3
, CaSO
4
, Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
total maksimal 9 berat
www.petrokimiagresik.com Produk samping yang dihasilkan adalah
b. Karbondioksida Sifat Fisis :
Rumus Molekul : CO
2
Berat Molekul ggmol : 44,01
Densitas : 1,562 gmL solid 1 atm,
−78,5 °C 0,770 gmL liquid 56 atm, 20 °C
1.977 gL gas 1 atm, 0 °C Titik lebur
: -78°C Titik Didih
: -57°C
2.2 Konsep Proses
2.2.1. Dasar Reaksi
Reaksi pembentukan gipsum dan karbondioksida dari asam sulfat dan batuan kapur merupakan reaksi asidulasi. Senyawa
–senyawa yang digunakan dalam pembuatan gipsum adalah senyawa anorganik.
commit to user Prarancangan Pabrik Kalsium Sulfat Dihidrat
dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 tontahun
Bab II Deskripsi Proses 19
Reaksi pembentukan gipsum dari batuan kapur dan asam sulfat secara umum yang terjadi adalah sebagai berikut :
Reaksi pembentukan kalsium sulfat dihidrat gipsum : CaCO
3s
+ H
2
SO
4l
+ H
2
O
l
CaSO
4
.2H
2
O
s
+ CO
2g
2.1 US Patents 6.613.141
2.2.2. Kondisi Operasi
Kondisi operasi di reaktor yang berfungsi untuk membentuk gipsum pada suhu 93,33
o
C dan tekanan 1 atm. Konversi pembentukan gipsum sebesar 82,86 dan perbandingan berat antara batuan kapur dan asam sulfat masuk reaktor
sebesar 1 : 2. Waktu tinggal di reaktor adalah 10 menit US Patents 6.613.141.
2.2.3. Mekanisme Reaksi
Mekanisme reaksi yang terjadi untuk pembentukan gipsum dari batuan kapur dan asam sulfat adalah sebagai berikut :
Reaksi pembentukan kalsium sulfat dihidrat :
CaCO
3s
+ H
2
SO
4l
+ H
2
O
l
CaSO
4
.2H
2
O
s
+ CO
2g
2.2
93,33
o
C ; 1atm
93,33
o
C ; 1atm
commit to user Prarancangan Pabrik Kalsium Sulfat Dihidrat
dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 tontahun
Bab II Deskripsi Proses 20
Air yang diperoleh dalam reaksi didapat dari larutan asam sulfat, sehingga reaksi dapat ditulis sebagai berikut :
A + B + C D + E 2.3
Keterangan: A = CaCO
3s
B = H
2
SO
4l
C = H
2
O
l
D = CaSO
4
.2H
2
O
s
E = CO
2g
US Patents 6.613.141
2.2.4. Tinjauan Termodinamika
Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi endotermis eksotermis dan arah reaksi reversible irreversible. Penentuan
panas reaksi berjalan secara eksotermis atau endotermis dapat dihitung dengan perhitungan panas pembentukan standar
ΔH
o f
pada P = 1 atm dan T = 298 °K. Pada pembentukan gipsum terjadi reaksi sebagai berikut:
Reaksi pembentukan kalsium sulfat dihidrat gipsum : CaCO
3s
+ H
2
SO
4l
+ H
2
O
l
CaSO
4
.2H
2
O
s
+ CO
2g
2.4 US Patents 6.613.141
93,33
o
C ; 1atm 93,33
o
C ; 1atm
commit to user Prarancangan Pabrik Kalsium Sulfat Dihidrat
dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 tontahun
Bab II Deskripsi Proses 21
Harga ΔH
o f
masing-masing komponen pada suhu 298 °K dapat dilihat pada Tabel 2.2. sebagai berikut :
Tabel 2.2. Harga Berat Molekul dan ΔH
o f
masing-masing Komponen
Komponen Berat Molekul
kgkmol H°
F
kkalkmol
H
2
O 18,02
-68315,0754 SiO
2
60,08 -215940,238
MgCO
3
84,31 -261900,289
H
2
SO
4
98,08 -194550,215
CaCO
3
100,09 -288460,318
Al
2
O
3
101,96 -396000,437
CaSO
4
136,14 -342760,378
Fe
2
O
3
159,71 -197000,217
CaSO
4
.2H
2
O 172,17
-483420,534 CO
2
44,01 -94050,1038
Yaws, 1999 ΔH
o R
= ΔH
o f,produk
- ΔH
o f,reaktan
=
∆H
o f,CaSO
4
.2H
2
O
+ ∆H
o f,CO
2
− ∆H
o f,CaCO
3
+ ∆H
o f,H
2
SO
4
+ ∆H
o f,H
2
O
= [-483420,534 + -94050,1038] – [-288460,318 + -194550,215 +
-68315,0754] kkalkmol = -26145,0289 kkalkmol
commit to user Prarancangan Pabrik Kalsium Sulfat Dihidrat
dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 tontahun
Bab II Deskripsi Proses 22
Karena ΔH
R
pada reaksi di reaktor bernilai negatif, maka reaksi bersifat eksotermis. Penurunan suhu operasi dapat mengakibatkan kenaikan harga K
konstanta kesetimbangan. Hal ini sesuai dengan persamaan berikut :
Penurunan suhu pada reaksi eksotermis dan apabila reaksinya bersifat irreversible
akan meningkatkan harga konstanta kesetimbangan reaksi pembentukan gipsum atau dengan kata lain kesetimbangan akan bergeser ke arah
eksotermis pembentukan produk sehingga konversi akan bertambah besar.
Harga ∆G
f
untuk masing-masing komponen suhu 298 K pada Tabel 2.3. sebagai berikut :
Tabel 2.3. Data Energi Bebas Gibbs Komponen Bahan Baku dan Produk
Komponen G°
F
kkalkmol
H
2
O -56687,1
SiO
2
-204560 MgCO
3
-241900 H
2
SO
4
-164930 CaCO
3
-269550 Al
2
O
3
-373500 CaSO
4
-315930 Fe
2
O
3
-177400
RT H
T d
K d
ln
commit to user Prarancangan Pabrik Kalsium Sulfat Dihidrat
dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 tontahun
Bab II Deskripsi Proses 23
Komponen G°
F
kkalkmol
CaSO
4
.2H
2
O -429600
CO
2
-94260,1 Perry Green, 1999
∆G
=
∆G
o f,produk
−
∆G
o f,reaktan
=
∆G
o f,CaSO
4
.2H
2
O
+ ∆G
o f,CO
2
− ∆G
o f,CaCO
3
+ ∆G
o f,H
2
SO
4
+ ∆G
o f,H
2
O
= [-429600 + -94260,1] – [-269550 + -164930 + -56687,1]
= -32693 kkalkmol
Dari perhitungan-perhitungan diatas didapatkan : Di Reaktor
: ∆H
R
= -26145,0289 kkalkmol ∆G
= -32693 kkalkmol ∆G
= -RT ln K
298 K
ln K
298 K
=
RT G
=
−32693 –1.9872∗298
= 55,2074
commit to user Prarancangan Pabrik Kalsium Sulfat Dihidrat
dari Batu Kapur dan Asam Sulfat Kapasitas 250.000 tontahun
Bab II Deskripsi Proses 24
Reaksi pembentukan gipsum terjadi pada suhu 93,33
o
C 366,33°K, maka: ln
K
366,33K
K
298K
= −
∆H
R
R 1
T
operasi
− 1
T
298K
ln K
366,33K
− ln K
298K
= −
−26145,0289 1,9872
1 366,33
− 1
298 ln K
366,33K
− 55,2074 = − 8,2351 ln K
366,33K
= 46,9723 K
366,33K
= 2,5108. 10
20
Dengan harga K pada kondisi operasi besar sehingga dapat disimpulkan
bahwa reaksi yang terjadi dalam proses pembentukan gipsum merupakan reaksi irreversibel
atau reaksi tidak dapat balik. Smith Van Ness, 1975
2.2.5. Tinjauan Kinetika
