Industri Belerang dan Asam Sulfat

I. PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Belerang atau sulfur adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki
lambang S dan nomor atom 16. Belerang ditemukan dalam meteorit. R.W.
Wood mengusulkan bahwa terdapat simpanan belerang pada daerah gelap
di kawah Aristarchus. Belerang terjadi secara alamiah di sekitar daerah
pegunungan dan hutan tropis. Sulfir tersebar di alam sebagai pirit, galena,
sinabar, stibnite, gipsum, garam epsom, selestit, barit dan lain-lain.
Bentuknya adalah non-metal yang tak berasa, tak berbau dan multivalent.
Belerang dalam bentuk aslinya, adalah sebuah zat padat kristalin kuning. Di
alam belerang dapat ditemukan sebagai unsur murni atau sebagai mineralmineral sulfide dan sulfate. Ia adalah unsur penting untuk kehidupan dan
ditemukan dalam dua asam amino. Penggunaan komersilnya terutama dalam
fertilizer namun juga dalam bubuk mesiu, korek api, insektisida dan
fungisida. Belerang dikenal masyarakat (khususnya para petani) adalah
sejenis bahan untuk digunakan pembasmi tikus. Dengan alat khusus,
belerang diubah untuk menjadi asap yang dimasukkan pada lubang-lubang
tikus di persawahan, sehingga tikus dibuatnya semaput. Manfaat belerang
padahal cukup banyak khususnya untuk dunia industri.
Asam sulfat adalah suatu bahan penting untuk berbagai proses produksi,
antara lain industri pupuk, bahan kimia maupun untuk analisa labotarorium.
Asam sulfat merupakan asam anorganik yang bisa diproduksi secara massal
dan dalam kapasitas besar. Pada umumnya setiap pabrik memiliki unit
pabrik pengolahan asam sulfat agar mengurangi biaya pembelian bahan
baku. Oleh karena itu, agar kita lebih memahami mengenai industri belerang
1
dan asam sulfat, maka makalah ini akan membahas mengenai industri
belerang dan asam sulfat.
1.2
Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari makalah ini adalah sebagai berikut.
1. Bagaimana sejarah perkembangan industri belerang dan asam sulfat?
2. Apa karakteristik bahan baku yang digunakan dalam industri belerang
dan asam sulfat?
3. Bagaimana proses industri belerang dan asam sulfat?
4. Bagaimanakah karakteristik produk dari industri belerang dan asam
sulfat?
5. Berapa kapasitas produk yang dihasilkan pada industri belerang dan
asam sulfat di Indonesia?
6. Apa manfaat dan bahaya produk yang dihasilkan industri belerang dan
asam sulfat?
1.3
Tujuan Penulisan
Tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk:
1. Mengetahui sejarah perkembangan industri belerang dan asam sulfat.
2. Mengetahui karakteristik bahan baku yang digunakan dalam industri
belerang dan asam sulfat.
3. Memahami proses industri belerang dan asam sulfat.
4. Mengetahui produk dalam industri dan asam sulfat
5. Mengetahui kapasitas produk yang dihasilkan pada industri belerang
dan asam sulfat.
6. Memahami manfaat dan bahaya produk yang dihasilkan dalam industri
belerang dan asam sulfat.
1.4
Manfaat Penulisan
Manfaat dari penulisan makalah ini adalah dapat:
1. Mengetahui sejarah perkembangan industri belerang dan asam sulfat.
2
2. Mengetahui karakteristik bahan baku yang digunakan dalam industri
belerang dan asam sulfat.
3. Memahami proses industri asam sulfat.
4. Mengetahui produk dalam industri belerang dan asam sulfat
5. Mengetahui kapasitas produk yang dihasilkan pada industri belerang
dan asam sulfat.
6. Memahami manfaat produk yang dihasilkan dalam industri belerang
dan asam sulfat.
3
II. PEMBAHASAN
2.1
Sejarah Perkembangan Industri Belerang dan asam sulfat
1. Belerang
Belerang mempunyai sejarah yang tidak kalah tua dari bahan kimia
manapun dan telah berkembang dari bahan kuning menjadi suatu bahan
yang sangat bermanfaat dalam peradaban modern. Dalam upacaraupacara praperadaban, bahan ini dibakar untuk mengusir roh-roh jahat
dan bahkan pada masa itu uapnya sudah digunakan untuk memutihkan
kain dan jerami. Selama bertahun-tahun, sebuah perusahaan Perancis
memonopoli perdagangan belerang dunia dengan menguasai sumber
penting yang terdapat di Sisilia. Mungkin karena harganya sangat tinggi
dan mungkin karena di Amerika banyak terdapat pirit, penggunaan
belerang unsur di Amerika Serikat sedikit sekali sebelum tahun 1914.
Walaupun belerang ditemukan di daerah Teluk Meksiko di Amerika
Serikat pada tahun 1869, bahan itu sukar ditambang karena adanya
lapisan penutup yang terdiri dari pasir hanyut.
Penambangan belerang di Texas dan Louisiana dengan proses Frasch
berkembang sejak tahun 1914, sedemikian rupa sehingga kemudian
merupakan sumber terbesar bagi pemenuhan kebutuhan dalam negeri
Amerika Serikat dan juga masuk ke pasaran dunia. Belakangan ini,
sumber utama untuk pembuatan belerang unsur adalah H2S yang
merupakan hasil sampingan dari desulfurisasi gas bumi asam (artinya
mengandung belerang) dan minyak bumi asam. Kanada, Perancis, dan
Amerika Serikat adalah negara-negara penghasil belerang pulihan yang
terbesar. Pada tahun 1980, produksi belerang dunia, dalam segala
4
bentuknya, berjumlah 54,6 x 106 t di antaranya 26,1% diproduksi
dengan cara frasch, 32,2% merupakan hasil pulihan, 5,5% belerang-unsur
lainnya, dan 36,2% didapatkan dari sumber-sumber bukan unsur seperti
pirit dan gas pabrik logam.
2. Asam Sulfat
Asam sulfat pertama kali ditemukan di Iran oleh Al-Razi pada abad ke-9.
Pembuatannya melalui pembakaran belerang dengan saltpeter, pertama
kali dijelaskan oleh Valentinus pada abad kelima belas. Pada tahun 1746,
Roebuck dari Birmingham (Inggris) memperkenalkan proses kamar
timbal. Proses yang menarik, namun sekarang sudah kuno.
Proses kontak pertama kali ditemukan pada tahun 1831 oleh Phillips,
seorang Inggris, yang patennya mencakup aspek – aspek penting dari
proses kontak yang modern, yaitu dengan melewatkan campuran sulfur
dioksida dan udara melalui katalis, kemudian diikuti oleh absorpsi sulfur
trioksida di dalam asam sulfat 98,5 % sampai 99 %.
Pada tahun 1889, diketahui bahwa proses kontak dapat ditingkatkan
dengan menggunakan oksigen secara berlebihan di dalam campuran gas
reaksi. Dalam periode 1900 sampai 1925, banyak pabrik asam kontak
yang dibangun dengan menggunakan platina sebagai katalis. Pada tahun
1930, proses kontak ini telah dapat bersaing dengan proses bilik timbal
pada segala konsentrasi asam yang dihasilkan. Sejak pertengahan tahun
1920-an, kebanyakan fasilitas yang baru dibangun dengan
menggunakan proses kontak dengan katalis vanadium. Berbagai
penyempurnaan telah dilakukan, baik terhadap peralatan maupun
terhadap katalis.
Proses kontak sekarang telah banyak mengalami penyempurnaan dan
dewasa ini telah menjadi suatu proses industri yang murah, kontinu dan
5
dikendalikan secara otomatis. Semua pabrik asam sulfat yang baru
menggunakan proses kontak.
Salah satu kelemahan proses kamar yang menyebabkan orang tidak
memakainya lagi adalah karena proses ini hanya mampu menghasilkan
asam sulfat dengan konsentrasi sampai 78% saja. Pemekatannya
merupakan suatu operasi yang mahal, sehingga pada tahun 1980, hanya
tinggal satu pabrik saja yang menggunakan proses kamar yang masih
beroperasi di Amerika Serikat.
2.2
Bahan Baku Industri Belerang dan Asam Sulfat
Belerang terdapat dalam keadaan unsur bebas ataupun dalam senyawa
sulfida Bahan baku utama pembuatan asam sulfat adalah sulfur atau
belerang, yang berwarna kuning. Belerang di alam terdapat di kulit bumi
meliputi kira-kira 0,1% dari massa kulit bumi. Belerang dalam keadaan
unsur bebas terdapat di alam (daerah gunung berapi dan dalam tanah).
Dalam bentuk senyawa, belerang terdapat pada bijih-bijih seperti pyrit
(FeS2), sfalerit (ZnS), kalkoprit (CuFeS2), galena (PbS), atau pada garamgaram sulfat seperti gips CaSO4, barium sulfat (BaSO4), maupun
magnesium sulfat (MgSO4). Sekitar 56% belerang diperoleh dengan
penambangan dari sulfur alam, 19% diperoleh dari senyawa-senyawa sulfur
seperti pyrite atau batuan sulfida/ sulfat lainnya, dan dari gas buangan
industri minyak bumi/ batu bara (H2S, SO2) 25%.
Penyebaran penambangan endapan belerang di Indonesia saat ini baru
diketahui terdapat dienam propinsi, dengan total cadangan sekitar 5,4 juta.
Untuk belerang tipe sublimasi, karena proses terjadinya didasarkan kepada
aktivitas gunung berapi, maka selama gunung berapi aktif, belerang tipe ini
dapat diproduksi. Dengan demikian sumber daya belerang sublimasi dapat
dianggap tidak terbatas. Saat ini belerang termurah dihasilkan dari China
dan India.
6
Berikut daerah yang memiliki sumber belerang, antara lain:
1. Jawa barat
: Gunung Tangkuban perahu, Danau Putri,
Galunggung, Ceremai, Telaga bodas
2. Jawa tengah
: Gunung Dieng
3. Jawa timur
: Gunung Arjuno, Gunung Welirang, kawah Ijen.
4. Sumatera utara
: Gunung Namora
5. Sulawesi utara
: Gunung Mahawu, Soputan
6. Maluku
: Pulau Damar
Dari total jumlah sulfur yang diproduksi tersebut, sekitar 70-85% digunakan
untuk pembuatan asam sulfat. Sedangkan asam sulfat banyak digunakan
untuk industri pupuk (37%), industri bahan kimia (18%), industri bahan
warna (8%), pulp dan kertas (7%), besi baja, serat sintetis, minyak bumi dan
lain-lain.
pupuk
Refining minyak bumi
Proses kontak
Sulfur alam pyrite
SO2
H2SO4
Asam fosfat
Alumunium sulfat
Proses bilik
Rayon dan serat
timbal
Pulp
Bahan warna dan lain-lain
Gambar 1. Skema bahan baku dan penggunaan asam sulfat
7
Karakteristik Bahan baku dari Industri Belerang dan Asam Sulfat
1. Karakteristik Bahan Baku Penambangan dan Pembuatan Belerang
a. Mineral Sulfida
1. Bijih Pyrit (FeS2)
Sistem kristal: isometrik seperti dadu atau kubus (striated)
Kekerasan
: 6 – 6,5 mohs
Berat jenis
: 4,95 – 5,10
Warna
: emas pucat
2. Sfalerit (ZnS)
Sistem kristal
: isomeristik
Kekerasan
: 3,5 – 4 mohs
Berat Jenis
: 4,0
Warna
: biasanya hitam tetapi bisa
berwarnacoklat, kuning, kemerahan,
hijau, dan putih atau kurang umum berwarna.
Sifat
Keberadaan
: submetalik
: Joplin, Missouri, Rosiclare, Illinois, Elmwood,
Tennessee, Amerika Serikat, Broken Hill,
Australia, Italia, Spanyol, Burma, Peru, Maroko,
Jerman, dan Inggris.
3. Kalkoprit (CuFeS2)
8
Sistem kristal
: tertragonal
Kekerasan
: 3,5 – 4 mohs
Berat Jenis
: 4,2
Warna
: kuning keemasan
Sifat
: logam
Keberadaan
: Chile, Peru, Meksiko, Eropa, dan Afrika Selatan,
dan USA.
4. Galena (PbS)
Sistem Kristal
: isometrik heksoktahedral
Kekerasan
: 2,5 – 2,75 mohs
Berat jenis
: 7,58
Warna
: abu – abu timah
Sifat
: semikonduktor
Keberadaan
: Perancis,
Romania, Austria, Belgium, Italia,
Spanyol, Scotland, Inggris, Australia,
Mexico, Gunung Hermon (Israel
sebelah utara), Amerika Serikat (lembah Mississippi, di bagian
tenggara Missouri dan di Illinois, Iowa dan Wisconsin).
b. Gas Buang Minyak Bumi/ Batu Bara
1. Hidrogen sulfat (H2S)
Berat molekul
: 34.08 g/mol
Auto ignition
: 2600 C
Titik didih
: - 60.20 C
Berat jenis
: 1.189 g/cm3
Kelarutan
: 437 ml/100 ml air pada 0 0C dan 186 ml/100 ml air
pada 40 0C
9
Sifat
: gas beracun, korosif, dan tidak berwarna
2. Belerang dioksida (SO2)
Berat molekul
: 64,08 g/mol
Titik leleh
: 280 C
Titik didih
: -100 C
Kelarutan
: sekitar 80 volume gas larut dalam satu volume air
pada 0oC
Sifat
: berbau tajam, beracun, dan tidak mudah terbakar
diudara
2. Karakteristik Bahan Baku Pembuatan Asam Sulfat
Sifat fisik dan kimia:
1.
Berat atom
: 32,07 g/mol
2.
Titik leleh
: 112,8oC (rhombik)
119,0oC (monoklin)
3.
Titik didih
: 446oC
4.
Kekerasan
: 1,5 – 2,5 skala Mohs
5.
Ketahanan
: getas/ mudah hancur
(brittle)
6.
Pecahan
: berbentuk konkoidal dan tidak rata
7.
Kilap
: damar
8.
Gores
: berwarna putih
9.
Nyala lampu : biru dan jika dibakar menghasilkan gas SO2 yang
berbau busuk
10. Warna
: kuning gelap atau kehitaman
11. Daya hantar
: penghantar panas dan listrik yang buruk
12. Kelarutan
: tidak larut dalam air (larut dalam CS2, CCl4,
minyak bumi, minyak tanah, dan anilin).
10
2.3
Proses Industri Belerang dan Asam Sulfat
1. Penambangan dan Pembuatan Belerang
a) Pengambilan belerang alam dari dalam tanah (Proses Frasch)
Sebelum proses Frasch dikembangkan, belerang unsur ditambang
dengan cara manual, yaitu belerang dalam bijih dikonsentrasi dengan
membakar sebagian belerang itu dalm tumpukan agar sebagian
belerang lainnya meleburdan zat cairnya ditarik keluar, kemudian
dicetak dalam cetakan.
Proses Frasch. Sejak akhir tahun 1890-an, Herman Frasch telah
menciptakan cara yang cerdik untuk melebur belerang di bawah tanah
atau di bawah laut, untuk kemudian dipompakan ke permukaan.
Gambar 2. Skema Penambangan Belerang
Lubang-lubang bor digali sampai ke dasar lapisan yang mengandung
belerang dengan menggunakan peralatan pemboran minyak biasa,
sampai kedalaman 150 – 750 m. Kemudian suatu sarangan yang
terdiri dari tiga pipa dengan diameter berkisar antara 3 cm sampai 20
cm dilewatkan melelui strata yang mengandung belerang dan berhenti
11
di bagian atas anhidrat yang tidak mengandungnya, seperti pada
gambar.
Sebuah pipa 10 cm dimasukkan ke dalam pipa 20 cm, sehingga
terbentuk sebuah ruang anulus di antara keduanya yang menjangkau
sampai hampir ke dasar batuan yang mengandung belerang, dan
duduk pada suatu kalung yang menutup rapat ruang anulus antara pipa
20 cm dan 10 cm tersebut. Sebuah pipa dengan diameter 3 cm
dijulurkan di tengah-tengah sampai sedikit di atas kalung. Lubanglubang dibagian atas digunakan untuk air panas keluar dan lubang
dibagian bawah untuk belerang lebur masuk.
Untuk mengoperasikan proses Frasch ini, air panas bersuhu 160oC
dilewatkan melalui ruang anulus antara pipa 20 cm dan pipa 10 cm.
Air itu akan keluar melalui perforasi (lubang-lubang) ke dalam
formasi berpori di dasar sumur. Batuan yang mengandung belerang di
sekitar sumur, yang dilalui oleh sirkulasi air panas tersebut akan
menjadi panas dan suhunya naik sampai di atas titik cair belerang,
yaitu kira-kira 115oC. Belerang cair yang lebih berat dari air akan
tenggelam dan membentuk suatu kolam di sekitar dasar sumur,
kemudian masuk melalui perforasi sebelah bawah, lalu naik ke atas
melelui ruang antara pipa 10 cm dan pipa 3 cm. belerang cair itu
didorong ke atas oleh tekanan air panas sampai kira-kira separuh
ketinggian ke permukaan. Udara bekanan air panas dipompakan
melalui pipa 3 cm untuk mengaerasi belerang cair dan menurunkan
densitasnya sehingga naik kepermukaan.
Sedangkan air ditarik keluar dari formasi itu dengan laju aliran kirakira sama dengan laju injeksinya, agar tidak terjadi peningkatan
tekanan yang dapat menyebabkan pemasukannya terhenti. Setelah
sampai dipermukaan, belerang cair itu dialirkan melalui pipa-pipa
yang dipanaskan dengan uap ke dalam pemisah (separator), dimana
12
udara dikeluarkan. Belerang itu kemudian dibiarkan memadat di
dalam tong-tong penimbunan atau tetap dalam keadan cair di dalm
tangki penimbunan yang dipanaskan dengan uap.
b) Pengambilan belerang alam dari gunung berapi (Indonesia)
Deposit sulfur di gunung berapi dapat berupa batuan, lumpur sedimen
atau lumpur sublimasi, kadarnya tidak begitu tinggi (30 – 60%) dan
jumlahnya tidak begitu banyak (600 - 1000 juta ton). Untuk
pemanfaatan sumber alam ini diperlukan peningkatan kadar sulfur
terlebih dahulu, antara lain dengan cara flotasi dan benefication
proses. Dalam flotasi dilakukan penambahan air dan frother, sehingga
sulfur akan terapung dan dapat dipisahkan. Prinsip kerja dari proses
flotasi didasarkan pada perbedaan tegangan permukaan dari mineral di
dalam air (aqua) dengan cara mengapungkan mineral ke permukaan.
Secara garis besar pemisahan dengan cara flotasi dilakukan dalam 2
tahap, yaitu tahap conditioning dan tahap pengapungan mineral
(flotasi). Tahap conditioning bertujuan untuk membuat suatu mineral
tertentu bersifat hidrofobik dan mempertahankan mineral lainnya
bersifat hidrofilik. Pada tahap conditioning ini, ke dalam pulp
dimasukkan beberapa reagen flotasi. Sedangakan tahap flotasi atau
aerasi adalah tahap pengaliran udara kedalam pulp secara mekanis
baik agitasi maupun injeksi udara.
Gambar 3. Flotasi cell
13
Dari gambar di atas terlihat bahwa pada proses flotasi mineral yang
akan dipisahkan bersama dengan reagen akan menempel pada
gelembung udara dan naik ke permukaan, sedangkan sisanya berupa
pasir halus dan air yang disebut tailing. Sedangkan dalam
benefication proses, sulfur setelah ditambahkan air dan reagenreagen dipanaskan dalam autoklaf selama ½ - ¾ jam pada tekanan 3
atm, sehingga setiap partikel kecil sulfur terkumpul, kemudian
dilakukan pencucian dengan air untuk menghilangkan tanah, lalu
dipanaskan kembali dalam autoklaf sehingga sulfur terpisah sebagai
lapisan sulfur dengan kadar 80 – 90%.
c) Pengambilan belerang dari gas buang bahan bakar
Sulfur dapat diperoleh dari gas buang pembakaran batubara atau
pengilangan minyak bumi yang tidak boleh dibuang ke udara karena
dapat menimbulkan pencemaran.
Pengolahan gas buang untuk memperoleh sulfur ini biasa dilakukan
dengan menggunakan proses Claus. Pada proses ini, gas-gas tersebut
(H2S) terlebih dahulu diadsorpsi dengan menggunakan etanolamin
untuk memisahkannya dari gas-gas lain, yang kemudian akan masuk
ke unit Claus. Terdapat dua tahapan pada proses Clause, yaitu thermal
step dan catalityc step.
Gambar 4. Skema pengambilan belerang dari gas buang
14
Pada thermal step, sebagian gas H2S akan teroksidasi dengan udara,
ini dilakukan dalam tungku reaksi pada suhu tinggi (1000 – 1400oC ).
Sehingga sulfur akan terbentuk dan akan dihasilakan pula gas SO2,
namun beberapa gas H2S tetap tidak bereaksi. Dengan reaksi sebagai
berikut:
H2S + 3O2
2SO2 + 2H2O
- 24,89 kcal
Kemudian pada catalityc step, gas H2S yang belum teroksidasi pada
thermal step direaksikan dengan SO2 pada suhu yang lebih rendah
(sekitar 200 – 350oC) selama katalis untuk memperoleh belerang.
Dengan reaksi sebagai berikut:
4H2S + 2SO2
S6 + 4H2O
- 42,24 kcal
Pada tahap kedua dibutuhkan katalis untuk membantu gas H2S
bereaksi lebih cepat dengan SO2. Tetapi pada tahap ini tidak semua
gas H2S dapat cepat bereaksi sehingga dibutuhkan dua atau tiga tahap
katalitik, seperti yang terlihat pada gambar. Setelah melalui kedua
tahap tersebut masih ada sejumlah kecil gas H2S yang masih tertinggal
dalam tail gas, dan biasanya dapat ditangani dengan proses unit tail
gas, sehingga secara keseluruhan akan didapatkan sekitar 99,8%
sulfur.
Berikut gambar unit pemulihan belerang proses Claus dalam industri
pada pabrik Okotoks.
15
Gambar 5. Proses Clause dalam industri pada pabrik okotoks
d) Pengambilan belerang dari batuan sulfide
Sulfur dapat pula diambil dari batuan sulfida atau sulfat, seperti pyrite
FeS2, colcopyrite CuFeS2, covelite CuS, galena PbS, Zn blende ZnS,
gips CaSO4, anglesite PbSO4, dan lain-lain. Proses yang dapat
digunakan untuk pemulihan belerang unsur dari pyrite adalah proses
peleburan-kilat Outokumpu, proses Orkla, dan proses Noranda, tetapi
dewasa ini hanya proses Outokumpu yang masih beroperasi secara
komersial. Pada proses ini akan dihasilkan gas yang mengandung
sulfur dioksida (SO2) cukup tinggi untuk pembuatan asam sulfat.
Contoh reaksi utama pengolahan pyrite:
FeS2
2FeS + 3 ½ O2
S2(g) + FeS
Fe2O3 + 2SO2
+25,98 kcal
-295,02 kcal
16
2.
Asam Sulfat
a. Proses kontak
Salah satu cara pembuatan asam sulfat melalui proses industri
dengan produk yang cukup besar adalah dengan proses kontak.
Prinsip proses kontak adalah reaksi oksidasi gas SO2 dengan oksigen
dari udara dengan memakai katalis padat dilanjutkan dengan
absorpsi gas SO3 yang dihasilkan untuk membentuk asam sulfat.
Reaksi Utama :
S(s) + O2(g)
SO2(g)
SO2(g) + ½ O2(g)
-70,9 kcal
SO3(g)
-23,0 kcal
Pt merupakan katalis yang mula-mula dipakai karena katalis ini aktif
pada suhu di atas 4000C. Reaksinya merupakan reaksi keseimbangan
dan ekoterm sehingga digunakan sejumlah konverter adiakat yang
dipasang secara seri dan dipasang pendingin di antara masingmasing konverter untuk mendapatkan konversi sampai 95%.
Konversi reaksi harus tinggi karena SO2 yang tak bereaksi
menimbulkan polusi udara.
 Proses Kontak dengan Absorpsi Tunggal
Bila menggunakan bahan baku seperti bijih sulfida, asam bekas
pakai atau lumpur asam, diperlukan pemurnian gas yang cukup
ekstensif. Kalor yang dilepas pada waktu reaksi katalitik
dimanfaatkan untuk memanaskan gas SO2 di dalam penukar
kalor sebelum masuk konversi katalitik. Kalor yang keluar
dalam pemanggangan bijih atau dalam pembakaran asam bekas
biasanya dipulihkan dalam bentuk uap bertekanan rendah.
Bahan yang digunakan pada proses ini adalah belerang dan
melalui proses berikut.
17
a. Belerang dibakar di udara, sehingga bereaksi dengan oksigen
dan menghasilkan gas belerang dioksida.
b. Belerang dioksida direaksikan dengan oksigen dan dihasilkan
belerang trioksida.
Reaksi ini berlangsung lambat, maka dipercepat dengan
katalis vanadium pentaoksida (V2O5) pada suhu ± 450 °C.
c. SO3 yang dihasilkan, kemudian dipisahkan, dan direaksikan
dengan air untuk menghasilkan asam sulfat.
d. Reaksi tersebut berlangsung hebat sekali dan menghasilkan
asam sulfat yang sangat korosif. Untuk mengatasi hal ini, gas
SO3 dialirkan melalui menara yang di dalamnya terdapat
aliran H2SO4 pekat, sehingga terbentuk asam pirosulfat
(H2S2O7) atau disebut “oleum”. Asam pirosulfat direaksikan
dengan air sehingga menghasilkan asam sulfat dengan kadar
98%.
Berikut ini adalah diagram alir pabrik asam sulfat kontak
yang menggunakan pembakaran belerang dan absorpsi
tunggal.
18
Gambar 6. Diagram alir proses kontak absorpsi tunggal

Proses Kontak dengan Absorpsi Ganda
Proses kontak kemudian mengalami modifikasi secara
berangsur-angsur dan menggunakan absorpsi ganda (juga
disebut katalis ganda), sehingga hasilnya lebih tinggi dan emisi
SO2 yang belum terkonversi dari cerobong asap berkurang.
Dalam konfigurasi aliran ini, gas yang keluar dari menara
absorpsi pertama dipanaskan lagi melalui pertukaran kalor
dengan gas konverter bawah dan masuk kembali dalam tahap
akhir konverter itu. Oleh karena itu, kadar sulfur trioksidanya
rendah, reaksinya:
SO2(g) + ½ O2(g)
SO3(g)
Reaksi dapat berlangsung lebih jauh pada arah yang dihendaki
dan pemulihan dapat lebih tinggi dan mencapai 99,7%.
Berikut ini adalah diagram alir pabrik asam sulfat kontak yang
menggunakan pembakaran belerang dan absorpsi tunggal.
19
Gambar 7. Diagram alir asam sulfat dengan menggunakan
absorpsi ganda
b. Proses Bilik Timbal
Proses bilik timbal yang dikembangkan pada pertengahan kedua
abad ke-18, membakar sulfur dalam bejana tanah liat. Sejumlah kecil
SO3 yang dihasilkan (bersamaan dengan SO2 yang menjadi produk
utamanya) diembunkan dan dimasukan ke dalam air untuk membuat
asam sulfat. Suatu penemuan yang tak sengaja mengungkapkan
bahwa penambahan natrium nitrat dan kalium nitrat meningkatkan
rendemen SO3. Garam-garam ini terurai untuk menghasilkan
nitrogen dioksida yang bereaksi dengan SO2 dan menghasilkan SO3 :
SO2(g) + NO2(g)
SO3(g) + NO(g)
Pada tahun 1736, Joshua Ward mengambil langkah penting
berikutnya dengan mengganti bejana tanah liat tempat sulfur dibakar
dengan botol kaca besar yang disusun berseri, untuk mempercepat
proses.
Pengembangan bilik-timbal (lead chamber) berukuran kamar, yang
digunakan pertama kali oleh John Roebuck pada tahun 1746, secara
20
dramatis memperluas manufaktur asam sulfat. Produk dari bejana
tanah liat yang kuno itu hanya beberapa gram, dan botol kaca Ward
dapat menghasilkan beberapa kilogram. Sebaliknya, bilik-timbal
dapat memproduk asam sulfat dalam jumlah ratusan pound hingga
berton-ton, menurunkan harga produk karena skalanya yang besar
serta menurunkan biaya tenaga kerja. Dalam proses bilik-timbal,
campuran sulfur dan kalium nitrat diletakan dalam cedok (ladle) dan
dibakar di dalam bilik besar yang dilapisi timbal, lantainya digenangi
dengan air. Gas mengembun pada dinding dan diabsorpsi oleh air.
Sesudah proses ini diulang beberapa kali, asam sulfat encer diambil
dan dididihkan untuk memekatkannya lebih lanjut. Pengembangan
terakhir meliputi penghembusan uap air untuk mempercepat reaksi
dengan air dan menyebarkan gas serta memisahkan bilik pembakar
dari bilik absorpsi.
Joseph Gay Lussac mengambil langkah maju yang nyata pada tahun
1835 ketika ia membangun menara untuk mengambil kembali NO
yang sebelumnya telah dihembuskan keluar dan dan
mengkonversinya kembali menjadi NO2 melalui reaksi dengan
oksigen. Tepatnya, dalam menara Gay Lussac, NO dikonversikan
menjadi asam Nitrit (HNO2) yang dilarutkan dalam asam sulfat
berair;
2NO(g)
+ ½ O2(g)
+
H2O(l)
2HNO2(aq)
Asam nitrit kemudian direaksikan dalam menara kedua yang diberi
nama sesuai dengan pengembangannya, John Glover untuk
mengoksidasi sulfur dioksida :
2HNO2(aq) + SO2(g)
H2SO4(g) + 2NO(g)
Reaksi keseluruhan langkah-langkah ini ternyata :
SO2(g)
+ ½ O2(g) + H2O(l)
H2SO4(aq)
21
Pendaur ulangan oksida nitrogen sangat mengurangi konsumsi
natrium nitrat atau kalium nitrat, yang hanya sekarang diperlukan
untuk menggantikan dalam kehilangan dalam proses. Disamping itu,
menara Glover memproduksi asam sulfat yang lebih pekat 75 sampai
85 persen H2SO4 berdasar massa dibandingkan 60 sampai 70 persen
yang diperoleh dengan metode terdahulu. Berikut adalah proses
mendapatkan asam sulfat dengan cara bilik timbal.
Gambar 8. Proses Bilik Timbal
c.
Proses Pemekatan Asam Sulfat
Asam encer dapat dipekatkan menjadi asam dengan konsentrasi yang
agak lebih tinggi dengan mencelupkan gelungan uap pemanas yang
terbuat dari timbal, di dalam tangki timbal atau tangki yang berlapis
timbal dan bata.
Berdasarkan gambar konsentrator dengan tiupan uap seperti gambar
dibawah ini. Gas panas pada suhu sekitar 680oC diperoleh dari
pembakaran minyak atau gas bahan bakar. Gas pembakaran yang
panas ini ditiupkan dari arah yang berlawanan terhadap asam sulfat
itu di dalam kompartemen pada drum pemekat dan air keluar
bersama gelembung-gelembung gas dari asam. Gas keluar paada
suhu 230oC sampai 250oC dari kompartemen pertama drum itu,
22
masuk ke dalam kompartemen kedua, bersama dengan sebagaian gas
panas dari tanur pembakaran. Kemudian gas yang dihasilkan ini
akan keluar pada suhu 170oC sampai 180oC, dan masuk ke dalam
drum pendingin gas, dimana gas tersebut didinginkan lagi menjadi
100oC sampai 125oC sambil menaikkans uhu asam encer ke titik
didihnya. Oleh karena sebagian asam sulfat itu terbawa ikut sebagai
kabut, gas panas dilewatkan melalui pembasuh venture dan separator
siklon, kemudian dicuci dengan asam umpan dan air untuk
menyingkirkan kabut asam, sebelum dibuang ke udara. Cara ini
dapat menurunkan kabut asam sampai sekitar 35 mg/m3 dengan
biaya investor yang lebih rendah dari pada bila menggunakan
prisipitator-kabut elektrostatik. Prosedur ini akan menghasilkan asam
dengan konsentrasi akhir 93%.
Gambar 9. Proses Pemekatan asam sulfat
23
2.4
Produk dalam Industri Asam Sulfat
Produk asam sulfat yang dihasilkan oleh PT. Dunia Kimia Utama memiliki
konsentrasi 98,5%. Sifat fisik asam sulfat yang dihasilkan yaitu:
No.
Parameter
Sifat Fisik Produk
1.
Bentuk
Cairan
2.
Warna
Jernih
3.
Bau
Menyengat
4.
Titik Didih
340oC
5.
Titik Leleh
10,49oC
Sedangkan sifat kimia asam sulfat yang dihasilkan yaitu:
No.
Parameter
Sifat Kimia Produk
1.
Rumus Molekul
H2SO4
2.
BM
98,08 gr/mol
3.
Densitas
1,84 g/cm3
4.
Spgr
1,834
5.
Kelarutan
6.
Viskositas
Larut dalam air dengan semua
perbandingan
26,7 cP (20 °C)
Perbandingan produksi dengan menggunakan proses kontak dengan proses
bilik timbal.
No
Karakteristik
Proses Kontak
Proses Bilik Timbal
1
Tekanan
1 atm
-
2
Suhu
450-5000C
400-6000C
24
3
4
Konversi
Harga
Mencapai 99,5% (dari
Konversi mencapai
SO2 menjadi SO3)
78%
Rendah, karena dalam
Tinggi, karena dengan
satu kali proses
kondisi yang hampir
meningkatkan
sama hanya bisa
konsentrasi asam.
menghasilkan konversi
yang rendah.
5
2.5
Katalis
V2O5
NO2
Kapasitas Produk yang dihasilkan pada Industri Belerang dan Asam
Sulfat
1. Kapasitas Produksi Asam Sulfat di Dunia
1970
1980
1990
Dunia
250,9
430,9
614,5
Amerika Serikat
92,7
152,7
189,1
Eropa
99,1
170,9
200,0
Jepang
20,9
27,3
36,4
Kanada
10,0
15,5
22,7
Meksiko
6,8
8,9
5,6
Afrika Utara
4,0
18,6
53+
Brazil
2,3
7,1
16+
Sumber : Monsanto Enviro-Chem
2. Kapasitas Produksi Asam Sulfat di Indonesia
Sekarang ini ada 7 pabrik asam sulfat, diantaranya ada yang
merupakan unit terpadu dengan pabrik-pabrik pupuk yang sudah ada,
rayon, dan detergen. Dengan adanya pabrik-pabrik baru, maka
kapasitas sebesar 253.000 ton/tahun pada tahun1983 akan meningkat
25
menjadi 841.000 ton/tahun pada tahun 1988. Jumlah kebutuhan pada
tahun 1983/1984 238.000 ton dan pada tahun 1988 diperlukan 800.000
ton. Pemakai dan penghasil terbesar adalah PT. Petrokimia Gresik
yaitu 170.000 ton/tahun untuk unit pupuk ZA((NH4)2SO4)) dan akan
dipoles menjadi 698.000 ton/tahun dengan mulai beroperasinya unit
asam phosport.
2.6
Manfaat Dan Bahaya Produk yang dihasilkan dalam Industri Belerang
dan Asam Sulfat
Manfaat produk yang dihasilkan, yaitu :
1.
Belerang
Khasiat belerang bagi tubuh manusia, antara lain:

Mengobati dari luka bekas gigitan binatang berbisa

Obat gatal-gatal pada kulit

Menghilangkan panu/kurap yang menghiasi kulit.
Selain berkhasiat bagi tubuh manusia, lebih dari 90% belerang yang
digunakan dikonversi menjadi asam sulfat, tetapi penggunaan di
industri pun banyak. Di antaranya adalah pembuatan pulp kertas,
karbon disulfida, insektisida, fungisida, bahan pemutih, karet
vulkanisasi, detergen, produk farmasi dan zat warna.
2.
Asam Sulfat
Kegunaan asam sulfat adalah untuk pembuatan aluminium sulfat.
Alumunium sulfat dapat bereaksi dengan sejumlah kecil sabun pada
serat pulp kertas untuk menghasilkan aluminium karboksilat yang
membantu mengentalkan serat pulp menjadi permukaan kertas yang
keras. Aluminium sulfat juga digunakan untuk membuat aluminium
hidroksida.
26
Asam sulfat juga memiliki berbagai kegunaan di industri kimia. Sebagai
contoh, asam sulfat merupakan katalis asam yang umumnya digunakan
untuk mengubah sikloheksanonoksim menjadi kaprolaktam, yang
digunakan untuk membuat nilon. Ia juga digunakan untuk membuat
asam klorida dari garam melalui proses Mannheim. Banyak H2SO4
digunakan dalam pengilangan minyak bumi, contohnya sebagai katalis
untuk reaksi isobutana dengan isobutilena yang menghasilkan
isooktana.
Bahaya dari produk yang dihasilkan, yaitu :
1. Belerang
Efek dari gas belerang terhadap manusia sangatlah bervariasi.
Dimana dengan konsentrasi rendah pada 1 ppm yang telah dihirup
manusia akan mengalami pengurangan fungsi paru-paru. Bila
kedapatan selama 20 menit mencapai konsentrasi 8 ppm akan
memerahkan tenggorokan, gangguan pada hidung, dan iritasi pada
tenggorokan. Sekitar 20 ppm merupakan titik kritis dari iritasi
konsentrasi SO2.
Pada beberapa kasus dimana terdapat konsentrasi SO2 yang sangat
tinggi pada ruangan tertutup, dapat mengakibatkan gangguan saluran
udara, hypoxemia (kekurangan oksigen pada darah), dan kematian
dalam hitungan menit.
2. Asam Sulfat
Asam sulfat dianggap tidak beracun selain bahaya korosifnya.
Resiko utama asam sulfat adalah kontak dengan kulit yang
menyebabkan luka bakar dan penghirupan aerosol asap. Paparan
dengan aerosol asam pada konsentrasi tinggi akan menyebabkan
iritasi mata, saluran pernafasan, dan membran mukosa yang parah.
Iritasi akan mereda dengan cepat setelah paparan, walaupun terdapat
risiko edema paru apabila kerusakan jaringan lebih parah. Pada
27
konsentrasi rendah, simtom-simtom akibat paparan kronis aerosol
asam sulfat yang paling umumnya dilaporkan adalah pengikisan gigi.
28
III. PENUTUP
3.1
Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang diperoleh mengenai Industri Belerang dan asam
sulfat antara lain sebagai berikut.
1.
Belerang merupakan salah satu bahan dasar yang paling penting dalam
industri pengolahan kimia.
2.
Bahan baku yang digunakan dalam industri asam sulfat adalah belerang.
3.
Proses industri asam sulfat terdiri dari proses kontak (absorpsi tunggal
dan ganda) dan proses bilik timbal.
4.
PT. Dunia Kimia Utama yang terletak di Palembang menggunakan
proses kontak.
5.
Proses kontak dan bilik timbal memakai bahan dasar SO2 dari
pembakaran belerang.
6.
Asam sulfat dianggap tidak beracun selain bahaya korosifnya. Resiko
utama asam sulfat adalah kontak dengan kulit yang menyebabkan luka
bakar dan penghirupan aerosol asap.
7.
Kegunaan asam sulfat adalah untuk pembuatan aluminium sulfat.
29
DAFTAR PUSTAKA
Austin, George T. 1996. Industri Proses Kimia Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta :
Erlangga.
Diawati, Chansyanah. 2010. Diktat Kimia Industri. Bandar Lampung : Universitas
Lampung.
Oxtoby, David W. 2003. Kimia Modern Edisi Keempat Jilid 2. Jakarta : Erlangga.
30