BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Potassium Ammonium Polyphosphate dari Ammonium Phosphate dan Potassium Phosphate dengan Kapasitas Produksi 300.000 Ton/ Tahun

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pupuk

  Pupuk adalah bahan yang ditambahkan ke dalam tanah untuk memasok satu atau lebih elemen yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman dan produktivitas. Ada tiga unsur utama dalam pupuk, yaitu unsur nitrogen, kalium dan fosfor. Selain itu elemen sekunder dalam pupuk adalah kalsium, belerang, magnesium, dan unsur- unsur lain adalah boron, mangan, besi, seng, tembaga dan molibdenum. Mineral-mineral dalam pupuk yang diperlukan oleh tanaman yaitu:

  Nitrogen (N) :

• Pembentukan atau pertumbuhan daun, batang dan akar
• Mempengaruhi warna daun menjadi hijau gelap
• Membentuk protein, lemak dan berbagai persenyawaan organik
• Meningkatkan mutu tanaman penghasil daun-daunan
• Meningkatkan perkembangbiakan mikroorganisme di dalam tanah Phospor (P) :
• Merangsang pertumbuhan akar dan tanaman muda
• Mempercepat pembungaan dan pemasakan buah, biji, atau gabah
• Penyusun lemak dan protein
• Membantu asimilasi dan pernafasan Kalium (K) :
• Membantu pembentukan protein dan karbohidrat
• Mengeraskan jerami dan bagian kayu dari tanaman
• Meningkatkan resistensi terhadap penyakit dan kualitas buah-buahan Kalsium (Ca) :
• Membantu pertumbuhan meristem
• Menjamin pertumbuhan dan berfungsinya ujung-ujung akar yang wajar
• Mempengaruhi pertumbuhan ujung dan bulu-bulu akar
• Merangsang pembentukan bulu-bulu akar
• Berperan dalam pembuatan protein atau bagian yang aktif dari tanaman
• Memperkeras batang tanaman dan sekaligus merangsang pembentukan biji

• Menetralisir asam-asam organik yang dihasilkan pada saat metabolisme
• Kalsium yang terdapat dalam batang dan daun dapat menetralisirkan senyawa atau suasana keasaman tanah

  Magnesium (Mg) :

• Menyusun klorofil
• Merupakan salah satu bagian enzim yang disebut organic pyrophosphate dan

  carboxy peptisida

• Berperan dalam pembentukan buah Belerang (S) :
• Berperan dalam pembentukan bintil-bintil akar
• Merupakan unsur yang penting dalam beberapa jenis protein dalam bentuk

  cystein , methionin serta thiamine

• Membantu pertumbuhan anakan produktif
• Merupakan bagian penting pada tanaman-tanaman penghasil minyak, sayuran seperti cabai, kubis dan lain-lain
• Membantu pembentukan butir hijau daun Besi (Fe) :
• Zat besi penting bagi pembentukan hijau daun (klorofil)
• Berperan penting dalam pembentukan karbohidrat, lemak dan protein
• Zat besi terdapat dalam enzim catalase, peroksidase, prinodic hidroginase dan

  cytohrom oxidase

  Mangan (Mn)

• Diperlukan oleh tanaman untuk pembentukan protein dan vitamin terutama vitamin C • Berperan penting dalam mempertahankan kondisi hijau daun pada daun yang tua
• Berperan sebagai enzim feroksidase dan sebagai aktivator bermacam-macam enzim
• Berperan sebagai komponen penting untuk lancarnya proses asimilasi Tembaga (Cu) :
• Diperlukan dalam pembentukan enzim seperti: ascorbic acid oxydase, lacosa,

  butirid coenzim A. dehidrosenam

• Berperan penting dalam pembentukan hijau daun (klorofil)

Seng (Zn) :

• Dalam jumlah yang sangat sedikit dapat berperan dalam mendorong perkembangan pertumbuhan
• Berfungsi dalam pembentukan hormon tumbuh (auxin) dan penting bagi keseimbangan fisiologis
• Berperan dalam pertumbuhan vegetatif dan pertumbuhan biji/ buah Molibdenum (Mo) :
• Berperan dalam mengikat (fiksasi) N oleh mikroba pada leguminosa
• Sebagai katalisator dalam mereduksi N • Berguna bagi tanaman jeruk dan sayuran

  Boron (Bo) :

• Bertugas sebagai transportasi karbohidrat dalam tubuh tanaman
• Meningkatkan mutu tanaman sayuran dan buah-buahan
• Berperan dalam pembentukan/ pembiakan sel terutama dalam titik tumbuh pucuk, juga dalam pembentukan tepung sari, bunga dan akar
• Boron berhubungan erat dengan metabolisme Kalium (K) dan Kalsium (Ca)
• Unsur hara boron dapat memperbanyak cabang-cabang nodul untuk memberikan banyak bakteri dan mencegah bakteri parasit

  Khlor (Cl) :

• Memperbaiki dan meninggikan hasil kering dari tanaman seperti: tembakau, kapas, kentang dan tanaman sayuran
• Banyak ditemukan dalam air sel semua bagian tanaman
• Banyak terdapat pada tanaman yang mengandung serat seperti kapas, sisal (Sarief, 2010)

  Pupuk terdapat dalam berbagai klasifikasi (penggolongan), yaitu:

  a. Berdasarkan terjadinya, pupuk dibagi atas:

• Pupuk Buatan - Pupuk Tunggal - Pupuk Majemuk • Pupuk Alam

  b. Berdasarkan zat-zat makanan yang dikandungnya, pupuk dibagi atas:

• Pupuk-pupuk yang mengandung zat N
• Pupuk-pupuk yang mengandung zat P • Pupuk-pupuk yang mengandung zat K • Pupuk-pupuk yang mengandung zat kapur dan magnesium
• Pupuk gabungan

  c. Berdasarkan susunan kimiawi dan perubahan-perubahannya di dalam tanah, pupuk dibagi atas :

• Pupuk Anorganis • Pupuk Organis (Sarief, 2010)

2.2 Ammonium Phosphate (NH

  4 H

  2 PO 4 ) Ammonium phosphate merupakan senyawa berbentuk kristal padat berwarna

  putih dan dapat larut dalam air dengan mudah, pH larutan 1 % adalah 4,5, memiliki formulasi sebagai berikut:

Gambar 2.1 Formulasi Ammonium Phosphate

  (Sciencelab, 2012a)

  Ammonium phosphate adalah garam dari amonia dan asam fosfat, terdiri dari

  kation amonium dan anion fosfat. Ammonium phosphate dapat digunakan sebagai agen pencegah api untuk kain, kayu dan kertas, serta pelapis pencegah api, dan bubuk kering untuk pemadam kebakaran. Untuk makanan, ammonium phosphate terutama digunakan sebagai agen fermentasi, penambah nutrisi, dan sebagainya.

  

Ammonium phosphate juga dapat digunakan sebagai bahan pembuatan pupuk

  majemuk N P non-klorida di bidang pertanian. Ammonium phosphate mengandung 73 % unsur pupuk (N + P O ) dan dapat digunakan sebagai bahan baku dasar untuk

  2

  5 pupuk majemuk N, P dan K 2012).

2.3 Potassium Phosphate (KH

2 PO 4 )

  Potassium phosphate adalah garam larut yang digunakan sebagai pupuk,

  aditif makanan, sumber fosfor, agen buffering, kalium dan fungisida. Ketika digunakan dalam campuran pupuk fosfat dengan urea dan amonium, senyawa ini dapat meminimalkan keluarnya amonia dengan menjaga pH pada tingkat yang relatif rendah.

  Potassium phosphate berisi 52 % P

  2 O 5 dan K

  2 O 34 %. Senyawa ini sering

  digunakan sebagai sumber nutrisi dan sebagai aditif dalam rokok. Potassium memiliki formulasi sebagai berikut:

  phosphate

Gambar 2.2 Formulasi Potassium Phosphate

  (Sciencelab, 2012b)

  2.4 Potassium Ammonium Polyphosphate ([KNH 4 (PO 3 ) 2 ] 8 ) Potassium ammonium polyphosphate merupakan senyawa berantai panjang

  dengan rumus molekul [KNH

  4 (PO 3 ) 2 ] 8 dengan sifat fisik yang baik, mengandung

  lebih dari 90 % nutrisi tanaman (N+P

  2 O 5 +K

  2 O). Karena kelarutannya di dalam air

  yang rendah, senyawa ini melepaskan nutrisi ke tanaman dengan laju rendah (Sheridan et al, 1981).

  2.5 Proses Pembuatan Potassium Ammonium Polyphosphate

  Ada beberapa proses pembuatan potassium ammonium polyphosphate antara lain :

  1. Pembuatan potassium ammonium polyphosphate dari potassium phosphate dan ammonium phosphate

  2. Pembuatan potassium ammonium polyphosphate dari potassium phosphate dan diammonium phosphate

  3. Pembuatan potassium ammonium polyphosphate dari potassium chlorida dan

  ammonium phosphate 4.

  Pembuatan potassium ammonium polyphosphate dari potassium carbonate dan ammonium phosphate

  5. Pembuatan potassium ammonium polyphosphate dari potassium

  metaphosphate dan ammonium phosphate

  

1. Pembuatan Potassium Ammonium Polyphosphate dari Potassium Phosphate

dan Ammonium Phosphate Potassium ammonium polyphosphate dapat dihasilkan dari reaksi antara

potassium phosphate dan ammonium phosphate. Potassium phosphate direaksikan

o dengan ammonium phosphate pada suhu 210 C dan tekanan atmosfir selama 2 jam.

  nKH

  2 PO 4 + nNH

4 H

  2 PO

4 [KNH

4 (PO 3 ) 2 ] n + 2nH

  2 O

  Produk mengandung 6,3 % nitrogen, 63 % P

  2 O 5 dan 21,8 % K 2 O.

  

2. Pembuatan Potassium Ammonium Polyphosphate dari Potassium Phosphate

dan Diammonium Phosphate Potassium ammonium polyphosphate dapat dihasilkan dari reaksi antara potassium phosphate dan diammonium phosphate.

  nKH PO + n(NH ) HPO [KNH (PO ) ] + 2nH O + nNH

  2

  4

  4

  2

  4

  4

  3 2 n

  2

  3

3. Pembuatan Potassium Ammonium Polyphosphate dari Potassium Chlorida dan

  Ammonium Phosphate

  dapat dihasilkan dari reaksi antara

  Potassium ammonium polyphosphate

potassium chloride dan ammonium phosphate. Potassium chloride direaksikan

o dengan ammonium phosphate pada suhu 295 C dan tekanan atmosfir selama 16 jam.

  nKCl + 2nNH

4 H

  2 PO 4 [KNH 4 (PO 3 ) 2 ] n + nNH

  4 Cl + 2nH

  2 O

  

4. Pembuatan Potassium Ammonium Polyphosphate dari Potassium Carbonate

dan Ammonium Phosphate Potassium ammonium polyphosphate dapat dihasilkan dari reaksi antara

potassium carbonate dan ammonium phosphate. Potassium carbonate direaksikan

o dengan ammonium phosphate pada suhu 290 C dan tekanan atmosfir selama 15 jam. n n

  K

  2 CO 3 + nNH +

4 H

  2 PO 4 [KNH 4 (PO 3 ) 2 ] n CO 2 + nH

  2 O

  2

  2

5. Pembuatan Potassium Ammonium Polyphosphate dari Potassium

  Metaphosphate dan Ammonium Phosphate Potassium ammonium polyphosphate dapat dihasilkan dari reaksi antara

potassium metaphosphate dan ammonium phosphate. Potassium metaphosphate

o

  direaksikan dengan ammonium phosphate pada suhu 270 C dan tekanan atmosfir selama 16 jam.

  (KPO

4 H

2.6 Sifat-Sifat Bahan Baku dan Produk

2.6.1 Sifat-Sifat Bahan Baku

2 PO 4 ) 1.

  C : 0,99708 g/cm

  Titik beku : 0

  o

  C 2. Densitas es 0

  o

  C : 0,92 g/cm

  3 3.

  Densitas air 25

  o

  

o

  3 4.

  Titik didih (1 atm) : 100

  C (Perry, 2008)

  C 5. Temperatur kritis

  : 347

  

o

  C 6. Tekanan kritis

  : 217 atm 7. Viskositas (25

  o

  C) : 0,8973 cP (Perry, 2008 ; Windholz, 1983)

  C. Air (H

  

o

  3 ) n + nNH

  3 5.

  2 PO 4 [KNH 4 (PO 3 ) 2 ] n + nH

  2 O

  (Sheridan et al, 1975) Dari kelima reaksi di atas, dipilih proses yang pertama dikarenakan atas pertimbangan tidak adanya produk samping, kondisi operasi, harga dan ketersediaan bahan baku.

  A. Ammonium Phosphate (NH

  4 H

  2 PO

  4

  ) 1. Berat molekul

  : 115,05 g/mol 2. Berbentuk tetragonal tidak bewarna 3. Indeks refraksi

  : 1,5246 4. Densitas

  : 1,803 g/cm

  Titik didih : 158

  : 400

  

o

  C (Perry, 2008)

  B. Potassium Phosphate (KH

  Berat molekul : 136,07 g/mol 2.

  Berbentuk padatan tidak bewarna 3. Indeks refraksi

  : 1,5095 4. Densitas

  : 2,338 g/cm

  3 5.

  Titik leleh : 256

  

o

  C 6. Titik didih

2 O) 1.

2.6.2 Sifat-Sifat Produk

  A. Potassium Ammonium Polyphosphate ([KNH (PO ) ] )

  4

  3

  2

  8

  1. Berat molekul : 10754,235 g/mol

  o

  2. Titik didih : 1500 C

  o

  3. Kelarutan dalam air (25

  C) : < 0,4 g/110 g

  o

  3

  4. Densitas (25

  C) : 1,9 g/cm 5. pH : 10,5

• – 10,8

  o

  6. Titik leleh : 1090 C

2.7 Deskripsi Proses

  Potassium Ammonium Polyphosphate diperoleh dari reaksi antara ammonium phosphate dengan potassium phosphate.

  Dengan reaksi: 8 KH

  2 PO 4 + 8 NH

4 H

  2 PO 4 [KNH 4 (PO 3 ) 2 ] 8 + 16 H

  2 O

  yang berasal dari gudang penyimpanan (G-101)

  Ammonium phosphate

  dicampurkan dengan air dan dilarutkan pada tangki pencampur (M-101). Potassium

  

phosphate yang berasal dari gudang penyimpanan (G-102) juga dicampurkan dengan

  air dan dilarutkan pada tangki pencampur (M-102). Kemudian larutan ammonium

  

phosphate dipanaskan menggunakan heater (E-101) sehingga suhunya menjadi 80

o

  C. Larutan potassium phosphate juga dipanaskan menggunakan heater (E-102)

  o

  sehingga suhunya menjadi 80

  C. Selanjutnya larutan ammonium phosphate dan

  o

potassium phosphate direaksikan di dalam reaktor (R-101) pada suhu 210 C selama

2 jam (Sheridan et al, 1975) untuk membentuk potassium ammonium polyphosphate.

  

Ammonium phosphate dibuat berlebih agar konversi reaksi 100 %. Keluaran reaktor

berupa potassium phosphate, potassium ammonium polyphosphate dan air.

  Selanjutnya hasil reaksi dialirkan ke dalam evaporator (FE-101) untuk menguapkan

  o

  air pada suhu 100 C dimana efisiensi evaporator 90 % sehingga masih ada kandungan air di dalam potassium ammonium polyphosphate. Air yang diuapkan akan dibuang sedangkan larutan pekat potassium ammonium polyphosphate (produk) dipompakan ke dalam spray dryer (D-101) untuk menguapkan sisa air yang terkandung di dalam produk. Kemudian produk yang dihasilkan berupa bubuk

  o

  diangkut menggunakan belt conveyor (C-103) dan didinginkan hingga suhu 25 C untuk dikemas. Pengemasan produk dilakukan menggunakan karung berukuran 30 kg dan disimpan di dalam gudang penyimpanan produk (G-103).