Kesetimbangan Homogen & Heterogen dalam Industri Kimia

PROSES INDUSTRI KIMIA KESETIMBANGAN HOMOGEN
DAN KESETIMBANGAN HETEROGEN
Disusun Oleh:
Kelompok II (A4)
Roja Andesta
NIM. 190140115
Yufri
NIM. 190140121
Dina Septia
NIM. 190140130
Rina Zahara
NIM. 190140134
Muliani Rahmah
NIM. 190140138
Hadyan
NIM. 190140136
Rifai Abdullah
NIM. 190140143
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MALIKUSSALEH
LHOKSEUMAWE
2021
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala
limpahan Rahmat, Inayah, Taufik dan Hinayahnya sehingga kami dapat
menyelesaikan penyusunan makalah ini dalam bentuk maupun isinya yang
sangat sederhana. Semoga makalah ini dapat dipergunakan sebagai salah
satu acuan, petunjuk maupun pedoman bagi pembaca semuanya. Harapan
kami semoga makalah ini membantu menambah pengetahuan dan
pengalaman bagi para pembaca.
Makalah
ini
kami
akui
masih
banyak
kekurangan
karena
pengalaman yang kami miliki sangat kurang. Akhirnya kami berharap
semoga makalah ini bermanfaat bagi kita pada umumnya dan bagi kami
khususnya.
Lhokseumawe, 13 Maret 2021
Penyusun
Kelompok II
i
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR .................................................................................. i
DAFTAR ISI ............................................................................................... ii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 2
1.1
Latar Belakang .......................................................................... 2
1.2
Rumusan Masalah..................................................................... 3
1.3
Tujuan dan Manfaat................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................... 4
2.1
Kesetimbangan Kimia................................................................ 4
2.2
Kesetimbangan Homogen dan Kesetimbangan Heterogen ....... 5
2.3
Kesetimbangan Homogen ......................................................... 5
2.4
Kesetimbangan Heterogen ........................................................ 7
2.5
Faktor Pergeseran Reaksi Kesetimbangan ............................... 8
2.6
Pengaruh Konsentrasi ............................................................... 8
2.7
Pengaruh Tekanan dan Volume ................................................ 8
2.8
Pengaruh Suhu ......................................................................... 9
2.9
Katalis........................................................................................ 9
BAB III APLIKASI DALAM INDUSTRI .................................................... 10
3.1
Pembuatan Asam Sulfat / Proses Kontak ................................ 10
3.2
Pembuatan Amonia / Proses Haber ........................................ 11
3.3
Pembuatan Asam Nitrat .......................................................... 12
BAB IV TUGAS KHUSUS ....................................................................... 13
4.1
Proses Pembuatan Asam Sulfat / Proses Kontak ................... 13
4.2
Bahan Baku Pembuatan Asam Sulfat ..................................... 13
4.3
Diagram Alir Pembuatan Asam Sulfat / Proses Kontak ........... 14
4.4
Uraian Proses Pembuatan Asam Sulfat / Proses Kontak ........ 15
4.5
Proses Pembuatan Amonia / Proses Haber ............................ 15
4.6
Kondisi Optimum Pembuatan Amonia ..................................... 16
ii
4.7
Diagram Alir Pembuatan Amonia / Proses Haber ................... 17
4.8
Uraian Proses Pembuatan Amonia / Proses Haber................. 17
4.9
Proses Pembuatan Asam Nitrat .............................................. 20
4.10
Oksidasi NH3 dengan udara ................................................... 20
4.11
Proses Retort .......................................................................... 21
4.12
Diagram Alir Pembuatan Asam Nitrat ...................................... 23
BAB V PENUTUP ................................................................................... 24
5.1
Kesimpulan .............................................................................. 24
5.2
Saran ....................................................................................... 24
iii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Di alam sekitar kita banyak terjadi reaksi-reaksi kimia, seperti
fotosintesis. Fotosintesis adalah proses kimia yang mengubah karbon
dioksida dan air menjadi karbohidrat dan oksigen, di mana reaksi ini
berkataliskan klorofil dan menggunakan sinar matahari sebagai energi
untuk reaksi.
6 CO2(g) + 6 H2O(l) → C6H12O6(s) + 6 O2(g)
glukosa
Reaksi pembakaran bahan bakar bensin menghasilkan energi untuk
menjalankan kendaraan. Reaksi perkaratan logam (misal besi) terjadi
karena reaksi antara logam dengan oksigen di udara. Amoniak merupakan
hasil industri kimia yang sangat penting. Reaksi kesetimbangan nitrogen
dan hidrogen pada kondisi standar (STP) menghasilkan amoniak dengan
kualitas yang kurang baik. Produk amoniak dikembangkan dengan
menggunakan suhu dan tekanan tinggi.
Pada dasarnya, istilah kesetimbangan berhubungan dengan apa
yang kita sebut ”keseimbangan kimia” akan tetapi, keseimbangan ini
merupakan keseimbangan Mekanik. Ketika suatu reaksi kimia berlangsung
dalam sebuah bejana yang mencegah masuk atau keluarnya zat-zat yang
terlibat dalam reaksi tersebut. Maka besaran-besaran (kuantitas-kuantitas)
dari komponen-komponen reaksi tersebut berubah ketika beberapa
komponen tersebut digunakan dan komponen lainnya terbentuk. Setelah
komposisinya tetap selama sistem tersebut tidak terganggu, sehingga
sistem tersebut kemudian di katakan berada dalam keadan kesetimbangan
atau lebih sederhana ”berada dalam kesetimbangan” dengan kata lain,
sebuah reaksi kimia berada dalam kesetimbanagan ketika tidak ada
kecenderungan kuantitas-kuantitas zat-zat peraksi dan zat hasil reaksi
untuk berubah. Dalam keseimbangan mekanik, jika resultan gaya (net
2
force) pada suatu benda sama dengan nol, sehingga sebuah benda
dikatakan kesetimbangan mekanik jika benda tersebut tidak sedang
mengalami perubahan dalam gerakannya (percepatannya sama dengan
nol).
1.2
Rumusan Masalah
Dengan memperhatikan latar belakang tersebut, agar dalam
penulisan ini memperoleh hasil yang diinginkan, maka penyusun
mengemukakan beberapa rumusan masalah. Rumusan masalah tersebut
adalah :
1.
Bagaimana konsep keadaan kesetimbangan kimia ?
2.
Apa perbedaaan kesetimbangan homogen dan heterogen ?
3.
Bagaimana pengaruh terhadap pergeseran kestimbangan ?
4.
Apa saja penerapan kesetimbangan homogen dan heterogen pada
industri asam nitrat dan proses hidrogenasi pada minyak tumbuhan?
1.3
Tujuan dan Manfaat
Berdasarkan rumusan masalah di atas, maka tujuan dan manfaat
dari penyusunan makalah ini adalah :
1.
Untuk menjelaskan keadaan kesetimbangan kimia.
2.
Untuk mengetahui perbedaan kesetimbangan homogen dan
heterogen dalam suatu reaksi kimia.
3.
Untuk mengetahui pengaruh terhadap pergeseran kestimbangan.
4.
Untuk mengetahui mengetahui penerapan reaksi kesetimbangan di
industri.
3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Kesetimbangan Kimia
Kesetimbangan kimia adalah ilmu yang mempelajari semua proses
yang dapat berlangsung dua arah, artinya proses atau reaksi yang dapat
balik. Keadaan kesetimbangan kimia diperlihatkan pada contoh dibawah ini:
Ag+ + Fe2+ ↔ Ag + Fe3+
Tanda panah kedua arah yang berlawanan menunjukkan bahwa
reaksi dapat dibalik atau terjadi reaksi yang setimbang. Saat keadaan
setimbang, tidak akan terjadi perubahan secara makrokopis, artinya
perubahan yang dapat diamati atau diukur, tetapi reaksi terus berlangsung
dalam dua arah dengan kecepatan yang sama. Jadi kesetimbangan kimia
bersifat dinamis, jika ion Ag+ dan Fe2+ dicampur, laju perubahan Ag+ dan
Fe2+ setiap saat selalu berubah.
Jika suatu kimia telah mencapai keadaan kesetimbangan maka
konsentrasi reaktan dan produk menjadi konstan sehingga tidak ada
perubahan yang teramati dalam sistem. Meskipun demikian, aktivitas
molekul tetap berjalan. Molekul-molekul reaktan berubah menjadi produk
secara terus-menerus sambil molekul-molekul produk berubah menjadi
reaktan kembali dengan kecepatan yang sama.
Sedikit sekali reaksi kimia yang berjalan ke satu arah saja,
kebanyakan adalah reaksi dapat balik. Pada awal reaksi dapat balik, reaksi
berjalan ke arah pembentukan produk. Sesaat setelah produk tersebut,
pembentukan reaktan produk juga mulai berjalan. Jika kecepatan reaksi
maju dan reaksi balik adalah sama, dan dikatakan bahwa kesetimbangan
kimia telah dicapai. Harus diingat bahwa kesetimbangan kimia melibatkan
beberapa zat yang berbeda sebagai reaktan dan produk. Kesetimbangan
antara dua fase zat-zat yang sama disebut kesetimbangan fisika,
perubahan yang terjadi adalah proses fisika.
4
Jadi, kesetimbangan reaksi disebut juga dengan kesetimbangan
dinamis.
Kesetimbangan
dinamis
adalah
pada
keadaan-keadaan
setimbang reaksi tidak diam (statis), tetapi terjadi dua reaksi berlawanan
arah yang mempunyai laju reaksi sama. Pada keadaan tidak setimbang ini
tidak terjadi lagi perubahan bersih dalam sistem reaksi. Misalkan
kesetimbangan dinamis yang diasumsikan dalam kehidupan sehari-hari.
Seperti pada air yang dipanaskan dalam wadah tertutup sampai air
menguap. Pada saat air menguap, uap air tertahan pada permukaan tutup
wadah. Selanjutnya, uap air tersebut mengalami kondensasi yaitu menjadi
cair kembali, kemudian jatuh ke dalam wadah. Pada wadah tersebut terjadi
dua proses yang berlawanan arah, yaitu proses penguapan yang arahnya
ke atas dan proses kondensasi yang arahnya ke bawah. Pada saat tertentu
laju proses penguapan dan laju proses kondensasi akan sama. Hal itu
dapat kita lihat volume air dalam wadah tersebut adalah tetap. Keadaan
seperti itu disebut kesetimbangan dinamis.
2.2
Kesetimbangan Homogen dan Kesetimbangan Heterogen
Berdasarkan
fase
dari
zat-zat
yang
terlibat
dalam
reaksi
kesetimbangan, maka kesetimbangan dibedakan sebagai berikut:
2.3
Kesetimbangan Homogen
Kesetimbangan homogen adalah suatu kesetimbangan yang hanya
terdiri atas satu fasa atau reaksi dalam dimana semua spesies pereaksi ada
dalam fase yang sama . Salah satu contoh kesetimbangan homogen yaitu
:
H2O + I2 ↔ 2HI
2SO2 + O2 ↔ 2SO3
Gas A dan B bereaksi membentuk C dan D. Pada saat setimbang,
kecepatan reaksi pembentuk gas C dan D adalah sama dengan
pembentukan gas A dan B. Reaksi ini dapat dinyatakan dengan
persamaan:
A(g) + B(g) ↔ C(g) + D(g)
5
V1 adalah kecepatan reaksi pembentukan gas C dan D. V 2 adalah
kecepatan reaksi pembentukan gas A dan B.
Pada saat setimbang :
K=
[𝑪][𝑫]
[𝑨][𝑩]
Harga K adalah tetap pada temperatur tertentu yang sama. Untuk
reaksi pada temperatur tetap, secara umum dinyatakan dengan persamaan
:
mA + nB ↔ pC + qD
p
[C] [D]q
Kc = [A]m [B]n
a.
Hubungan Kp dan Kc
Persamaan keadaan gas ideal dapat ditulis sebagai berikut :
n
P = ( ) RT
v

Karena ( n/V ) = konsentrasi (C), maka P = CRT

Untuk reaksi A(g) + B(g) ↔ C(g) + D(g)
Harga Kp menjadi :
Kp = Kc x (RT)∆n
b.
Prinsip Le Chatelier
Seorang kimiawan berkebangsaan Perancis, pada tahun 1884, Henri
Le Chatelier, menemukan bahwa ”jika reaksi kimia yang setimbang
menerima perubahaan keadaan (menerima aksi dari luar), reaksi tersebut
akan menuju pada kesetimbangan baru dengan suatu pergeseran tertentu
untuk mengatasi perubahan yang diterima (melakukan reaksi sebagai
respon terhadap perubahan yang diterima)”.
6
2.4
Kesetimbangan Heterogen
Sistem
kesetimbangan
heterogen
adalah
suatu
sistem
kesetimbangan yang komponen zatnya mempunyai fasa berbeda atau lebih
dari satu. Contoh :
CaCO3(p) ↔ CaO(p) + CO2(g)
2BaO2(g) ↔ 2BaO(p) + O2(g)
Harga tetapan kesetimbangan tekanan atau Kp = P
CuO(p) + H2(g) ↔ Cu(p) + H2O(g)
Adalah
Kp=
PH2O
PH2
Misal :
2SO2(g) + O2 ↔ 2SO3(g)
Kp=
[PSO3 ]2
[PSO2 ]2 [PO2 ]
Kuantitas yang diperoleh melalui pemasukan harga konsentrasi awal
spesies-spesies ke dalam pernyataan konstanta kesetimbangan disebut
hasil bagi reaksi (Qc). Untuk menentukan arah pergeseran reaksi untuk
mencapai kesetimbangan, kita harus membandingkan harga Qc dan Kc.
Ada tiga kemungkinan yang dapat terjadi yaitu:
1.
Qc > Kc harga perbandingan konsentrasi awal produk terhadap
reaktan adalah cukup besar. Untuk mencapai kesetimbangan maka
produk harus berubah menjadi reaktan. Proses berjalan dari ke kiri.
2.
Qc = Kc konsentrasi mula-mula adalah sama dengan konsentrasi
pada kesetimbangan berarti telah tercapai kesetimbangan.
3.
Qc < Kc harga perbandingan konsentrasi awal produk terhadap
reaktan adalah cukup kecil. Untuk mencapai kesetimbangan maka
7
reaktan harus berubah menjadi produk. Proses berjalan dari ke
kanan.
2.5
Faktor Pergeseran Reaksi Kesetimbangan
Adapun faktor yang mempengaruhi reaksi kesetimbangan yaitu:
2.6
Pengaruh Konsentrasi
Jika konsentrasinya diperbesar pada salah satu zat maka reaksi
bergeser dari arah zat tersebut, sedangkan bila konsentrasinya diperkecil
maka reaksi akan bergeser ke arah zat tersebut.
2.7
Pengaruh Tekanan dan Volume
Perubahan
tekanan
hanya
berpengaruh
pada
sistem
gas,
berdasarkan hukum boyle bila tekanan gas diperbesar maka volumenya
diperkecil, sedangkan bila tekanan gas diperkecil maka volume gas
diperbesar, berdasarkan persamaan gas ideal :
PV = nRT
Hal ini bahwa tekanan berbanding lurus dengan jumlah mol gas. jika
mol gas bertambah maka tekanan akan membesar, sebaliknya bila jumlah
mol gas berkurang maka tekanan akan menjadi kecil. Dengan demikian jika
tekanan diperbesar maka reaksi akan bergeser ke arah jumlah mol gas
yang lebih kecil dan juga sebaliknya. Contoh :
2SO2(g) + O2(g) ↔ 2SO3(g)
Pada temperatur tetap, apabila tekanan dinaikkan, kesetimbangan
akan bergeseer ke arah hasil reaksi sehingga volume akan berkurang dan
mengurangi kenaikan tekanan. Bila tekanan diturunkan kesetimbangan
bergeser ke arah pereaksi atau ke arah jumlah molekul yang banyak.
8
2.8
Pengaruh Suhu
Jika suhu dinaikkan maka reaksi akan bergeser ke arah reaksi
endoterm, sedangkan jika suhu diturunkan maka reaksi akan bergeser ke
arah eksoterm. Contoh :
N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g)
H= - 92 kJ
Bila suhu diubah dari 500° menjadi 1200° maka kesetimbangan ke arah
endoterm atau ke kiri.
2.9
Katalis
Katalis
hanya
berfungsi
untuk
mempercepat
tercapainya
kesetimbangan kimia. Dalam suatu sistem kesetimbangan, suatu katalis
menaikkan kecepatan reaksi maju dan reaksi balik dengan sam kuatnya.
Suatu katalis tidak mengubah kuantitas relatif yang ada dalam
kesetimbangan, nilai tetapan kesetimbangan tidaklah berubah. Katalis
mempengaruhi laju reaksi maju sama besar dengan reaksi balik.
9
BAB III
APLIKASI DALAM INDUSTRI
3.1
Pembuatan Asam Sulfat / Proses Kontak
Proses kontak merupakan metode industri modern menghasilkan
asam sulfat. Secara sederhana sulfur dioksida dan oksigen, melewati
katalis panas, bersatu untuk membentuk sulfur trioksida, yang pada
gilirannya menggabungkan dengan air untuk membuat asam sulfat.
Semakin sederhana tipe proses kontak menggunakan belerang yang
terbakar, menggunakan belerang sebagai bahan baku. Sulfur cair dibakar
untuk membentuk sulfur dioksida, yang didinginkan, kemudian dioksidasi,
biasanya bahan mengandung silika berpori diresapi dengan vanadium
pentoksida dan senyawa kalium, membentuk sulfur trioksida pada suhu
yang cukup tinggi.
Jenis lain dari proses kontak menghasilkan sulfur dioksida,
bahan sulfur-bearing, seperti pirit. Pendinginan gas diperlukan untuk
menghilangkan kotoran dan untuk menyingkat dan menghapus bagian dari
uap air, yang akan mencairkan produk asam. Gas sulfur dioksida kemudian
dikeringkan dengan asam sulfat pekat. Sebagai hasil dari pemurnian, gas
dalam proses ini dingin, bukan panas seperti pada tanaman sulfur
pembakaran, dan harus dipanaskan sampai suhu di mana katalis mulai
berfungsi. Beberapa kegunaan asam sulfat sebagai berikut.
1.
Sebagai bahan dasar pada industri cat, plastik, aki, tekstil, dan bahan
peledak.
2.
Digunakan pada proses pemurnian minyak tanah.
3.
Sebagai bahan dasar pupuk amonium sulfat (ZA) dan asam fosfat
(H3PO4).
4.
Untuk menghilangkan karat besi pada baja sebelum dilapisi seng
atau timah.
5.
Untuk membuat zat warna.
Asam sulfat juga digunakan pada industri baja untuk menghilangkan
karat besi sebelum baja dilapisi timah atau seng. Pada pembuatan zat
10
warna, obat-obatan; pada proses pemurnian logam dengan cara elektrolisis
pada industri tekstil, cat, plastik, akumulator, bahan peledak, dan lain-lain.
3.2
Pembuatan Amonia / Proses Haber
Pada tahun Fritz Haber (1868–1934) dari Jerman adalah orang yang
mula-mula berhasil mensintesis amonia dari gas-gas nitrogen dan hidrogen,
sehingga ia mendapat hadiah Nobel tahun 1918. Proses pembuatan amonia
ini lalu disempurnakan oleh rekan senegaranya, Karl Bosch (1874–1940),
yang juga meraih hadiah Nobel tahun 1931. Itulah sebabnya proses
pembuatan amonia dikenal sebagai 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 senyawasenyawa 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 (CO(NH2)2) merupakan bahan kimia yang terbentuk melalui
reaksi NH3 dengan CO2.
Amonia juga digunakan dalam pembuatan bermacam-macam
monomer yang mengandung nitrogen untuk industri nilon, polimer-polimer
akrilat, dan busa poliutretan. Berdasarkan prinsip kesetimbangan kondisi
yang menguntungkan untuk ketuntasan reaksi ke kanan (pembentukan NH3)
adalah suhu rendah dan tekanan tinggi. Akan tetapi, reaksi tersebut
berlangsung sangat lambat pada suhu rendah. Dipihak lain, karena reaksi ke
kanan eksoterm, penambahan suhu akan mengurangi rendemen. Usaha
untuk meningkatkan jumlah dengan kecepatan yang cukup dilakukan dengan
mengatur tekanan dan suhu dan menambahkan katalisator. Untuk proses
yang optimal didapat dengan mengatur suhu sebesar 500ºC dan dengan
tekanan 350 atm, dengan kondisi ini didapatkan produk amoniak sebesar
30%.
11
Proses Haber-Bosch merupakan proses yang cukup penting dalam
dunia industri, sebab amonia merupakan bahan utama dalam pembuatan
berbagai barang, misalnya pupuk urea, asam nitrat, dan senyawa-senyawa
nitrogen lainnya. Amonia juga sering dipakai sebagai pelarut, karena
kepolaran amonia cair hampir menyamai kepolaran air.
3.3
Pembuatan Asam Nitrat
Asam nitrat (NHNO3) adalah sejenis cairan korosif yang tidak
berwarna, dan merupakan asam beracun yang dapat menyebabkan luka
bakar. Larutan asam nitrat dengan kandungan asam nitrat lebih dari 86%
disebut sebagai asam nitrat berasap, dan dapat dibagi menjadi dua jenis
asam, yaitu asam nitrat berasap putih dan asam nitrat berasap merah.
Asam nitrat murni (100%) merupakan cairan tidak berwarna dengan berat
jenis 1.552 kg/m3. Ia membeku pada suhu -42℃, membentuk kristal-kristal
putih, dan mendidih pada 83℃. Ketika mendidih pada suhu kamar, terdapat
dekomposisi (penguraian) sebagian dengan pembentukan nitrogen
dioksida sesudah reaksi :
4HNO3 ↔ 2H2O + 4NO2 + O2 (72℃)
Yang berarti bahwa asam nitrat anhidrat sebaiknya disimpan
dibawah 0 ℃ untuk menghindari penguraian. Nitrogen dioksida (NO2) tetap
larut dalam asam nitrat yang membuatnya berwarna kuning, atau merah
pada suhu yang lebih tinggi.
Asam nitrat memiliki tetapan disosiasi asam (pKa) 1,4 : dalamlarutan
akuatik, asam nitrat hampir sepenuhnya (93% pada 0,1 mol/L) terinisasi
menjadi ion nitrat NO3 dan proton terhidrasi yang dikenal sebagai ion
hydronium, H3O+.
HNO3 + H2O ↔ H3O + NO3-
12
BAB IV
TUGAS KHUSUS
4.1
Proses Pembuatan Asam Sulfat / Proses Kontak
4.2
Bahan Baku Pembuatan Asam Sulfat
a.
Katalis
Fungsi katalis dalam setiap reaksi katalitik adalah meningkatkan laju
reaksi. Katalis konversi sulfur dioksida ini biasanya terdiri dari tanah
diatomea , yang disusupi dengan lebih dari 7 % V 2O5 katalis komersial
mengandung garam kalium (sulfat , pirosulfat dan sebagainya) disamping
V2O5. Pada suhu operasi pewaris aktif ialah garam lebur yang terdapat pori
– pori pelet silika. Katalisator yang dapat digunakan untuk reaksi
pembentukan belerang trioksida antara lain Pt, V2O5, Fe2O3, Cr2O3, Mn2O3
dan Mn3O4. Katalisator yang baik adalah Pt dan V2O5, tapi yang paling
banyak dipakai adalah Vanadium Pentaoksida, karena :

V2O5 lebih murah harganya

Pt lebih sensitif terhadap racun

V2O5 daya tahannya terhadap suhu tinggi lebih baik

Konversi relatif lebih tinggi
b.
Sulfur
Belerang merupakan salah satu bahan dasar yang paling penting
dalam industri pengolahan kimia . Bahan ini terdapat di alam dalam wujud
bebas dan dalam keadaan senyawa pada bijih – bijih seperti pirit (FeS2),
Sfalerit (ZnS) dan Kalkopirit (CuFeS2). Bahan ini juga terdapat di dalam
minyak dan gas bumi (sebagai H2S). Penggunaannya yang terbesar adalah
dalam pembuatan asam sulfat.
Sifat-sifat kimia sulfur yaitu dengan udara
membentuk sulfur dioksida reaksinya S + O2 → SO2. Dengan asam klorida
dan katalis Fe akan menghasilkan hidrogen sulfida.
13
c. Udara

Fase : gas

Komposisi : 20,9% O2 ; 79,1% N2

Kapasitas panas : 7,035 cal/gmol °C (32°C)

Berat molekul : 28,84 g/gmol

Berat jenis : 1,5.10-3 gr/cc (25°C)
d. Air Proses (H2O)
4.3

Fase : cair

Berat molekul : 18 g/gmol

Berat jenis : 1 gr/cc (25°C)

Kekentalan : 1 cp (25°C)
Diagram Alir Pembuatan Asam Sulfat / Proses Kontak
14
4.4
Uraian Proses Pembuatan Asam Sulfat / 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.
S(s) + O2(g) → SO2(g)
b. Belerang dioksida direaksikan dengan oksigen dan dihasilkan
belerang trioksida.
SO2(g) + ½ O2(g) D SO3(g)
c.
Reaksi ini berlangsung lambat, maka dipercepat dengan katalis
vanadium pentaoksida (V2O5) pada suhu ± 450 °C.
d. SO3 yang dihasilkan, kemudian dipisahkan, dan direaksikan dengan
air untuk menghasilkan asam sulfat.
SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq)
e. Reaksi tersebut berlangsung 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 sampai menghasilkan asam sulfat.
SO3(g) + H2SO4(g) → H2S2O7(aq)
H2S2O7(aq) + H2O(l) → 2H2SO4(l)
4.5
Proses Pembuatan Amonia / Proses Haber
15
4.6
Kondisi Optimum Pembuatan Amonia
No
Faktor
Reaksi : N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g) ∆H= -
Kondisi
924 kJ
Optimum
a. Reaksi bersifat eksoterm
1.
Suhu
b. Suhu
rendah
akan
menggeser
kesetimbangan kekanan.
400-600oC
c. Kendala:Reaksi berjalan lambat
a. Jumlah mol pereaksi lebih besar
dibanding
dengan
jumlah
mol
produk.
b. Memperbesar
2.
Tekanan
menggeser
tekanan
akan
kesetimbangan
kekanan.
150-300
atm
c. Kendala Tekanan sistem dibatasi
oleh kemampuan alat dan faktor
keselamatan.
Pengambilan NH3 secara terus menerus
3.
Konsentrasi akan menggeser kesetimbangan kearah _
kanan
Fe dengan
Katalis tidak menggeser kesetimbangan campuran
4.
Katalis
kekanan, tetapi mempercepat laju reaksi Al2O3 KOH
secara keseluruhan
dan garam
lainnya
16
4.7
Diagram Alir Pembuatan Amonia / Proses Haber
4.8
Uraian Proses Pembuatan Amonia / Proses Haber
a.
Feed Treating Unit
Gas Alam yang masih mengandung kotoran (impurities), terutama
senyawa belerang sebelum masuk ke Reforming Unit harus dibersihkan
dahulu di unit ini, agar tidak menimbulkan keracunan pada katalisator di
Reforming Unit. Untuk menghilangkan senyawa belerang yang terkandung
dalam gas alam, maka gas alam tersebut dilewatkan dalam suatu bejana
yang disebut Desulfurizer. Gas alam yang bebas sulfur ini selanjutnya
dikirim ke Reforming Unit.
b.
Reforming Unit
Di reforming unit gas alam yang sudah bersih dicampur dengan uap
air, dipanaskan, kemudian direaksikan di Primary Reformer, hasil reaksi
yang berupa gas-gas hidrogen dan carbon dioxide dikirim ke Secondary
Reformer dan direaksikan dengan udara sehingga dihasilkan gas-gas
sebagai berikut :

Hidrogen

Nitrogen

Karbon Dioksida
Gas gas hasil reaksi ini dikirim ke Unit purifikasi dan Methanasi untuk
dipisahkan gas karbon dioksidanya.
c.
Purifikasi & Metanasi
17
Karbon dioksida yang ada dalam gas hasil reaksi Reforming Unit
dipisahkan dahulu di Unit Purification, Karbon Dioksida yang telah
dipisahkan dikirim sebagai bahan baku Pabrik Urea. Sisa karbon dioksida
yang terbawa dalam gas proses, akan menimbulkan racun pada katalisator
ammonia converter, oleh karena itu sebelum gas proses ini dikirim ke Unit
Synloop & Refrigeration terlebih dahulu masuk ke Methanator.
d.
Compression Synloop & Refrigeration Unit Gas
Proses yang keluar dari Methanator dengan perbandingan gas
hidrogen : nitrogen = 3 : 1, ditekan atau dimampatkan untuk mencapai
tekanan yang diinginkan oleh Ammonia Converter agar terjadi reaksi
pembentukan, uap ini kemudian masuk ke Unit Refrigerasi sehingga
didapatkan amonia dalam fasa cair yang selanjutnya digunakan sebagai
bahan baku pembuatan Urea. Hasil / produk pada proses di atas adalah
amonia cair yang beserta karbon dioksida digunakan sebagai bahan baku
pembuatan Urea. Reaksi pembuatan amonia merupakan reaksi eksoterm,
sehingga untuk menghasilkan amonia dalam jumlah besar, maka reaksi
tersebut harus dilakukan pada suhu yang rendah. Akan tetapi, pada suhu
rendah reaksi akan berlangsung lambat. Oleh karena itu, untuk
mengimbanginya, maka reaksi dalam pembuatan amonia dilakukan pada
suhu tinggi (sekitar 500°C) dan tekanan yang tinggi (200 – 400 atm). Suhu
dan tekanan tersebut memungkinkan reaksi pembuatan amonia dapat
berlangsung cepat dan amonia yang dihasilkannya dalam jumlah besar
(reaksi bergeser ke kanan). Jadi, berdasarkan uraian di atas, maka pada
reaksi kesetimbangan dalam pembuatan amonia, suhu yang tinggi dan
katalis berfungsi untuk mempercepat reaksi, sedangkan tekanan yang
tinggi berfungsi untuk menggeser reaksi ke arah hasil reaksi (dalam hal ini
amonia).
Berikut tahapan beserta reaksi yang terjadi pada proses Haber-Bosch
18
1.
Tahapan pertama dalam proses Haber-Bosch menghilangkan
senyawa belerang dari bahan baku ammonia. Belerang perlu
dipisahkan karena bersifat antikatalis pada tahpan berikutnya.
Penghapusan
belerang
dilakukan
degan
hidrogenasi
(menambahkan hidrogen) sehingga menghasilkan asam sulfida.
H2 + RSH → RH + H2S
2.
Asam sulfida yang terjadi kemudian diserap dan dihilangkan dengan
mengalirkannya melalui oksida dari logam seng sehingga terbentuk
senyawa Seng Sulfida (ZnS) dan uap air.
H2S + ZnO → ZnS + H2O
3.
Setelah dihilangkan kandungan belerangnya senyawa karbon
kemudian direaksikan dengan katalis untuk menghasilkan senyawa
karbon dioksidan dan gas hidrogen.
CH4 + H2O → CO + 3H2
4.
Langkah berikutnya adalah mengkonversi CO menjadi hidrogen
(dihasilkan hidrogen lebih banyak) dan gas sisa karbondioksida
CO + H2O → CO2 + H2
5.
Karbon Dioksida kemudian dipisahkan dengan penyerapan dalam
larutan etanolamin atau dengan penyerapan media absorbsi pada
lainnya.
6.
Langkah
terakhir
dalam
memproduksi
hidrogen
adalah
menggunakan katalis methanation untuk menghilangkan residu
karbon monoksida dan karbondioksida yang masih tertinggal dalam
hidrogen.
7.
Untuk dapat menghasilkan amonia sebagai produk akhir, hidrogen
yang sudah dihasilkan kemudian direaksikan dengan nitrogen yang
berasal dari udara bebas menghasilkan amonia cair. Tahapan ini
dikenal dengan loop sintesis amonia yang juga dikenal dengan
proses Haber-Bosch.
19
3H2 + N2 ↔ 2NH3
Reaksi di atas bersifat reversibel sehingga berdasarkan prinsip Le
Chatelier, kondisi tekan tinggi dan tempertur rendah diperlukan untuk
mengarahkan reaksi agar bergerak ke kanan (arah hasil amonia). pada
temperatur
rendah
sebenarnya
dapat
menghasilkan
persentase
pembentukan NH3 yang tinggi tetapi reaksi tersebut berlangsung sangat
lambat untuk dapat mencapai kesetimbangan. Oleh karena itu dalam
proses pemubatan aminia diperlukan adanya katalis. Pada praktiknya,
kondisi yang digunakan dalam proses Haber-Bosch adalah pada tekanan
200 atm dan temperatur 380 – 460 º C dengan menggunakan katalis ion
besi (Fe3O4dicampur dengan KOH) atau osmium.
4.9
Proses Pembuatan Asam Nitrat
4.10 Oksidasi NH3 dengan udara
Proses pembuatan asam nitrat di industry dipelopori oleh Oswald
(1901) dengan mengkonversi amonia menjadi asam nitratdengan
membakar amonia ditambah denga katalis platina. Pada proses ini
dibutuhkan suhu tinggi, NH3 dengan penambahan katalis diubah menjadi
NO2. Nitrogen dioksidasi bereaksi dengan H2O untuk memperoduksi
HNO3 dan sedikit NO. NO di produksi pada tahap 3 kemudian direcycle ke
tahap 2.
4NH3(g) + 5O2 ↔ 4NO(g) + 6H2O(g)
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g)
3NO2(g) + H2O(l) ↔ 2HNO3 + NO(g)
Udara dikompresikan menjadi 6,8 atm, disaring dan di panaskan
menjadi 300℃. Amonia diuapkan dalam penguap steam dan selanjutnya
dicampurkan dengan udara yang di kompresi. Campuran antara udara dan
amonia dimasukkan kedalam reactor yang berisi katalisator Platina 2-10%
. Pada reaksi ini konversi reaksi bahan untuk menjadi produk adalah 9320
95%. Dari reactor akan dihasilkan Nitric Okside (NO). Hasil Nitric Okside
kemudian direaksikan dengan oksigen supaya terbentuk asam nitrat yang
kosentrasinya 65%. Untuk memekatkan hasil, gas NO2 diserap dengan
menggunakan H2SO4 dalam absorber. Hasil akhir penyerapan berupa
Asam Nitrat dengan kadar 95 %. Berikut cara kerja oksidasi NH3 dengan
udara:
1. Udara tekan 100 psig melalui kompresor (dingin) menyerap panas
dari preheater dialirkan bersama-sama dengan NH3 gas kedalam
conveter.
2. Suhu operasi = 900℃ dengan Katalisator Pt-Rh.
3. Gas panas segera dialirkan kedalam preheater untuk dingin dengan
menggunakan udara dingin dari kompresor. Selanjutnya dialirkan
kedalam heater. Sisa panas dimanfaatkan oleh Wh . B. untuk steam
dan akhirnya untuk menguapkan NH3 didalam evaporator. H2O
didalam absorber menghasilkan HNO3 60%.
4. Bila HNO3 berwarna coklat berarti NO2 lebih besar, dapat direduksi
dengan udara bentuk converter dan prinsip kerjanya.
- Campuran NH3 dan udara masuk dari puncak converter, turun
kebawah melalui lapisan katalisator. Gas hasil didinginkan dengan
udara dingin dan keluar gas outlet
- Pada starting penyalaan permulaan dengan nyala H2 melalui H
sampai suhu reaksi, lalu dimatikan.
a.
Pemekatan HNO3
- Larutan HNO3 dengan kadar 60% merupakan campuran azeotrop
sehingga penyulingan hanya dapat dilakukan sampai kadar 68%
- Dalam industry di butuhkan HNO3 pekat, maka salah satu cara
ialah dengan pemekatan menggunakan H2SO4 pekat (karena mudah
menyerap air) yang di panaskan dengan uap secara langsung atau tidak
langsung.
4.11 Proses Retort
21
Dari Chili Salpoter direaksikan dengan H2SO4 menghasilkan HNO3.
Cara ini tidak digunakan lagi karena biaya pemeliharaan dan perbaikan alat
sangat mahal dan kurang efesien meskipun investasinya kecil. Reaksi:
NaNO3 = H2SO4 x NaHSO4 + HNO3
Bahan baku Natrium Nitrat dan Asam Sulfat masuk reactor tanki
berpengaduk. Reaktor dipanaskan secara isothermal pada suhu 150℃
selama 10 jam. Konversi pembentukan Asam Nitrat adalah 97%. Selama
waktu itu NO2 dan air akan teruapkan. Uap Asam Nitrat dilewatkan
dikondensor parsial, kemudian dipisahkan antara gas dan cairannya dalam
separator. Cairan asam Nitrat didinginkan dengan menggunakan Cooler
dan selanjutnya disimpan sebagai hasil asam nitrat. Konsentrasi hasil
adalah sebesar 90%. Gas yang tidak terembunkan diserap dengan
menggunakan air pada absorber. Hasil bawah menghasilkan kadar Asam
Nitrat 43.Hasil samping reactor berupa campuran “either cake”. Bahan ini
dapat dijual pada industry baja dan dapat juga dipakai sebagai bahan baku
Asam Clorida bila direaksikan dengan garam NaCl. Cara kerja proses retort:
Natrium nitrat (NaNO3) padat dari gudang (G-1) dengan belt
conveyor (BE-1), selanjutnya dilewatkan Screw conveyo (SC-1) dan masuk
ke rotary drier (RD) untuk mengurangi kadar air. Suhu masuk rotary drier
RD =35℃ dan keluar pada 100℃, selanjutnya dengan belt conveyer (BC-2)
dan bucket elevator (BE-1), Natriumnitrat diumpankan kereaktor (R-1).
Asam sulfat (H2SO4) 66oBe (93%) dari tanki penyimpanan (T-1) dipompa
dan dilewatkan pemanas (HE-1) untuk pemanasan pendahuluan dari 35℃
menjadi 60℃ dan kemudian masuk ke reactor (R-1).
Reaktor dipanaskan dengan saturated steam pada suhu 200℉
secara isothermal, kondisi operasi reactor pada 150℃ (302℉), selama 10
jam. Gas hasil reaksi dalam reactor pada keadaan lewat jenuh dilewatkan
(HE-1) untuk didinginkan, dialirkan ke kondensor (CD-1) dengan
menggunakan bowler (B-3). Pada suhu 95℃dalam tekanan 1 atm, sebagian
22
gas hasil reaksi akan mengembun dan sebagian lagi tidak. Gas dan cairan
ini selanjutnya dimasukkan ke separator (S-1), dipisahkan antara gas dan
cairan. Cairan dari separator (S-1) selanjutnya didinginkan dengan (HE-2)
sampai suhu 40℃, kemudian masuk dalam accumulator (AC-1),
konsentrasi asam nitrat hasil 76%. Gas yang tidak terembun pada
kondensor (CD-1) didinginkan dengan pendingin (HE-2) menjadi 40℃ dan
diserap dengan air (H2O) pada 40℃ dalam absorber (AB-1). Pada absorber
1 terjadi absorbs gas dengan reaksi kimia. Menara absorber (AB-1) er pa
menara “B le p” an bekerja pada tekanan 1 atm. Hasil absorbs berupa asam
nitrat dengan kadar 65% yang selanjutnya dimasukkan keaccumulator (AC1). Pada accumulator (AC-2) yang ditambahkan asam nitrat dari hasil (AC1) dengan kosentrasi 68% untuk menaikkan konsentrasi hasil. Selanjutnya
asam nitrat dipompakan ke tanki penyimpanan T-2. Hasil samping berupa
campuran antara NaHSO4, Na2SO4, NaCl yang berbentuk slurry encer
dipompa dan disimpan pada tanki T-3.
4.12 Diagram Alir Pembuatan Asam Nitrat
23
BAB V
PENUTUP
5.1
Kesimpulan
Berdasarkan tinjauan teori dapat disimpulkan sebagai berikut:
1.
Kesetimbangan kimia adalah reaksi yang terbentuk bila laju reaksi
sama besar dan konsentrasi reaktan dan produk tidak lagi berubah
seiring berjalannya waktu. Berdasarkan wujud zat-zat dalam
keadaan setimbang, kesetimbangan kimia dapat dibedakan menjadi
dua, yaitu
 Kesetimbangan homogen
 Kesetimbangan heterogen
2.
Faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran arah kesetimbangan
antar lain:
3.
a.
Pengaruh konsentrasi
b.
Pengaruh suhu
c.
Pengaruh tekanan
d.
Pengaruh volume
e.
Pengaruh katalis
Proses kontak merupakan metode industri modern menghasilkan
asam sulfat.
4.
Proses Haber-Bosch merupakan proses yang cukup penting dalam
dunia industri, sebab amonia merupakan bahan utama dalam
pembuatan berbagai barang, misalnya pupuk urea, asam nitrat, dan
senyawa-senyawa nitrogen lainnya. Amonia juga sering dipakai
sebagai pelarut, karena kepolaran amonia cair hampir menyamai
kepolaran air.
5.2
Saran
Demikianlah makalah kami tentang kesetimbangan kimia, semoga
makalah ini bisa bermanfaat bagi kita dan dapat menambah
24
wawasan keilmuan kita. Kami mengucapkan terima kasih kepada
semua pihak yang telah membantu kami sehingga makalah kami ini
bisa selesai.
25
DAFTAR PUSTAKA
Budianto. (n.d.). budhii. Retrieved 09 27, 2015, from http://www.budhi
i.web.id/2014/11/pembuatanamonia-dengan-proses-haberbosch.html.
Firhadj,
Z.
(n.d.).
zulfikar-firhadj.
http://zulfikarfirhadj
Retrieved
09
27,
2015,
from
blogspot.co.id/2012/03/reaksi-kesetimbangan-dalam-
industri.html.
Hidayat,
R.
(n.d.).
Rahmatzoom.
http://rahmatzoom.
Retrieved
09
27,
2015,
from
blogspot.co.id/2012/11/pembuatan-amonia-
dengan-proses-haber_15.html.
Utami, B. A. Nugroho C. Saputro, L. Mahardiani, S. Yamtinah, dan B.
Mulyani. 2009. Kimia 2 : Untuk SMA/MA Kelas XI, Program Ilmu
Alam. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta,
p. 274.
Proses Kontak, diakses tanggal 4 September 2015, pukul 13.01 WIB - www.
petrokimia- gresik.com, Produksi Asam Sulfat, diakses tanggal 4
September 2015, pukul 13.07 WIB
Budhijanto, Bahan Kuliah 1 Proses Industri Kimia. - Kobe, K.A., 1957,
Inorganic Process Industries, The MacMillan Company, New York.