TUGAS KIMIA
KESETIMBANGAN DALAM DUNIA INDUSTRI
KELOMPOK 6
GITA ALDIRA
MARISA HANITA INTAN SARI
TRIBANDRIO
YUSUF ILHAM AKBAR
SMA NEGERI 3 KOTABUMI
Jalan Sersan Laba Gole No 45 Kotabumi
KATA PENGANTAR
Puji syukur alhamdulillah, berkat rahmat Allah yang Maha Kuasa yang telah memberikan kami kemudahan dalam mengerjakan tugas kimia ini yang berjudul “Kesetimbangan Dalam Bidang Industri”, sehingga kami dapat menyelesaikan tugas kimia ini dengan tepat pada waktunya.
Pembuatan tugas kimia ini bertujuan antara lain agar kita dapat mengetahui apa saja proses kesetimbangan yang digunakan dalam bidang industri. Semoga tugas ini dapat bermanfaat bagi semua pihak, dan mempermudah orang – orang untuk mendapatkan informasi tentang kimia.
Kami menyadari bahwa sebagai manusia yang memiliki keterbatasan, tentu hasil tugas kami ini mempunyai banyak kekurangan disuatu hal, jadi kami harapkan kepada semua pihak yang membaca tugas kami ini untuk memberikan kritik ataupun saran sehingga pada masa yang akan dating kami dapat mengerjakan tugas ini dengan lebih baik lagi.
Kami mengucapkan terima kasih kepada ibu guru kimia kami yang telah memberikan kami tugas ini, sehingga kami mendapatkan ilmu yang baru, dan dapat lebih aktif dalam mengerjakan tugas ini.
Penulis
1. Pembuatan Alkohol Dalam Skala Produksi
Memproduksi alkohol dari alkena
Pembuatan etanol dari etena dalam skala produksi
Etanol dibuat dalam skala produksi dengan mereaksikan etena dengan uap. Katalis yang digunakan adalah silikon dioksida padat yang dilapisi dengan asam fosfat(V). Reaksi yang terjadi dapat balik (reversibel).
Hanya 5% dari etena yang diubah menjadi etanol pada setiap kali pemasukan ke dalam reaktor. Dengan mengeluarkan etanol dari campuran kesetimbangan dan mendaur-ulang etena, maka pengubahan etena menjadi etanol secara keseluruhan dapat mencapai 95%.
Diagram alir untuk reaksi yang terjadi dapat digambarkan sebagai berikut:
Pembuatan alkohol-alkohol lain dari alkena dalam skala produksi
Beberapa alkohol lain (meski tidak semua) bisa dibuat dengan reaksi-reaksi yang serupa. Katalis yang digunakan dan kondisi-kondisi reaksi akan berbeda-beda dari alkohol yang satu ke alkohol yang lain. Pada pembahasan tingkat dasar ini, kondisi-kondisi yang perlu diketahui adalah kondisi-kondisi yang diberikan untuk pembuatan etanol di atas.
Alasan mengapa ada sebuah masalah yang ditemukan pada beberapa alkohol dapat ditunjukkan dalam pembuatan alkohol dari propena,CH3CH=CH2.
Pada dasarnya, ada dua alkohol berbeda yang bisa terbentuk:
Hasil yang diperoleh bisa berupa propan-1-ol atau propan-2-ol tergantung pada bagaimana molekul air diadisi ke ikatan rangkap. Akan tetapi, pada kenyataannya, hasil yang diperoleh adalah propan-2-ol.
Jika sebuah molekul H-X diadisi ke sebuah ikatan rangkap C=C, maka atom H hampir selalu terikat pada atom karbon yang memiliki paling banyak atom hidrogen terikat padanya – untuk contoh di atas atom H terikat pada CH2 bukan pada CH.
Pengaruh yang ditimbulkan oleh kecenderungan ini yakni ada beberapa alkohol yang tidak mungkin dibuat dengan cara mereaksikan alkena dengan uap karena adisi akan terjadi dengan arah yang berlawanan dari yang diperkirakan.
Membuat etanol melalui fermentasi
Metode ini hanya berlaku bagi etanol. Alkohol selain etanol tidak bisa dibuat dengan cara ini.
Proses
Bahan baku
Pati (Starch) merupakan sebuah karbohidrat kompleks, dan karbohidrat yang lain juga bisa digunakan – misalnya, sukrosa (gula) biasanya digunakan untuk membuat etanol. Dalam skala industri, sukrosa tidak mungkin bisa digunakan sebagai bahan baku baku
Tahap pertama dalam proses fermentasi adalah penguraian karbohidrat kompleks menjadi karbohidrat yang lebih sederhana.
Sebagai contoh, jika bahan baku yang digunakanan adalah pati dalam biji-bijian seperti gandum atau beras, maka bahan baku
Maltosa memiliki rumus molekul yang sama seperti sukrosa tetapi mengandung dua unit glukosa yang saling mengikat, sedangkan sukrosa mengandung satu unit glukosa dan satu unit fruktosa.
Ragi kemudian dimasukkan dan campuran dibiarkan hangat (sekitar 35°C) selama beberapa hari sampai fermentasi berlangsung sempurna. Udara tidak dibiarkan masuk ke dalam campuran untuk mencegah terjadinya oksidasi etanol yang dihasilkan menjadi asam etanoat (asam cuka).
Enzim-enzim dalam ragi pertama-tama mengubah karbohidrat seperti maltosa atau sukrosa menjadi karbohidrat yang lebih sederhana seperti glukosa dan fruktosa, keduanya C6H12O6, dan kemudian mengubah karbohidrat sederhana tersebut menjadi etanol dan karbon dioksida.
Perubahan ini bisa ditunjukkan sebagai persamaan-persamaan reaksi kimia sederhana, meski aspek biokimia dari reaksi-reaksi ini jauh lebih rumit.
Ragi dimatikan oleh etanol dengan konsentrasi berlebih sekiar 15%, dan ini membatasi kemurnian etanol yang bisa dihasilkan. Etanol dipisahkan dari campuran dengan metode distilasi fraksional untuk menghasilkan 96% etanol murni.
Secara teori, 4% air yang terakhir tersisa tidak bisa dihilangkan dengan metode distilasi fraksional.
Perbandingan metode fermentasi dengan hidrasi langsung etena
Fermentasi
|
Hidrasi etena
| |
Jenis proses
|
Proses berkelompok. Semua bahan dimasukkan ke dalam sebuah wadah dan kemudian dibiarkan sampai fermentasi selesai. Kumpulan bahan ini kemudian dikeluarkan dan sebuah reaksi baru dilangsungkan. Proses ini tidak efisien.
|
Proses aliran kontinyu. Aliran pereaksi dilewatkan secara terus menerus diatas sebuah katalis. Cara ini lebih efisien.
|
Laju reaksi
|
Sangat lambat.
|
Sangat cepat.
|
Kualitas produk
|
Menghasilkan etanol yang sangat tidak murni dan memerlukan pengolahan lebih lanjut
|
Menghasilkan etanol yang jauh lebih murni.
|
Kondisi-kondisi reaksi
|
Menggunakan suhu dan tekanan udara yang sedang.
|
Menggunakan suhu dan tekanan tinggi, sehingga memerlukan banyak input energi.
|
Penggunaan bahan
|
Menggunakan bahan
|
Menggunakan bahan
|
2. Natrium karbonat Na2CO3
Sepanjang sejarah industri kimia, persediaan natrium karbonat Na2CO3, soda, merupakan isu penting. Soda adalah bahan dasar penting bukan hanya untuk keperluan sehari-hari (seperti sabun) tetapi juga untuk produk industri yang lebih canggih (seperti gelas).
Di waktu lampau soda didapatkan dari sumber alami, dan kalium karbonat K2CO3, yang juga digunakan dalam sabun, didapatkan dalam bentuk abu kayu. Setelah revolusi industri, kebutuhan sabun meningkat dan akibatnya metoda sintesis baru dengan bersemangat dicari. Waktu itu telah dikenali bahwa soda dan garam (NaCl) mengandung unsur yang sama, natrium, dan penemuan ini mengakibatkan banyak orang berusaha membuat soda dari garam. Di awal abad 19, suatu proses baru dikembangkan: natrium sulfat yang merupakan produk samping produksi asam khlorida (yang digunakan untuk serbuk pengelantang, bleaching), batu bara dan besi dinyalakan. Namun, hasilnya, rendah dan tidak cocok untuk produksi skala besar .
Inventor Perancis Nicolas Leblanc (1742-1806) mendaftar suatu kontes yang diselenggarakan oleh Académie des Sciences, untuk menghasilkan secara efektif soda dari garam. Esensi dari prosesmua adalah penggunaan marmer (kalsium karbonat) sebagai ganti besi.
|
Proses Leblanc dapat menghasilkan soda dengan kualitas lebih baik daripada metoda sebelumnya. Namun, proses ini menghasilkan sejumlah produk samping seperti asam sulfat, asam khlorida, kalsium khlorida, kalsium sulfida dan hidrogen sulfida. Bahkan waktu itu pun, pabrik menjadi target kritik masyarakat. Peningkatan kualitas proses Leblanc sangat diperlukan khususnya dari sudut pandang penggunaan ulang produk sampingnya, yang jelas akan menurunkan ongkos produksi.
Satu abad setelah usulan proses Leblanc, inventor Belgia Ernest Solvay (1838-1922) mengusulkan proses Solvay (proses soda-amonia), yang lebih maju dari aspek kimia dan teknologi. Telah diketahui sejak awal abad 19 bahwa soda dapat dihasilkan dari garam denagn amonium karbonat (NH4)2CO3. Solvay yang berpengalaman dengan mesin dan dapat mendesain proses produksi tidak hanya dari sudut pandang kimia tetapi juga dari sudut pandang teknologi kimia. Dia berhasil mengindustrialisasikan prosesnya di tahun 1863.
Keuntungan terbesar proses Solvay adalah penggunaan reaktor tanur bukannya reaktor tangki. Air garam yang melarutkan amonia dituangkan dari puncak tanur dan karbondioksida ditiupkan keda lam tanur dari dasar sehingga produknya akan secara kontinyu diambil tanpa harus menghentikan reaksi. Sistem Solvay menurunkan ongkos secara signifikan, dan akibatnya menggantikan proses Leblanc.
Reaksi utama
| |
NaCl + NH3 + CO2 + H2O
 NaHCO3 + NH4Cl |
(11.4)
|
2NaHCO3
Na2CO3 + CO2 + H2O |
(11.5)
|
Sirkulasi amonia
| |
2NH4Cl + CaO
2NH3 + CaCl2 + H2O |
(11.6)
|
Pembentukan karbon dioksida CO2 dan kalsium oksida CaO
| |
CaCO3
CaO+CO2 |
(11.7)
|
Satu-satunya produk samping proses Solvay adalah kalsium khlorida, dan amonia dan karbondioksida disirkulasi dan digunakan ulang. Dalam produksi soda dari garam, poin penting adalah pembuangan khlorin. Dalam proses Leblanc, khlorin dibuang sebagai gas asam khlorida, namun di proses Solvay, khlorin dibuang sebagai padatan tak berbahaya, kalsium khlorida. Karena keefektifan dan keefisienan prosesnya, proses Solvay dianggap sebagai contoh proses industri kimia.
3. Proses Pembuatan Asam Klorida
Hidrogen klorida (HCl) adalah asam monoprotik, yang berarti bahwa ia dapat berdisosiasi melepaskan satu H+ hanya sekali. Ion yang terbentuk adalah ion klorida, Cl−. Asam klorida adalah asam kuat karena ia berdisosiasi penuh dalam air.
Asam klorida merupakan asam pilihan dalam titrasi untuk menentukan jumlah basa. Asam yang lebih kuat akan memberikan hasil yang lebih baik oleh karena titik akhir yang jelas. Asam klorida azeotropik (kira-kira 20,2%) dapat digunakan sebagai standar primer dalam analisis kuantitatif, walaupun konsentrasinya bergantung pada tekanan atmosfernya ketika dibuat. Asam klorida sering digunakan dalam analisis kimia untuk "mencerna" sampel-sampel analisis. Asam klorida pekat melarutkan banyak jenis logam dan menghasilkan logam klorida dan gas hidrogen.
Asam klorida diproduksi dalam bentuk larutan 38% HCl (pekat). Konsentrasi yang lebih besar daripada 40% dimungkinkan secara kimiawi, namun laju penguapan sangatlah tinggi, sehingga penyimpanan dan penanganannya harus dilakukan dalam suhu rendah. Konsentrasi HCl yang paling optimal untuk pengantaran produk adalah 30% sampai dengan 34%.
Kandungan asam klorida pada kebanyakan cairan pembersih umumnya berkisar antara 10% sampai dengan 12%.
Dari tujuh asam mineral kuat dalam kimia, asam klorida merupakan asam monoprotik yang paling sulit menjalani reaksi redoks. Ia juga merupakan asam kuat yang paling tidak berbahaya untuk ditangani dibandingkan dengan asam kuat lainnya. Walaupun asam, ia mengandung ion klorida yang tidak reaktif dan tidak beracun. Asam klorida dalam konsentrasi menengah cukup stabil untuk disimpan dan terus mempertahankan konsentrasinya. Oleh karena alasan inilah, asam klorida merupakan reagen pengasam yang sangat baik. Reaksi asam klorida adalah sebagai berikut:
Dari tujuh asam mineral kuat dalam kimia, asam klorida merupakan asam monoprotik yang paling sulit menjalani reaksi redoks. Ia juga merupakan asam kuat yang paling tidak berbahaya untuk ditangani dibandingkan dengan asam kuat lainnya. Walaupun asam, ia mengandung ion klorida yang tidak reaktif dan tidak beracun. Asam klorida dalam konsentrasi menengah cukup stabil untuk disimpan dan terus mempertahankan konsentrasinya. Oleh karena alasan inilah, asam klorida merupakan reagen pengasam yang sangat baik. Reaksi asam klorida adalah sebagai berikut:
HCl + H2O ⇌ H3O+ + Cl− ∆H= -167, 2 kJ
Menurut asa Le Chaterlier, keseimbangan akan bergeser kekanan untuk mencapai kondisi optimal jika diberlakukan hal-hal berikut ini.
Penambahan suhu akan menggeser keseimbangan ke kiri sehingga untuk menggeser keseimbangan ke kanan, suhu diturunkan. Pada suhu rendah, reaksi akan berjalan sangat lambat dan suhu optimal yang diperlukan pada pembuatan asam klorida .
Jika kosentrasi pereaksi diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser kekanan, sebaliknya, jika kosentrasi produk diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri.
Pemanasan Batu Kapur
Batu kapur yang terutama terdiri dari kalsium karbonat dan magnesium karbonat terdapat di permukaan atau di dalam tanah. Batuan kapur ini sangat penting artinya sebagai bahan dasar dalam lapangan industri dan bahan bangunan serta tidak kalah penting artinya dengan bahan-bahan tambang lainnya.
Reaksi dalam pembuatan kapur :
Ca(OH)2.Mg(OH)2 + panas]CaO.MgO + H2O
Ca(OH)2.MgO + panas]CaO.MgO + H2O
Ca(OH)2 + panas]CaO + H2O
CaO.MgO + 2CO2]CaCO3.MgCO3 + panas
CaO + CO2]CaCO3 + panas
CaCO3 ⇌ CaO + CO2 ∆H=-1207 kJ
Batu kapur mempunyai sifat yang istimewa, bila dipanasi akan berubah menjadi kapur yaitu kalsium oksida (CaO) dengan menjadi proses dekarbonasi (pengusiran CO2) : hasilnya disebut kampur atau quick lime yang dapat dihidrasi secara mudah menjadi kapur hydrant atau kalsium hidroksida (Ca(OH)2). Pada proses ini air secara kimiawi bereaksi dan diikat oleh CaO menjadi Ca(OH)2 dengan perbandingan jumlah molekul sama.
Ca(OH)2.Mg(OH)2 + panas]CaO.MgO + H2O
Ca(OH)2.MgO + panas]CaO.MgO + H2O
Ca(OH)2 + panas]CaO + H2O
CaO.MgO + 2CO2]CaCO3.MgCO3 + panas
CaO + CO2]CaCO3 + panas
CaCO3 ⇌ CaO + CO2 ∆H=-1207 kJ
Batu kapur mempunyai sifat yang istimewa, bila dipanasi akan berubah menjadi kapur yaitu kalsium oksida (CaO) dengan menjadi proses dekarbonasi (pengusiran CO2) : hasilnya disebut kampur atau quick lime yang dapat dihidrasi secara mudah menjadi kapur hydrant atau kalsium hidroksida (Ca(OH)2). Pada proses ini air secara kimiawi bereaksi dan diikat oleh CaO menjadi Ca(OH)2 dengan perbandingan jumlah molekul sama.
4. Pembuatan Metanol
a) Bahan baku
CO2 dalm Hal ini diperoleh dari side produk pengolahan batubara sehingga tingkat kemurnian lebih tinggi dan proses pemisahan akan lebih mudah. Dengan melakukan kompresi maka akan didapatkan gas CO2 dengan tingkat kemurnian tinggi.
H2 source diperoleh dari reaksi steam reforming
CH4+ H2CO + 3H2
Dari deskripsi diatas kita tahu impuritas dari gas H2
Pemberitahuan :
Bahan baku CO2 mungkin dapat digunakan secara ke ekonomian tetapi untuk gas H2
Mungkin tidak karena reksi steam reforming diatas hanya bisa dilakukan pada kondisi suhu 1000°C serta special furnace sehingga secara ekonomi tidak bisa dilakukan, harus dicari source lain.
Sumber Grogin
CO2 dalm Hal ini diperoleh dari side produk pengolahan batubara sehingga tingkat kemurnian lebih tinggi dan proses pemisahan akan lebih mudah. Dengan melakukan kompresi maka akan didapatkan gas CO2 dengan tingkat kemurnian tinggi.
H2 source diperoleh dari reaksi steam reforming
CH4+ H2
CO + 3H2Dari deskripsi diatas kita tahu impuritas dari gas H2
Pemberitahuan :
Bahan baku CO2 mungkin dapat digunakan secara ke ekonomian tetapi untuk gas H2
Mungkin tidak karena reksi steam reforming diatas hanya bisa dilakukan pada kondisi suhu 1000°C serta special furnace sehingga secara ekonomi tidak bisa dilakukan, harus dicari source lain.
Sumber Grogin
b) Unit Storage
Penyimpanan dalam Spherical tekanan tinggi (15atm) serta suhu dipertahankan 30°C dan diharapkan masih dalam fase gas.
Pemberitahuan :
Penyimpanan bahanbaku
Untuk Gas CO2 apabila disimpan dalam bentuk gas akan lebih rumit prosesnya karena akan menambahkan beberapa alat seperti: untuk menstabilkan suhu 30°C #mengacu pada hukum gas P berbanding lurus terhadap T.
dan T berbanding lurus dengan V.
Jadi jika P bertambah dan T dipertahankan sementara V juga tetap maka akan tidak menutup kemungkinan yang terjadi adalah perubahan fase
Triple point adalah -56,6°C pada P 5,11 atm
Atau CO2 akan berubah fase jika mendapat tekanan sebesar 5162 kPa table konversi 1atm = 1,013 E+02 kPa
Sumber Perry
Jadi source dari side produk charcoal digunakan maka akan lebih menghemat jika dilakukan proses awal berupa compresi hingga terbentuk Liquid/Dry Ice, mengingat sifat fisis dari dry ice yaitu pada tekanan atmospheric akan berubah menjadi gas tanpa harus mencair. Dan lagi impuritas dari CO2 akan lebih rendah karena proses kompresi tsb, sehingga nantinya yield yang didapatkan akan lebih tinggi.
Penyimpanan dalam Spherical tekanan tinggi (15atm) serta suhu dipertahankan 30°C dan diharapkan masih dalam fase gas.
Pemberitahuan :
Penyimpanan bahan
Untuk Gas CO2 apabila disimpan dalam bentuk gas akan lebih rumit prosesnya karena akan menambahkan beberapa alat seperti: untuk menstabilkan suhu 30°C #mengacu pada hukum gas P berbanding lurus terhadap T.
dan T berbanding lurus dengan V.
Jadi jika P bertambah dan T dipertahankan sementara V juga tetap maka akan tidak menutup kemungkinan yang terjadi adalah perubahan fase
Triple point adalah -56,6°C pada P 5,11 atm
Atau CO2 akan berubah fase jika mendapat tekanan sebesar 5162 kPa table konversi 1atm = 1,013 E+02 kPa
Sumber Perry
Jadi source dari side produk charcoal digunakan maka akan lebih menghemat jika dilakukan proses awal berupa compresi hingga terbentuk Liquid/Dry Ice, mengingat sifat fisis dari dry ice yaitu pada tekanan atmospheric akan berubah menjadi gas tanpa harus mencair. Dan lagi impuritas dari CO2 akan lebih rendah karena proses kompresi tsb, sehingga nantinya yield yang didapatkan akan lebih tinggi.
c) Reaktor
Reaksi pembuatan methanol menggunakan reactor tipe fixed bed multi tube dengan aliran co current (aliran searah) dimana pendingin berada diluar tube. Proses ini bersifat eksotermis maka digunakan refrigerant sebagai media pendingin pada reactor. Hal ini dimaksudkan agar untuk menjaga suhu kondisi operasi tetap terkontrol dengan baik sehingga dapat menghasilkan produk dengan optimal. Produk keluar ke atas berupa gas kemudian masuk kondensor untuk diubah fasenya menjadi cair.(Dengan menggunakan pendingin air)
Dimana pada reactor( kondisi operasi) adalah:
Suhu masuk =493 K
Suhu keluar = 543 K
Tekanan Reaktor = 50 atm
Suhu Reaktor =200-400˚ C
Katalis = ZnO dan Cr2O3
Reaksi pembuatan methanol menggunakan reactor tipe fixed bed multi tube dengan aliran co current (aliran searah) dimana pendingin berada diluar tube. Proses ini bersifat eksotermis maka digunakan refrigerant sebagai media pendingin pada reactor. Hal ini dimaksudkan agar untuk menjaga suhu kondisi operasi tetap terkontrol dengan baik sehingga dapat menghasilkan produk dengan optimal. Produk keluar ke atas berupa gas kemudian masuk kondensor untuk diubah fasenya menjadi cair.(Dengan menggunakan pendingin air)
Dimana pada reactor( kondisi operasi) adalah:
Suhu masuk =493 K
Suhu keluar = 543 K
Tekanan Reaktor = 50 atm
Suhu Reaktor =200-400˚ C
Katalis = ZnO dan Cr2O3
d) Tahap separasi dan purifikasi
Proses pemisahan (separtor)berupa flashdrum. Flashdrum (flash drum tekanan tinggi) disini akan dipisahkan antara fase gas dan cairnya. Fraksi gas yang merupakan sisa H2 dan CO2 akan dikembalikan untuk di recycle sebagai bahanbaku
Proses pemisahan (separtor)berupa flashdrum. Flashdrum (flash drum tekanan tinggi) disini akan dipisahkan antara fase gas dan cairnya. Fraksi gas yang merupakan sisa H2 dan CO2 akan dikembalikan untuk di recycle sebagai bahan
Absorber
Hasil berupa methanol akan larut dalam air sehingga gas-gas terikut akan keluar menembus air, adapun zat lain yang larut dalam air akan dapat dipisahkan pada proses selanjutnya
dan akan dihasilkan crude methanol alkan dialirkan ke dalam intermediate tank.
Proses purifikasi (pemurnian ) menggunakan menara destilasi digunakan reboiler dan kondensor. Reboiler sebagai pemanas menggunakan steam, sedangkan kondensor sebagai pendingin menggunakan air dengan tujuan memisahkan antara methanol dan air dengan kemurnian 99,85%, suhu masuk 114˚C, dan tekanan 1,7atm.
Hasil berupa methanol akan larut dalam air sehingga gas-gas terikut akan keluar menembus air, adapun zat lain yang larut dalam air akan dapat dipisahkan pada proses selanjutnya
dan akan dihasilkan crude methanol alkan dialirkan ke dalam intermediate tank.
Proses purifikasi (pemurnian ) menggunakan menara destilasi digunakan reboiler dan kondensor. Reboiler sebagai pemanas menggunakan steam, sedangkan kondensor sebagai pendingin menggunakan air dengan tujuan memisahkan antara methanol dan air dengan kemurnian 99,85%, suhu masuk 114˚C, dan tekanan 1,7atm.
DAFTAR PUSTAKA
(http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_dasar/sintesis_material/sintesis-bahan-anorganik-industri/)
