PABRIK ASAM NITRAT DARI AMONIAK DENGAN PROSES OKSIDASI

  TUGAS AKHIR – TK 090324

PABRIK ASAM NITRAT DARI AMONIAK DENGAN

PROSES OKSIDASI Indira Tri Hastari NRP. 2311 030 003 EMMAZA KHARISMA L. NRP. 2311 030 006 Dosen Pembimbing Prof. Dr. Ir. Danawati Hari Prajitno, M.Pd PROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2014

  TUGAS AKHIR – TK 090324

NITRIC ACID PLANT OF AMMONIA BY USING

OXIDATION PROCESS Indira Tri Hastari NRP. 2311 030 003 EMMAZA KHARISMA L. NRP. 2311 030 006 Guide Lecture Prof. Dr. Ir. Danawati Hari Prajitno, M.Pd CHEMICAL ENGINEERING DIPLOMA III STUDIED PROGRAM Faculty of Industry Technology Sepuluh Nopember Technological Institute Surabaya 2014

  

PABRIK ASAM NITRAT DARI AMONIA DENGAN PROSES

OKSIDASI

Nama Mahasiswa : Indira Tri Hastari (2310030003) : Emmaza Kharisma L. (2310030006) Program Studi : D III Teknik Kimia FTI - ITS Dosen Pembimbing : Prof.Dr.Ir.Danawati H.P, M.Pd Abstrak

  Asam nitrat (HNO ) adalah sejenis cairan korosif yang tak berwarna

  3

dan merupakan asam beracun yang dapat menyebabkan luka bakar.

  

Kegunaannya sangat dibutuhkan di dunia Industri kimia, diantaranya dapat

digunakan untuk proses pemurnian logam, sebagai bahan baku pembuatan

bahan-bahan peledak seperti TNT dan digunakan dalam proses desain barang-

barang berbahan tembaga, perunggu dan kuningan. Berdasarkan ketersediaan

amonia yang merupakan bahan baku utama, maka Pabrik asam nitrat didirikan

di Gresik, Provinsi Jawa Timur.

  Pembuatan asam nitrat dari amonia dengan proses oksidasi. Udara dikompresikan sampai tekanan 10 atm dan bertemperatur 270 C. Amonia

diuapkan dalam penguap steam dan selanjutnya dicampurkan dengan udara

yang sudah dikompresi. Campuran antara udara dan amonia dimasukkan ke

dalam coverter yang berisi katalis platina berbentuk gauze/kasa.Pada reaksi ini

konversi amonia menjadi NO mencapai 95%. Hasil Nitric Oxide (NO) kemudian

direaksikan dengan oksigen supaya terbentuk asam nitrat yang konsentrasinya

65%. Untuk memekatkan hasil, gas NO 2 masuk di kolom absorber bagian bawah

pada suhu 62 ˚C. Di dalam kolom absorber, air demineralisasi ditambahkan

pada bagian paling atas pada suhu 30 ˚C, sedangkan asam lemah (weak acid)

dimasukkan pada bagian tengah absorber. Hasil akhir berupa penyerapan asam

nitrat dengan kadar 60 %.

  Pabrik ini beroperasi secara kontinyu selama 330 hari/tahun;24

jam/hari dengan kapasitas produksi 72727,27 kg/hari.Dengan bahan baku yang

dibutuhkan yakni,ammonia sebesar 12655,56 kg/hari dan kebutuhan udara

sebesar 226878,42 kg/hari. Kebutuhan utilitasnya adalah air sanitasi sebesar

  3

  3

52,56 m /hari,air pendingin sebesar 1612,513 m /hari,air proses sebesar

  3

  3

17,2044 m /hari dan air umpan bolier sebesar 60,914 m /hari. Berdasarkan

ketersediaan amonia yang merupakan bahan baku utama, maka Pabrik asam

nitrat didirikan di Gresik, Provinsi Jawa Timur.

  Kata kunci: Amoniak, Asam nitrat, Proses Oksidasi

  

NITRIC ACID PLANT OF AMMONIA BY USING OXIDATION

PROCESS

Name : Indira Tri Hastari (2311030003) : Emmaza Kharisma L (2311030006) Department : D III Teknik Kimia FTI - ITS Supervisor : Prof. Dr.Ir.Danawati H.P, M.Pd Abstract

  Nitric acid (HNO ) is a corrosive liquid and poisonous acid

  3

which can cause burns. Its usefulness is needed in the world chemical

industry, which can be used for metal refining process, as a raw material

for making explosives such as TNT and used in the design process goods

made from copper, bronze and brass. Based on the availability of

ammonia which is the main raw material, then the nitric acid plant was

established in Gresik, East Java.

  Manufacture of ammonia with nitric acid oxidation process. Air

is compressed until the pressure of 10 atm and temperature 270˚C.

Ammonia was evaporated in a steam vaporizer and further mixed with

air that has been compressed. Mixture of air and ammonia incorporated

into the catalyst containing platinum coverter shaped gauze. Pada

reaction of ammonia to NO conversion reached 95%. Results of Nitric

Oxide (NO) is then reacted with oxygen to form nitric acid so that the

concentration is 65%. To concentrate the results, NO gas entering at the

  2

bottom of the absorber column at a temperature of 62°C. In the absorber

column, demineralized water is added at the very top at a temperature of

30° C, while the weak acid (a weak acid) is inserted at the center of the

absorber. Final result of the absorption of nitric acid with 60%

concentration.

  The plant operated continuously for 330 days/year; 24

hours/day with a production capacity of 72727.27 kg/day.With raw

materials needed ie, ammonia was 12655.56 kg/day and the air

requirements of 226,878.42 kg/day. The need for water sanitation

  3

  3

utilities is at 52.56 m /day, water coolers at 1612.513 m /day, the water

  3

  3

was 17.2044 m /day and feed water bolier for 60.914 m /day. Based on

the availability of ammonia which is the main raw material, then the

nitric acid plant was established in Gresik, East Java.

  Key word : Ammonia, Nitric Acid, Oxidation Process

KATA PENGANTAR

  Dengan mengucap syukur Alhamdullilah kehadirat Allah SWT, atas segala rahmat dan karunia yang telah diberikan kepada kami sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan judul “Pabrik Asam Nitrat dari Amoniak dengan Proses

  Oksidasi “.

  Tugas akhir ini merupakan salah satu tugas yang harus diselesaikan sebagai persyaratan kelulusan program studi DIII Teknik Kimia, FTI-ITS Surabaya.

  Tujuan tugas akhir ini adalah mahasiswa dapat memahami dan mampu mengenal prinsip-prinsip perhitungan dari peralatan- peralatan industri terutama industri kimia yang telah dipelajari di bangku kuliah serta aplikasinya dalam perencanaan pabrik.

  Dengan tersusunnya laporan tugas akhir ini, penyusun menyampaikan ucapan terima kasih kepada: Bapak Ir. Budi Setiawan, M.T. selaku Koordinator 1. Program Studi DIII Teknik Kimia FTI – ITS Ibu Prof. Dr. Ir. Danawati H.P, M.Pd selaku Dosen 2. Pembimbing Tugas Akhir. Ibu Dr. Ir. Niniek Fajar Puspita, M.Eng. selaku 3. Koordinator Tugas Akhir. Kedua orang tua, yang telah memberikan dukungan, 4. semangat dan nasehat luar biasa. Teman-teman seperjuangan Buffer PH 11, Ninin, Tita, 5. Ebot, Pepi, Mas Nanda, Mas Ricco dan pihak lain yang turut membantu demi terselesainya Tugas Akhir ini. Penyusun menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan sebagai introspeksi bagi penyusun. Akhir kata semoga laporan ini memberi manfaat bagi pihak–pihak yang memerlukan.

  Surabaya, 26 Juni 2013 Penulis

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ..................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN .......................................................... ii ABSTRAK .................................................................................. vi ABSTRACT ............................................................................... vii KATA PENGANTAR ............................................................... viii DAFTAR ISI .............................................................................. ix DAFTAR TABEL ...................................................................... xi DAFTAR GAMBAR.................................................................. xii

  BAB I. PENDAHULUAN I.1. LatarBelakang .................................................. I-1 I.2. Dasar Teori ...................................................... I-5 I.3. Kegunaan ......................................................... I-7 I.4. Sifat Fisik dan Kimia ....................................... I-8 BAB II. MACAM DAN URAIAN PROSES II.1. Macam Proses ............................................... II-1 II.2. Seleksi Proses ................................................ II-8 II.3. Uraian Proses Terpilih ................................. II-11 BAB III. NERACA MASSA .............................................. III-1 BAB IV. NERACA PANAS .............................................. IV-1 BAB V. SPESIFIKASI ALAT............................................ V-1 BAB VI. UTILITAS VI.1. Air .............................................................. VI-1 VI.2. Steam ......................................................... VI-6 VI.3. Listrik ......................................................... VI-6 VI.4 Bahan Bakar................................................ VI-6 VI.5 Perhitungan Kebutuhan air ......................... VI-7 BABVII. KESELAMATANDAN KESEHATANKERJA VII.1.Pendahuluan ............................................. VII-1 VII.2.Usaha-usaha K3 ........................................ VII-4 VII.3.Instalasi Pemadam Kebakaran .................. VII-7 BAB VIII. INSTRUMENTASI .......................................... VIII-1 BAB IX. PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI KIMIA ................................................................ IX-1

  BAB X. KESIMPULAN ......................................................... X-1 DAFTAR PUSTAKA ................................................................ xiii LAMPIRAN : APPENDIKS A APPENDIKS B APPENDIKS C PFD PABRIK PFD UTILITAS

  DAFTAR TABEL

Tabel 4.9 Neraca panas Oxidation unit .................................... IV-9Tabel 4.3 Neraca panas mixer ................................................. IV-3Tabel 4.4 Neraca panas converter ............................................ IV-4Tabel 4.5 Neraca panas cooler ................................................. IV-5Tabel 4.6 Neraca panas waste heat boiler ................................ IV-6Tabel 4.7 Neraca panas tail gas preheater ................................ IV-7Tabel 4.8 Neraca panas kondensor .......................................... IV-8Tabel 4.10 Neraca panas secondary cooler .............................. IV-10Tabel 4.1 Neraca panas ammoniak vaporizer .......................... IV-1Tabel 4.11 Neraca panas absorber ........................................... IV-11Tabel 6.1 Kebutuhan Air Pendingin ........................................ VI-7Tabel 6.2 Kebutuhan Air Proses .............................................. VI-8Tabel 6.3 Kebutuhan Air Umpan Boiler .................................. VI-8Tabel 6.4 Kebutuhan Air dari sungai ....................................... VI-9Tabel 7.1 Identifikasi Hazard Materia Pada Pabrik ................ VII-4Tabel 4.2 Neraca panas kompresor .......................................... IV-2Tabel 3.14 Neraca Massa bleaching coloumn ......................... III-15

  Tabel I.1 Data produksi asam nitrat di Indonesia ...................... I-3

Tabel 3.5 Neraca Massa converter ........................................... III-5Tabel 2.1 Perbandingan proses oksidasi dan proses retort ........ II-8Tabel 2.2 Perbandingan proses pembuatan asam nitrat ........... II-10Tabel 3.1 Neraca massa ammoniak vaporizer ......................... III-1Tabel 3.2 Neraca Massa kompresor ......................................... III-2Tabel 3.3 Neraca Massa splitter ............................................... III-3Tabel 3.4 Neraca Massa mixer ................................................ III-4Tabel 3.6 Neraca Massa cooler ................................................ III-6Tabel 3.13 Neraca Massa absorber .......................................... III-13Tabel 3.7 Neraca Massa waste heat boiler ............................... III-7Tabel 3.8 Neraca Massa Platinum filter ................................... III-8Tabel 3.9 Neraca Massa Tail Gas Preheater ............................ III-9Tabel 3.10 Neraca Massa kondensor ....................................... III-10Tabel 3.11 Neraca Massa Oxidation unit................................. III-11Tabel 3.12 Neraca Massa secondary cooler............................. III-12Tabel 8.1 Alat Ukur dan Instrumentasi ................................... VII-5

  DAFTAR GAMBAR

  Gambar I.1 Lokasi Pendirian Pabrik asam nitrat ........................... I-5

DAFTAR NOTASI

  Notasi Keterangan Satuan

  2 A Luas heating surface ft o

  Cp Konduktivitas thermal kal/g. C H Enthalpy Kal

  ID Inside diameter In OD Outside diameter In

  Q Kalor Kkal R Rate Kg

  X Fraksi massa

  3 V Volume m

  ρ Massa jenis kg/L µ Viskositas cp P Tekanan atm

  3 V/tc Laju volumetrik m /s

  filtrate

• 1

  Rm Tahanan filter m t c Waktu siklus filter S c s Konsentrasi padatan kg padatan/

  3

  dalam umpan masuk m filtrat Penurunan tekanan Pa

  ∆P α Tahanan cake m/kg padatan

  

BAB I

PENDAHULUAN I.1 Latar belakang I.1.1 Sejarah Asam nitrat

  yang tak berwarna, dan merupakan yang dapat menyebabkan luka bakar. Asam nitrat pertama kali disintesis sekitar modern dan proses kimiawi dasar lainnya yang masih digunakan sekarang ini. Asam nitrat banyak sekali digunakan dalam industri kimia, diantaranya digunakan untuk proses pemurnian logam,sebagai bahan baku pembuatan bahan- bahan peledak seperti TNT , dan digunakan dalam proses desain barang-barang berbahan tembaga, perunggu dan kuningan.(Anonim,2013)

  I.1.2 Alasan Pendirian Pabrik Asam Nitrat merupakan bahan kimia dasar yang banyak dipakai dalam industri amonium nitrat, bahan peledak, pembuatan bahan organik sintesis, seperti zat warna, obat-obatan, selulosa nitrat, dan sebagainya. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut di atas, Indonesia selain sudah memproduksi sendiri juga mengimpor dari luar negeri. Asam nitrat (20%) juga digunakan untuk membuat pupuk campuran dengan bantuan fosfat, sebagai pelarut dalam industri electroplating, dan digunakan secara meluas sebagai reaktan yang cukup penting dalam laboratorium kimia sebagai di dalam pembuatan Nitro Benzene, dan Dinitro

  Toluene. Dengan meningkatnya keperluan asam nitrat pada

  berbagai bidangindustri, maka produksi HNO

  3 secara

  industri dalam skala kecil sampai besartidak dapat ditangguhkan lagi.

  Dilihat dari fungsi atau kegunaannya yang beragam, dapat disimpulkan bahwa kebutuhan atau kegunaanya yang beragam, maka dapat disimpulkan bahwa kebutuhan akan Asam Nitrat akan semakin meningkat, sehingga pendirian pabrik Asam Nitrat merupakan alternatif yang baik, selain untuk memenuhi kebutuhan pasar dalam negeri juga dapat membuka lapangan kerja baru dan dapat meningkatkan devisa negara. Negara-negara yang sedang menuju era industrialisasi tidak dapatlepas dari peranan asam nitrat ini.

  Untuk mengurangi ketergantungan impor Indonesia terhadap negara lain, untuk memperluas kesempatan kerja dan meningkatkan produksi dalam negeri serta menyeimbangkan struktur ekonomi di Indonesia maka Indonesia harus melakukan pembangunan dengan pemanfaatan sumber daya alam dan sumber daya manusia yang dimiliki. Salah satu wujud pembangunan sumber tersebut adalah dengan pembangunan industri kimia. Dengan alasan kebutuhan asam nitrat makin lama makin meningkat, maka perlu difikirkan pendirian suatu pabrik asam nitrat.

  Pabrik asam nitrat ini didirikan dengan alasan memberi peluang bagus dan membantu pabrik asam nitrat lain dalam produksi asam nitrat di Indonesia, terdapat beberapa antara lain :

   Kondisi perekonomian dunia dan dalam negeri seperti nilai tukar rupiah terhadap mata uang asing, tingkat inflasi, suku bunga, dan sebagainya.  Adanya perubahan peraturan yang dilakukan oleh pemerintah sebagai akibat dari negara maju yang terus mengurangi ekspor dari negara maju lain yang menawarkan harga murah.

  Dari beberapa masalah di atas pendirian pabrik inidimaksudkan untuk pengembangan pabrikasamnitrat yang di Indonesia hanyaadabeberapa serta untuk mengimbangi kebutuhan asam nitrat Indonesia.

  I.1.3 Ketersediaan Bahan baku Bahan baku asam nitrat adalah ammonia dan udara.

  Bahan baku ammonia ini didapat dari Pabrik penghasil ammonia. Sedangkan bahan baku oksigen didapat dari atmosfer. Sehingga bahan baku dapat diperoleh dari dalam negeri.

  1.1.4 Kebutuhan Aspek Pasar Asam nitrat (HNO

  barang-barang berbahan tembaga, perunggu dan kuningan.

  2007 34,14 8.771 471 2008 7,76 10.243 9851 2009 2,62 66.911 51.791 2010 11.259 55.404 2011 11.187 62.162

  

Tahun Ekspor (ton) Impor (ton) Produksi (ton)

  1.1.5 Kapasitas Produksi Pabrik

  (Anonim, 2013)

  atau membersihkan peralatan proses dari kerak kalsium dan magnesium yang menempel di dalamnya.

  3 ) digunakan untuk menghilangkan

  6. Asam nitrat (HNO

  5. Campuran antara pekat dan asam nitrat pekat, dengan perbandingan 3:1, biasa digunakan sebagai pelarut logam mulia, yaitu emas dan platina. Campuran tersebut biasa disebut dengan Aqua Regia atau air raja.

  3 ) digunakan dalam proses desain

  3 ) merupakan komoditi yang

  4. Asam nitrat (HNO

  3 ) digunakan dalam proses pemurnian logam. Sebagai contoh platina, emas, dan perak.

  3. Asam nitrat (HNO

  pembuatan bahan-bahan yang meledak, seperti (TNT) dan

  3 ) digunakan sebagai bahan baku

  2. Asam nitrat (HNO

  1. Asam nitrat (HNO 3 ) digunakan untuk di laboratorium.

  memiliki banyak kegunaan di bidang industri. Penggunaan asam nitrat adalah sebagai berikut:

  (Badan Pusat Statistik, 2013) Tabel I.2 Data produksi Asam nitrat di Indonesia

  Berikut adalah perhitungan untuk menentukan kapasitas pabrik asam nitrat yang direncanakan berdiri pada tahun 2015. Konsumsi = ( produksi + impor ) – ekspor

  = (14089,564 + 117865416 ) – (-7592,766) = 117887099 kg = 117887,1 ton

  Produksi = 20 % x konsumsi = 24.000 ton/ tahun

  Dari hasil perhitungan, dapat diperkirakan bahwa setiap tahunnya konsumsi asam nitrat di Indonesia akan semakin bertambah. Maka dari itu pabrik asam nitrat yang akan didirikan ini berusaha memenuhi kebutuhan dalam negeri sendiri, sehingga ditentukan kapasitas pabrik asam nitrat ini tahun 2015 adalah 24.000 ton/tahun.

1.1.6 Lokasi Pabrik

  Secara geografis penentuan lokasi pabrik sangat menentukan kemajuan pabrik tersebut pada saat produksi dan di massa yang akan datang. Dengan penentuan lokasi pabrik yang tepat akan menghasilkan biaya produksi dan distribusi yang minimal sehingga pabrik tersebut dapat berjalan efisien dan ekonomis serta menguntungkan. Disamping pertimbangan teknis dan ekonomis diperlukan pula pertimbangan sosiologis, yaitu pertimbangan dalam mempelajari sifat dan sikap masyarakat di sekitar daerah yang dipilih sebagai lokasi pabrik, sehingga jika ada hambatan sosiologis yang timbul dari luar dapat diperhitungkan sebelumnya. Pendirian pabrik asam nitrat harus dekat dengan pabrik yang menghasilkan ammonia, karena bahan baku utama yang diperlukan adalah ammonia dan udara. Berdasarkan hal tersebut, maka direncanakan pendirian pabrik pembuatan asam nitrat berlokasi di daerah Gresik.

Gambar 1.1 Lokasi Pendirian Pabrik asam nitrat

I.2 Dasar Teori

  Asam nitrat merupakan asam yang kuat, mudah bereaksi dengan alkali, oksida dengan membentuk garam. Asam nitrat mempunyai rumus kimia HNO3. Asam nitrat sangat sulit dibuat cairan murni karena kecenderungannya terdekomposisi menjadi nitrogen oksida.

  Asam nitrat merupakan oksida yang kuat terhadap bahan organik, seperti turpentin dan charcoal, alkohol juga sangat bereaksi terhadap asam nitrat. Furfuryl alcohol, anilin dengan asam nitrat digunakan dalam bahan bakar roket. Sebagian besar baja kecuali platinum dan emas dapat dirusak oleh asam nitrat, sebagian diubah menjadi arsenic dan

  antimonytetapi sebagian besar yang lain diubah menjadi nitrat.

  Asam nitrat sebagai oxidizing agent tergantung pada nitrogen oksida bebas. Asam nitrat murni tidak merusak tembaga. Produk asam nitrat bervariasi konsentrasi asamnya dan kekuatan reduksinya. Cairan asam nitrat cenderung memberikan nitrogen oksida dan asam yang dihasilkan kaya akan nitrogen dioksida. Reaksi asam cair dengan metalic,

  zinc, dihasilkan dengan mencampurkan amoniak dan hidroksilamin.

  Asam nitrat mempunyai dua macam hidrat yang dikristalkan dari larutan asam nitrat. Kedua hidrat tersebut adalah monohidrat yang mempunyai rumus kimia HNO .H O dengan konsentrasi 77,77% berat dan

  3

  2

  mempunyai titik didih 37,62°C. Sedangkan trihidrat mempunyai rumus kimia HNO

  3 .H

  2 O dengan konsentrasi 53,83% berat dan mempunyai titik didih 18,47°C.

  Sebelum abad ke-20 asam nitrat diperoleh dari reaksi antara Chile Saltpeter (mineral yang mengandung NaNO3) dengan asam sulfat pekat. Sodium Bisulfat diperoleh sebagai produk samping. Secara sederhana reaksinya dapat dituliskan sebagai produk samping. Secara sederhana reaksinya dapat dituliskan sebagai berikut:

  NaNO

  3 + H

2 SO

  4 NaHSO 4 + HNO

  3 Beberapa proses lainnya dikembangkan untuk

  menggantikan nitrogen yang berasal dari nitrat alam dengan nitrogen dari atmosfer. Pada awal abad 20, berkembang teknologi pembuatan asam nitrat dengan proses busur listrik yang ditemukan oleh Birkeland dan Eyde. Proses ini, pada dasarnya merupakan pembakaran langsung antara oksigen dan nitrogen dalam suatu busur listrik. Hasil dari busur listrik berupa nitrogen monoksida (NO) yang selanjutnya dilarutkan dalam air sehingga membentuk asam nitrat. Biaya operasi yang sangat mahal serta efisiensi energi yang rendah mengakibatkan proses tersebut tidak digunakan lagi sekarang.

  Proses lainnya adalah yang disebut dengan proses “wisconsin” yang memproduksi asam nitrat dengan bahan utama oksigen dan nitrogen yang berasal dari udara.

  Prinsipnya adalah sama dengan proses busur listrik. Hanya saja, pembakaran dilakukan dalam tungku pembakaran dengan bantuan fuel gas pada temperatur di atas 2000°C. Kesulitan operasi ini adalah mempertahankan temperatur yang sangat tinggi dalam jangka waktu yang lama. Hal ini mengakibatkan proses ini kurang efisien dan tidak diterima secara umum.

  Di samping itu, terdapat satu proses yang sangat penting dalam kemajuan industri asam nitrat yakni proses oksidasi amonia atau lebih dikenal dengan proses Ostwald. Oksidasi katalitik dari amonia menjadi satu-satunya proses pembuatan asam nitrat secara komersial yang masih dilakukan sampai saat ini. Dari segi teknis dan biaya, proses ini masih jauh lebih baik daripada proses yang lainnya.

I.3 Kegunaan Asam Nitrat

  Asam nitrat (HNO

  3 ) memiliki banyak kegunaan di

  bidang industri. Penggunaan asam nitrat adalah sebagai berikut:

  3 ) digunakan untuk di

1. Asam nitrat (HNO laboratorium.

  3 ) digunakan sebagai bahan baku

  2. Asam nitrat (HNO pembuatan bahan-bahan yang meledak, seperti nitrogliserin, trinitrotoluena (TNT) dan Siklotrimetilenatrinitramin (RDX), dan juga untuk pembuatan amonium nitrat.

  3 )digunakan dalam proses

  3. Asam nitrat (HNO pemurnian logam. Sebagai contoh platina, emas, dan perak.

  3 ) digunakan dalam proses desain

  4. Asam nitrat (HNO barang-barang berbahan tembaga, perunggu dan kuningan.

  5. Campuran antarpekat dan asam nitrat pekat, dengan perbandingan 3:1, biasa digunakan sebagai pelarut logam mulia, yaitu emas dan platina. Campuran tersebut biasa disebut dengan Aqua Regia atau air raja.

  3 ) digunakan untuk menghilangkan

  6. Asam nitrat (HNO atau membersihkan peralatan proses dari kerak kalsium dan magnesium yang menempel di dalamnya.

I.4 Sifat Fisik dan Kimia

  I.4.1. Bahan Baku Utama Bahan baku utama dari Pabrik Asam Nitrat ini adalah ammonia dan udara. Spesifikasi dari ammonia dan udara yaitu sebagai berikut:

  1. Ammonia

• Sifat Fisika Rumus molekul : NH

  3 Berat Molekul : 17,03 g/gmol

  Titik didih : -33,45˚ C Titik cair normal : -77,74 °C Temperatur kritis : 207,5 °C Tekanan kritis : 111,3 atm Volume kritis : 0,08040

  3

  m /kgmol ∆Η˚ f : -39,222 kJ/mol Densitas ( 0 °C ) : 0,682 g/cc Indeks bias, eg : 1,325 Fase :cair jenuh (30˚C ; 11,5 atm)

  Warna : tidak berwarna Sifat : berbau tajam

  (khas ammonia) Kemurnian : 99,40 % Spesific gravity (-79˚C) : 0,817

  (15˚C) : 0.617 Kelarutan dalam air (25 °C) : 0,94 %

  (MSDS,2013)

• Sifat kimia

  a. Ammonia dapat membentuk campuran, mudah terbakar dengan udara pada nilai ambang batas (16,25 % volume) b. Bahaya ledakan ammonia akan semakin meluas apabila kontak dengan oksigen pada temperatur serta tekanan tinggi di atmosfer.

c. Reaksi oksidasi-reduksi

  2NH 3 + 5/2 O 2 →2NO+3H

  2 O ………………(1.1) Jika tanpa katalis

  2NH

  3 +3/2O 2 →N 2 +3H

  2 O ………………......(1.2)

  3CuO + 2NH

  3 →3Cu+3H

  2 O+N 2 ……………..(1.3)

  d. Reaksi substitusi Masuknya ion H dalam ammonia, yang sering disebut

• ammonisasi. Misaln

  NH

  3 + H

2 O →NH

  4 OH→NH 4 +OH

  ………………....(1.4) NH

  3

• HX→NH

  4 + X ……………………………… .(1.5)

e. Reaksi ammonolisis

  Reaksi ammonia dengan senyawa lain dimana ammonia bereaksi sebagai gugus NH

  

2

Misalnya : HgCl 2 + 2NH

  

3 Hg(NH

2 )Cl + NH

  4 Cl …(1.6) →

  2. Udara

  a. Oksigen Rumus molekul : O

  2 Fase : gas

  Berat molekul : 32 Densitas (g/l) : 1,429 (0°C) Titik lebur (°C) : -218,79 Titik didih (°C) : -182,95

  b. Nitrogen Rumus molekul : N

  2 Fase : gas

  Berat molekul : 28 Densitas (g/l) : 1,251 (0°C) Titik lebur (°C) : -210,00 Titik didih (°C) : -195,79

  I.4.2.Produk

  1.4.2.1 ProdukUtama Produk utama yang dihasilkan dari pabrik asam nitrat adalah asam nitrat. Spesifikasi asam nitrat adalah sebagai berikut:

  Sifat Fisika Rumus molekul : HNO

3 Massa molar : 63,012 g/mol

  Penampilan : Cairan bening tidak berwarna

  3 Densitas : 1,51 g/cm , cairan tidak berwarna

  Titik leleh : -42

  C, 231 K, -44 F Titik didih : 83

  C, 356 K, 181 F (120,5 C (larutan 68 %)) Sifat Kimia

   Ketika mendidih pada suhu kamr, terdapat dekomposisi (penguraian) sebagian pembentukan nitrogen dioksida sesudah reaksi :

  4HNO

  3 →2H

  2 O + 4NO 2 + O 2 (72

  C) Sebagai sebuah oksidator yang kuat, asam nitrat bereaksi

   hebat dengan sebagian besar bahan-bahan organik dan reaksinya dapat bersifat eksplosif. Produk akhirnya bisa bervariasitergantung pada konsentrasi asam, suhu, serta reduktor. Reaksi dapat terjadi dengan semua logam kecuali deret logam mulia dan aloi tertentu. Karakteristik ini membuat asam nitrat sering digunakan dalam uji asam. Umumnya reaksi oksidasi utamanya terjadi dengan asam pekat, membentuk nitrogen dioksida ( NO

  2 )

• 2+ -

  Cu + 4H +2NO

  3 →Cu + 2NO 2 +2H

  2 O

  Karena asam nitrat merupakan oksidator, hidrogen (H2)

   jarang terbentuk. Hanya magnesium (Mg), mangan (Mn), dan kalsium (Ca) yang bereaksi dengan asam nitrat dingin dan encer yang dapat menghasilkan hidrogen : Mg(s) + 2HNO

  3 (aq)→Mg(NO

3 )

2 (aq) + H 2 (g)

  

Halaman ini sengaja dikosongkan

BAB II MACAM DAN URAIAN PROSES II.1. Macam – Macam Proses Pembuatan Asam Nitrat Pembuatan asam nitrat dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu dengan proses oksidasi dan proses retort. II.1.1. Proses Oksidasi Terdapat dua jenis teknologi proses yang

  digunakan dalam pembuatan asam nitrat Secara Oksidasi, yaitu Single pressure Process dan Dual-pressure Process, yang secara singkat dapat dijelaskan sebagai berikut:

II.1.1.1. Single pressure process

  Ciri khas dari tipe ini adalah penggunaan tekanan operasi yang rata-rata sama pada tahap oksidasi katalitik amonia maupun pada tahap absorpsi NO

  2 /N

  2 O 4 dan

  membutuhkan temperatur operasi sekitar 420˚C. Proses ini terbagi lagi menjadi beberapa tipe, yaitu:

  a.

   Single medium (intermediate) pressure

  Proses ini menggunakan alat utamanya reaktor oksidasi amonia dan dua alat menara absorber. Kompresor udaranya dikendalikan oleh tailgas expansion turbin dan steam turbin. Sehingga energi yang ada dapat direcovery lagi. Asam nitrat yang dihasilkan adalah 60% sedangkan kadar NOx ± 500 ppm. Untuk mengurangi kadar NOx, maka ditambahkan alat SCR Reaktor yaitu Selective Catalytic Reduction dengan menggunakan katalis

  

non noble metal dan amonia sebagai zat reducing. Tekanan

  operasinya berkisar antara 4 - 6 bar absolut. Katalis yang digunakan adalah platinum rhodium berbentuk gauze (kasa) dengan masa pergantian katalis 6 bulan. Pabrik-pabrik asam nitrat yang menggunakan proses ini diantaranya SKW Sticktoffwerke piesteritz GmbH di Jerman dan ACE Pressureweld di Singapura.

Gambar 2.1 Diagram alir Single medium (intermediate) pressure

  b.

   Single High Pressure

  Tekanan operasi berkisar antara 8 – 12 bar absolut memakai peralatan dan pemipaan yang berukuran lebih besar dan hanya mempunyai satu menara absorber. Asam nitrat yang dihasilkan konsentrasinya lebih besar dari medium pressure process sekitar 67 %. Sedangkan konsentrasi NOxnya < 200 ppm. Pergantian katalis sekitar 6 bulan sekali. Pabrik-pabrik yang menggunakan proses ini diantaranya Radici Chimica GmbH di Jerman, Queensland Nitrates Pty Ltd di Australia, Enaex S.A di Chile, Namhae Chemical Corporation di Korea, Thai Nitrate Company (TNC) di Tailand.

Gambar 2.2 Diagram alir Single High Pressure

II.1.1.2. Dual pressure process

  Proses Dual-Pressure merupakan perpaduan dari proses pembakaran medium-pressure dan efisiensi absorbsi yang paling baik pada high-presssure, pada tahap oksidasi amonia (proses pembakaran) pada tekanan rendah sebaliknya pada proses absorbsinya dilakukan pada tekanan tinggi, serta menggunakan

  o

  temperature lebih dari 450

  C. Dengan kadar NOxnya < 150 ppm dan kadar NOx dapat lebih rendah lagi kalau dipasang tailgas reaktor (selective catalytic reduction). Konsentrasi asam nitrat yang dihasilkan 68%. Tekanan operasi pada proses pembakaran sekitar 4-6 bar absolut dan tekanan pada proses absorbsi sekitar 10-12 bar absolut. Pergantian katalis setiap bulan 6 sekali. Adapun pabrik-pabrik yang menggunakan proses ini diantaranya Namhae Chemical Corporation di Korea, BP Koln GmbH di Jerman, CF Indusries Inc. di Donaldsonville USA.

Gambar 2.3 Diagram alir Dual pressure process

II.1.2. PROSES RETORT

  Proses retort menggunakan bahan baku natrium nitrat (96%) dan asam sulfat (93%). Di dalam reaktor terjadi reaksi eksotermis antara natrium nitrat dan asam sulfat. Reaksi yang terjadi: NaNO3 (s) + H2SO4 (l) NaHSO4 (l) + HNO3 (l) Proses : Bahan baku natrium nitrat dan asam sulfat masuk reaktor tangki berpengaduk. Reaktor di panaskan secara isotermal pada

  o

  suhu operasi 150-200 C selama 12 jam. Konversi pembentukan asam nitrat adalah 97%.Selama waktu itu NO2 dan air akan teruapkan. Uap asam nitrat di lewatkan di kondensor parsial, kemudian di pisahkan antara gas dan cairanya dalam separator. Cairan asam nitrat di dinginkan dengan menggunakan cooler dan selanjutnya di simpan sebagai hasil asam nitrat. Konsentarsi hasil adalah sebesar 90%. Gas yang tidak terembunkan diserap dengan menggunakan air pada absorber. Hasil bawah menghasilkan kadar asam nitrat 43%. Hasil samping reaktor berupa campuran ”either cake”. Bahan ini dapat dijual pada industri baja dan dapat juga dipakai sebagai bahan baku.

Gambar 2.4 Diagramok Proses Retort

  A

II.2 SELEKSI PROSES

  Berdasarkan teknologi proses yang telah dijelaskan sebelumnya, maka diperoleh perbandingan pembuatan asam nitrat antara proses Oksidasi dan proses Retort dalam Tabel di bawah ini:

Tabel 2.1 Perbandingan Proses Oksidasi dan Proses Retort

  Jenis Proses Kelebihan kekurangan  Bahan baku nya  Temperatur yang mudah didapat, digunakan cukup langsung dari tinggi alam.

  (%  Kualitas HNO3) yang didapatkan besar,yakni sekitar 60% -

  Proses Oksidasi 68%

   Prosesnya sederhana yang  yield dihasilkan lebih tinggi  kadar buang Nox nya rendah  Temperatur yang  Bahan baku nya digunakan susah

  Proses Retort rendah didapatkan, karena untuk proses retort bahan baku hanya tersedia di luar negeri.  Kualitas (%HNO3) yang didapatkan kecil, sekitar 43%  Prosesnya cukup rumit yang  Yield dihasilkan rendah buang  Kadar Nox nya cukup besar

  Dari proses yang telah diuraikan dipilih proses oksidasi ammonia, karena pada proses retort bahan baku natrium nitrat hanya bisa didapatkan dari luar negeri yaitu chile. Sehingga kurang efisien, dan kadar asam nitrat yang di dapatkan akan lebih tinggi menggunakan proses oksidasi ammonia.

  Dari beberapa proses oksidasi ammonia yang dijelaskan sebelumnya, ada beberapa proses di dalamnya sehingga dilakukan perbandingan proses, yaitu sebagai berikut:

Tabel 2.2 Perbandingan Proses Pembuatan Asam Nitrat

  1. Proses Oksidasi

  Retort 43 150-200

  68 > 450 <150

  4-6 combustion 10-12 absorbsi

  c. Dual Pressure

  8-12 60-67 420 <200

  b. Single High Pressure

  4-6 60 420 500

  a. Single Medium Pressure

  C) Kadar NO x gas buang (ppm)

  Dilihat dari perbandingan di atas maka dipilih single high pressure disebabkan :

  o

  Temperatur Operasi (

  3 )

  Kualitas (%HNO

  Tekanan (bar)

2. Proses

  3. Karena tekanan lebih besar daripada proses medium maka recovery energi lebih besar sehingga kebutuhan utilitas yang digunakan lebih sedikit. Proses

  2. Bahan baku yang digunakan lebih murah dibandingkan dengan proses retort

  1. Kapasitas pabrik yang akan didirikan hanya memungkinkan digunakannya proses ini.

  4. Produk yang dihasilkan memiliki kemurnian yang cukup baik.

  5. Tidak memerlukan kompresor gas NOx antara tahap oksidasi amonia dan absorbsi.

  6. Proses sederhana dan alat yang digunakan simple jadi biaya alat lebih murah.

II.3 Uraian Proses Terpilih

  Proses dimulai dengan penguapan amonia pada ammonia

  

vaporizer (V-111) pada 1240 kPa dan 35˚C dengan menggunakan

  sirkulasi air hangat (warm water loop). Steam dipakai untuk memanaskan lanjut uap amonia sampai temperatur 177 ˚C. Udara atmosfer yang telah melalui filter dikompresi (G-112) sampai bertekanan 1090 kPa dan bertemperatur 232 ˚C. Tahap kompresi ini dilakukan dengan bantuan kompresor sentrifugal (G-112). Udara bertekanan ini dibagi menjadi dua jalur, jalur udara pertama disebut udara primer adalah untuk keperluan oksidasi amonia pada converter (R-110). 85% dari berat awal diambil untuk keperluan ini. Jalur udara yang kedua disebut juga udara sekunder yang berguna untuk men-stripping NOx terlarut pada produk HNO

  3 di bleaching column (X-124). Udara primer

  dicampurkan dengan uap amonia di dalam mixer (M-113). Gas campuran kemudian diumpankan ke dalam convertor (R-110) yang berisi katalis platinum/rhodium berbentuk gauze (kasa).

  Amonia teroksidasi secara cepat, dan panas yang dihasilkan dari reaksi menaikkan temperatur gas reaksi menjadi 645 ˚C. Konversi amonia menjadi NO mencapai 95%, sedangkan sisa amonia bereaksi dengan O

  2 membentuk N 2 .

  Gas reaksi yang keluar convertor (R-110) diturunkan temperaturnya melalui serangkaian alat penukar panas. Pertama,

  

Cooler (E-114) menurunkan suhu gas reaksi menjadi 595 ˚C.

  Kedua, Waste Heat Boiler (E-115), dimana suhu gas reaksi turun menjadi 280 ˚C. Untuk memperkecil kehilangan dan kerugian katalis, maka setelah preheater dipasang platinum filter (H-116). Gas reaksi lebih lanjut didinginkan melalui Tail Gas Pre-Heater (E-117), dimana suhu gas reaksi turun menjadi 185 ˚C, sedangkan gas buang mengalami kenaikan temperatur dari 45 ˚C menjadi 235 ˚C. Gas reaksi lebih lanjut didinginkan pada Cooler

  

Condenser (E-118) pada suhu 185 ˚C. Pendinginan dari 185 ˚C

  menjadi 60 ˚C mengakibatkan uap air yang terkandung dalam gas reaksi mengembun dan segera bereaksi dengan NO

  2 /N

  2 O 4 yang

  ada. Hal ini mengakibatkan terbentuknya HNO

  3 berkadar 40%

  (weak acid) pada alat Condenser (E-118). Weak acid dialirkan menuju absorber (D-120), sedangkan gas reaksi yang tidak mengembun masuk ke Oxidation Unit (X-121). Pada Oxidation

  

Unit (X-121), gas reaksi bercampur dengan udara sekunder yang

  telah dipakai untuk melucuti NOx dari produk HNO

  3. Reaksi

  oksidasi NO menjadi NO

  2 meningkat pada kolom oksidasi karena ada tambahan O

  2 dari udara sekunder. Temperatur reaksinya

  mencapai 140 ˚C. Gas reaksi kemudian masuk Secondary Cooler (E-122) untuk didinginkan lebih lanjut dengan bantuan air yang bersikulasi antara unit ammonia vaporizer (V-111) dan unit cooler. Hampir seluruh NO yang ada pada mulanya teroksidasi menjadi NO

  2 dan sebagian NO 2 membentuk N

  2 O 4 selama

  perjalanan dari unit converter sampai cooler. Gas reaksi selanjutnya masuk kolom absorber (D-120) pada suhu 65 ˚C.

  Di dalam kolom absorber, asam lemak (weak acid) dari

Condenser (E-118) dimasukkan pada bagian bawah absorber.

Gas reaksi yang mengandung NO

  2 /N

  2 O 4 mengalami kontak

  dengan H

2 O secara Counter-current. Sementara itu, terjadi

  peristiwa absorpsi NO

  2 /N

  2 O 4 ke dalam air yang diikuti dengan

  pembentukan asam nitrat. Gas NO yang dihasilkan selama

  2. Semua reaksi oksidasi absorpsi, dioksidasi kembali menjadi NO

  dan absorbsi menghasilkan panas. Oleh karenanya, untuk menambah efisiensi absorpsi/reaksi diperlukan pendinginan. Pendinginan kolom absorpsi digunakan air pendingin dengan suhu 30 ˚C. Gas buang yang masih mengandung kadar NOx dalam jumlah yang sangat kecil keluar dari puncak kolom pada 45 ˚C. Gas buang kemudian dialirkan ke arah yang berlawanan dari sistem gas reaksi melalui serangkaianalat penukar panas. Produk HNO

  3 pada bagian bawah kolom absorber bercampur

  dengan NOx terlarut (disebut dengan red product acid), terutama pesies NO

  2 /N

2 O 4 yang menimbulkan warna merah pada produk.

  Red Product Acid keluar dari absorber pada suhu 45 ˚C.

  N

  2 O 4 yang terlarut dalam red product acid di-stripping

  oleh udara sekunder dalam Bleaching Colomn (X-124) yang berupa packed tower. Udara sekunder yang keluar pada kolom atas disebut sebagai udara bleaching, dialirkan ke unit oksidasi, sedangkan produk HNO

  3 bebas N

  2 O 4 terlarut, keluar pada bagian

  bawah bleaching coloumn (X-124) pada 50 ˚C. Gas buang yang keluar dari absorber dinaikkan temperaturnya dalam Tail Gas

  

Pre-Heater (E-117) sampai suhunya menjadi 235 ˚C. Gas buang

  (tail gas) pada akhirnya dibuang ke udara melalui stack pada suhu 235 ˚C.

BAB III NERACA MASSA Kapasitas produksi = 24000 ton/tahun

  = 24000000 kg/tahun = 72727,27 kg/hari

  Operasi = 330 hari/tahun ; 24 jam/hari Satuan massa = kg Basis waktu = 1 hari Bahan baku yang dibutuhkan = 239533,99kg/hari

  1. AMMONIA VAPORIZER (V-111)

  Fungsi: untuk mengubah semua liquid ammonia menjadi vapor ammonia

Tabel 3.1 Neraca massa ammonia vaporizer

  masuk keluar komponen aliran (3) aliran (4)

  Massa (kg) fraksi massa (kg) fraksi NH

  3 12655,562

  1 12655,562

  1 total 12655,562 1 12655,562

  1

  2. KOMPRESOR (G-112)

  Fungsi: untuk meningkatkan tekanan udara yang akan dijadikan umpan ke dalam converter

Tabel 3.2 Neraca massa kompresor

  masuk keluar komponen aliran (1) aliran (2)

  Massa (kg) fraksi Massa (kg) fraksi O

  

2 47644,470 0,21 47644,470 0,21

  N

  

2 179233,959 0,79 179233,959 0,79

  total 226878,429 1 226878,429

  1

3. SPLITTER

  Fungsi : membagi udara menjadi dua, yaitu ke reaktor dan ke bleaching coloumn 85 % udara menuju ke reaktor

  15 % udara menuju ke bleacher

Tabel 3.3 Neraca massa splitter

  komponen masuk keluar aliran (2) aliran (5) aliran (6) massa fraksi massa fraksi massa fraksi