123
Kimia XI SMA
4.4 Kesetimbangan dalam Industri
Proses produksi zat-zat pada industri, khususnya industri bahan-bahan kimia, ada yang menggunakan reaksi kesetimbangan. Misalnya pada pembuatan amonia
dan pembuatan asam sulfat. Pada proses industri bahan-bahan kimia dihadapkan pada masalah bagaimana mendapatkan hasil sebanyak-banyaknya sekaligus
berkualitas tinggi, namun menggunakan proses yang efektif, efisien, dan biaya yang tidak terlalu besar.
A. Pembuatan Amonia dengan Proses Haber-Bosch
Unsur nitrogen terdapat di atmosfer dan menyusun sebanyak 78 dari volumenya, tetapi karena kelembaman nitrogen, senyawa-senyawa nitrogen
tidak banyak terdapat di alam. Metode untuk menyintesis senyawa-senyawa nitrogen yang dikenal sebagai fiksasi nitrogen buatan, merupakan proses
industri yang sangat penting. Metode utama adalah mereaksikan nitrogen dan hidrogen membentuk amonia. Amonia selanjutnya diubah menjadi senyawa
nitrogen lainnya, seperti asam nitrat dan garam nitrat. Pupuk urea CONH
2 2
merupakan bahan kimia yang terbentuk melalui reaksi NH
3
dengan CO
2
. Amonia juga digunakan dalam pembuatan bermacam-macam monomer yang
mengandung nitrogen untuk industri nilon, polimer-polimer akrilat, dan busa poliutretan. Amonia juga digunakan dalam industri farmasi, macam-macam
bahan organik, anorganik, detergen dan larutan pembersih, pupuk, dan bahan peledak TNT atau trinitrotoluena.
Dasar teori dari reaksi sintesis amonia dan uji laboratorisnya merupakan
penelitian Fritz Haber 1908. Usaha pengembangan proses Haber menjadi proses besar-besaran. Usaha tersebut merupakan tantangan bagi insinyur-
insinyur kimia pada saat itu. Hal ini karena metode tersebut mensyaratkan reaksi kimia dalam fasa gas pada suhu dan tekanan tinggi dengan katalis yang
sesuai. Pekerjaan ini dipimpin oleh Carl Bosch di Badishe Anilin and Soda Fabrik BASF. Pada tahun 1913, pabrik beroperasi dengan produksi 30.000
kg NH
3
per hari. Pabrik amonia modern saat ini mempunyai kapasitas 50 kali lebih besar.
Beberapa data relevan mengenai reaksi sintesis amonia adalah: N
2
g + 3 H
2
g ⎯⎯ →
←⎯ ⎯ 2 NH
3
g ΔH = –92,38 kJmol, suhu = 298 K, K
p
= 6,2 × 10
5
Untuk setiap 1 mol gas nitrogen dan 3 mol gas hidrogen dihasilkan 2 mol gas amonia. Peningkatan tekanan menyebabkan campuran reaksi bervolume
kecil dan menyebabkan terjadinya reaksi yang menghasilkan amonia lebih besar. Reaksi ke kanan bersifat eksoterm. Reaksi eksoterm lebih baik terjadi
jika suhu diturunkan, sehingga reaksi bergeser ke kanan menghasilkan amonia makin besar. Jadi kondisi optimum untuk produksi NH
3
adalah tekanan tinggi dan suhu rendah. Tetapi, keadaan optimum ini tidak mengatasi masalah laju
reaksi. Sekalipun produksi kesetimbangan NH
3
lebih baik terjadi pada suhu rendah, namun laju pembentukannya sangat lambat, sehingga reaksi ini tidak
layak. Salah satu cara untuk meningkatkan reaksi adalah dengan menggunakan
124
Kimia XI SMA
katalis. Walaupun tidak mempengaruhi kesetimbangan, namun katalis dapat mempercepat reaksi. Keadaan reaksi yang biasa dilakukan dalam proses Haber–
Bosch adalah pada suhu 550 °C, tekanan dari 150 sampai dengan 500 atm, dan katalis biasanya besi dengan campuran Al
2
O
3
, MgO, CaO, dan K
2
O. Cara lain untuk meningkatkan laju produksi NH
3
adalah memindahkan NH
3
dengan segera setelah terbentuk.
Titik didih gas NH
3
lebih tinggi daripada titik didih nitrogen dan hidrogen. Proses selanjutnya, gas amonia didinginkan sehingga mencair. Gas nitrogen
dan gas hidrogen yang belum bereaksi dan gas amonia yang tidak mencair kemudian diresirkulasi, dicampur dengan gas nitrogen dan hidrogen, kemudian
dialirkan kembali ke dalam tangki.
B. Pembuatan Asam Sulfat dengan Proses Kontak
Salah satu cara pembuatan asam sulfat melalui proses industri dengan produk yang cukup besar adalah dengan proses kontak. Bahan yang digunakan
pada proses ini adalah belerang dan melalui proses berikut. a. Belerang dibakar di udara, sehingga bereaksi dengan oksigen dan
menghasilkan gas belerang dioksida. Ss + O
2
g
⎯⎯ →
SO
2
g b. Belerang dioksida direaksikan dengan oksigen dan dihasilkan belerang
trioksida. SO
2
g +
½
O
2
g ⎯⎯ →
←⎯ ⎯ SO
3
g Reaksi ini berlangsung lambat, maka dipercepat dengan katalis vanadium
pentaoksida V
2
O
5
pada suhu ± 450 °C. c. SO
3
yang dihasilkan, kemudian dipisahkan, dan direaksikan dengan air untuk menghasilkan asam sulfat.
SO
3
g + H
2
Ol
⎯⎯ →
H
2
SO
4
aq d. Reaksi tersebut berlangsung hebat sekali dan menghasilkan asam sulfat
yang sangat korosif. Untuk mengatasi hal ini, gas SO
3
dialirkan melalui menara yang di dalamnya terdapat aliran H
2
SO
4
pekat, sehingga terbentuk asam pirosulfat H
2
S
2
O
7
atau disebut “oleum”. Asam pirosulfat direaksikan dengan air sampai menghasilkan asam sulfat.
SO
3
g + H
2
SO
4
g
⎯⎯ →
H
2
S
2
O
7
aq H
2
S
2
O
7
aq + H
2
Ol
⎯⎯ →
2 H
2
SO
4
l Beberapa manfaat asam sulfat adalah untuk pembuatan pupuk, di antaranya
pupuk superfosfat, detergen, cat kuku, cat warna, fiber, plastik, industri logam, dan pengisi aki. Asam sulfat kuat 93 sampai dengan 99 digunakan untuk
pembuatan berbagai bahan kimia nitrogen, sintesis fenol, pemulihan asam lemak dalam pembuatan sabun, pembuatan asam fosfat dan tripel superfosfat. Oleum
H
2
S
2
O
7
digunakan dalam pengolahan minyak bumi, TNT trinitrotoluena, dan zat warna serta untuk memperkuat asam lemah.
Sumber: Kimia Dasar, Prinsip dan Terapan Modern, Jilid 2, Ralph H. Petrucci, 1996.
125
Kimia XI SMA
Berikut ini adalah diagram alir pabrik asam sulfat kontak yang mengguna- kan pembakaran belerang dan absorpsi tunggal dengan injeksi udara
pengenceran antartahap.
Gambar 4. 3
Proses kontak. Sumber: Austin, Goerge T. E. Jasjfi. 1996.
1. Sebutkan manfaat amonia dalam kehidupan sehari-hari 2. Tuliskan reaksi pembuatan amonia dengan proses Haber–Bosch
3. Jelaskan cara memperoleh amonia dengan jumlah yang banyak, namun efektif
dan efisien dengan proses Haber–Bosch 4. Sebutkan manfaat asam sulfat dalam kehidupan sehari-hari
5. Sebutkan manfaat oleum asam pirosulfat dalam kehidupan sehari-hari 6. Tuliskan reaksi pembuatan asam sulfat dengan proses kontak
7. Jelaskan cara memperoleh asam sulfat yang efektif dan efisien
Menara pengering Penenang atau
filter masukan udara
Udara Blower Turbo-Kipas
mulai Asam 98-99 ke
penimbunan Sulfur
Uap Tempat
pengencer
Sulfur Encer
Tungku panas limbah
Filter gas panas
Pembakar sulfur
Uap
Penukar panas Konverter 4
lintasan Ekonomizer
Udara
Menara umpan
Ke pemanas uap Menara absorbsi
Menara Oleum
Oleum ke penimbunan
Pendingin asam absorpsi
Pendingin asam kering
Tangki sirkulasi
Pendingin oleum
Pompa oleum
Latihan 4.5
Kategori