Post on 28-Dec-2015
description
PEMBUATAN BELERANG DAN ASAM SULFAT
Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah
Proses Industri Kimia Anorganik
Disusun oleh :
Nama : Endah Yunita Sari
NIM : 2013437030
Dosen Pengajar :
Dr. Ir. Tri Yuni Hendrawati, MSc.
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH JAKARTA
2014
1
PEMBUATAN BELERANG
1. Pengertian Sulfur
Belerang atau sulfur adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang S
dan nomor atom 16. Belerang merupakan unsur non-logam yang tidak berasa. Belerang,
dalam bentuk aslinya, adalah sebuah zat padat kristalin kuning. Di alam, belerang dapat
ditemukan sebagai unsur murni atau sebagai mineral-mineral sulfida dan sulfat. Belerang
adalah unsur penting untuk kehidupan dan ditemukan dalam 2 asam amino.
Belerang atau sulfur di alam terdapat sebagai senyawa dan unsur bebas. Belerang juga
memiliki alotropi yaitu belerang rombis dan monoklin. Belerang rombis pada suhu kamar
lebih stabil yaitu dalam bentuk molekul S8. Bila belerang rombis dipanaskan di atas 120°C
kemudian didinginkan perlahan-lahan akan terbentuk kristal belerang monoklin.
2. Sifat dan Karakteristik Sulfur
Belerang (sulfur) adalah unsur non-logam multivalen, berlimpah, tidak berasa, dan
tidak berbau.
Dalam bentuk alami, belerang berbentuk kristal padat berwarna kuning. Meskipun
belerang terkenal karena baunya yang mirip telur busuk, bau ini sebenarnya berasal dari gas
hidrogen sulfida (H2S), bukan dari belerang murni.
Belerang memiliki kristalografi kompleks. Tergantung pada kondisinya, alotrop
belerang membentuk beberapa struktur kristal yang berbeda.
a. Sifat Fisika
Nomor atom : 16
Massa : 32,064
Konfigurasi elektron : 3s2 3p
4
2
Jurusan P2K Teknik Kimia
Universitas Muhammadiyah Jakarta
Proses Industri Kimia Anorganik
Proses Pembuatan Belerang dan Asam Sulfat
Titik beku : 1119oC
Titik didih : 444,6oC
Kerapatan : 2,06
Potensial elektron : -0,48
Berat jenis : 2,05 – 2,09
Kekerasan : 1,5 – 2,5 ( skala mohs )
Titik lebur : 129oC
b. Sifat Kimia
Sifat atom
Struktur Kristal orthorhombic
Bilangan oksidasi -1, ±2, 4, 6 (oksida asam kuat)
Keelektronegatifan 2.58 (skala pauling)
Energi ionisasi Pertama 999.6 kJ/mol,
Kedua :2252 kJ/mol,
Ketiga :3357 kJ/mol
Jari-jari atom 100 pm
Jari-jari atom (terhitung) 88 pm
Jari-jari kovalen 102 pm
Jari-jari vander waals 180 pm
Belerang merupakan unsur khalkogen. Keelektronegativannya lebih rendah dari
keelektronegativan oksigen, senyawa ini menunjukkan derajat ion yang lebih rendah
dan kenaikan derajat kekovalenan ikatan dan akibatnya derajat ikatan hidrogennya
menjadi lebih kecil. Unsur belerang mempunyai banyak alotrop yang mencerminkan
kemampuan katenasi atom belerang. Belerang tidak larut dalam air tetapi mudah larut
3
Jurusan P2K Teknik Kimia
Universitas Muhammadiyah Jakarta
Proses Industri Kimia Anorganik
Proses Pembuatan Belerang dan Asam Sulfat
dalam pelarut organik misalnya CS2, CCl4, dan toluena. Apabila belerang dibakar
apinya berwarna biru dan menghasilkan gas-gas SO2 yang berbau busuk.
3. Kegunaan Sulfur
a. Sebagai bahan baku pembuatan asam sulfat H2SO4 (Proses Kontak dan Proses
Kamar Timbal).
b. Digunakan dalam baterai, deterjen, fungisida, pupuk, bubuk mesiu, korek api, dan
kembang api.
c. Untuk membuat beton tahan korosi yang memiliki kekuatan besar, untuk pelarut,
serta digunakan dalam industri kimia dan farmasi.
4. Sumber Belerang dan Cara Memperolehnya
a. Proses Farch
Belerang dialam terdapat dalam keadaan bebas dan dalam keadaan bentuk
senyawanya.
Cara frasch adalah mengambil belerang dari deposit belerang di bawah tanah,
pompa frasch dirancang oleh Herman Frasch dari Amerika Serikat tahun 1904.
Penambangan belerang dengan metode ini dilakukan untuk endapan belerang yang
ditutupi oleh lapisan tanah yang sangat tebal. Penambangan dengan cara ini dilakukan
dengan menginjeksikan air panas ( + 160 o
C ) kedalam pipa yang akan digunakan. Air
panas ini berfungsi untuk melarutkan belerang dari endapan kubah garam atau
sejenisnya pada kedalaman antara 150 - 170 m.
4
Jurusan P2K Teknik Kimia
Universitas Muhammadiyah Jakarta
Proses Industri Kimia Anorganik
Proses Pembuatan Belerang dan Asam Sulfat
Dasar pengambilan sulfur menurut proses ini adalah pencairan sulfur di bawah
tanah / laut dengan air panas, lalu mamompanya ke atas permukaan bumi. Untuk
maksud itu digunakan 3 pipa konsentris 6”, 3”, dan 1”. Air panas (325oC) dipompakan
ke dalam batuan S melalui bagian pipa 6”, sehingga S akan meleleh (235oF). Lelehan S
yang lebih berat dari air akan masuk ke bagian bawah antara pipa 3” dan 1”, dan
dengan tekanan udara yang dipompakan melalui pipa 1”, air yang bercampur dengan S
akan naik ke atas sebagai “crude S”, untuk kemudian diolah menjadi “crude bright”
atau “refined S”.
b. Pengambilan S dari Sulfida
S dapat pula diambil dari batuan sulfida atau sulfat, seperti pyrite FeS2,
chalcopyrite CuFeS2, covelita CuS, galena PbS, Zn blende ZnS, gips CaSO4, barire
BaSO4, anglesite PbSO4, dan lain – lain.
c. Pengambilan Belerang dari Gas buang
Belerang diperoleh dari flue gas asal pembakaran batu bara atau penyilangan
minyak bumi, yang tidak boleh dibuang ke udara karena dapat menimbulkan
pencemaran. Gas-gas tersebut terlebih dahulu diabsorpsi dengan menggunakan
5
Jurusan P2K Teknik Kimia
Universitas Muhammadiyah Jakarta
Proses Industri Kimia Anorganik
Proses Pembuatan Belerang dan Asam Sulfat
etanolamin, kemudian dipanaskan kembali untuk mendapatkan gasnya kembali untuk
diproses lebih lanjut. Reaksi yang terjadi sebagai berikut :
HOCH2CH2NH2(l) + H2S(g) ⇆ HOCH2CH2NH3+ + HS-
Setelah dipisahkan, campuran kemudian dipanaskan sehingga H2S dilepaskan
sebagai gas. Gas ini kemudian dicampur dengan gas oksigen untuk membakar sepertiga
H2S menjadi gas SO2 dan air. Gas SO2 bereaksi dengan H2S sisa membentuk belerang
dan air.
2H2S + 3O2→ 2SO2 + 2H2O4H2S + 2SO2 → 6S + 4H2O
d. Pengambilan Sulfur Alamiah dari deposit gunung berapi (Indonesia)
Deposit S di gunung berapi dapat berupa batuan, lumpur sedimen atau lumpur
6
Jurusan P2K Teknik Kimia
Universitas Muhammadiyah Jakarta
Proses Industri Kimia Anorganik
Proses Pembuatan Belerang dan Asam Sulfat
sublimasi, kadarnya tidak begitu tinggi (30 – 60 %) dan jumlahnya tidak begitu banyak
(600 – 1000 juta ton, total).
Di gunung Talaga Bodas di dapat dalam bentuk lumpur dengan kadar S (30-70 %)
dan jumlah deposit 300 juta ton.
Tempat-tempat lainnya adalah : kawah Ijen, Gunung Welirang, Gunung Dieng
dan Gunung Tangkuban Perahu. Untuk pemanfaatan sumber alam ini diperlukan
peningkatan kadar S terlebih dahulu, antara lain dengan cara flotasi dan benefication.
Dalam flotasi dilakukan penambahan air dan „frother‟ sehingga S akan terapung dan
dapat dipisahkan. Sedangkan dalam „benefication process‟ S setelah ditambahkan air
dan reagen-reagen dipanaskan dalam autoclave selama ½ - ¾ jam pada 3 atm, setiap
partikel-partikel kecil S terkumpul, kemudian dilakukan pencucian dengan air untuk
menghilangkan tanah, lalu dipanaskan kembali dalam autoclave sehingga S terpisah
sebagai lapisan S dengan kadar 80-90 %.
e. Pembentukan dengan Ion Tiosulfat
Ion tiosulfat mirip ion sulfat namun salah satu atom oksigen diganti dengan atom
belerang. Ion tiosulfat tidak stabil oleh pemanasan dan mengalami disproporsionasi
menjadi tiga spesies dengan tingkat oksidasi belerang yang berbeda-beda yaitu sulfat,
sulfida, dan belerang menurut persamaan reksi :
4 Na2S2O3(s) → 3 Na2SO4(s) + Na2S(s)+ 4 S(s)
Tiosulfat bereaksi dengan asam membentuk endapan kuning belerang dan gas
belerang dioksida menurut persamaan reaksi:
S2O32-
(aq) +2 H3O+ (aq) → H2S2O3 (aq)+ 2 H2O (l)
H2S2O3 (aq) → H2O (l)+ S (s) + SO2(g)
7
PEMBUATAN ASAM SULFAT
1. Pengertian Asam Sulfat
Asam sulfat, H2SO4, merupakan asam mineral (anorganik) yang kuat. Zat ini larut
dalam air pada semua perbandingan. Asam sulfat mempunyai banyak kegunaan dan
merupakan salah satu produk utama industri kimia. Asam sulfat adalah zat cair kental, tak
berwarna, bersifat sangat higroskopis. Asam sulfat dapat menarik hidrogen dan oksigen dari
senyawanya dengan perbandingan 2 : 1.
2. Sifat Fisik dan Kimia Asam Sulfat
Keadaan fisik : cair (tebal cair berminyak)
Rasa : rasa asam marked
Berat molekul : 98,08 g/mol
Warna : tidak berwarna
pH : asam
Titik didih : 270⁰C (518⁰F)
Titik leleh : -35⁰C (-31⁰F)
Berat jenis cairan : 1,84
Tekanan uap : tidak tersedia
Kelarutan : mudah larut dalam air dingin
3. Kegunaan Asam Sulfat
8
Jurusan P2K Teknik Kimia
Universitas Muhammadiyah Jakarta
Proses Industri Kimia Anorganik
Proses Pembuatan Belerang dan Asam Sulfat
Beberapa manfaat asam sulfat adalah untuk pembuatan pupuk, di antaranya pupuk
superfosfat, detergen, cat kuku, cat warna, fiber, plastik, industri logam, dan pengisi aki.
Asam sulfat kuat 93% sampai dengan 99% digunakan untuk pembuatan berbagai bahan kimia
nitrogen, sintesis fenol, pemulihan asam lemak dalam pembuatan sabun, pembuatan asam
fosfat, dan tripel superfosfat. Oleum (H2S2O7) digunakan dalam pengolahan minyak bumi,
TNT (trinitrotoluena), dan zat warna serta untuk memperkuat asam lemah.
4. Proses Pembuatan Asam Sulfat
a. Pembuatan H2SO4 dengan proses Timbal (Pb)
Pada tahun 1746, Roebuck dari Birmingham Inggris, memperkenalkan proses
kamar timbal. Proses ini menarik, namun sudah kuno. Gas SO2 dan NO dimasukkan ke
menara Glover bersamaan dengan gas-gas dari menara Gay Lussac, gas yang keluar
dari menara Glover dimasukkan ke dalam kamar timbal dan disemprotkan dengan air
sehingga menghasilkan asam sulfat 60-67%. Hasil ini sebagian dikembalikan ke
menara Glover yang akan menghasilkan asam 77%. Asam ini sebagian dimasukkan ke
dalam menara Gay Lussac untuk menyerap gas-gas NO dan NO2 (katalisator). Gas
yang terserap ini dimasukkan kembali ke menara Glover kamar timbal berbentuk
silindris volumenya cukup luas. Permukaan dalamnya dilapisi timbal tipis dan disekat-
sekat agar panas dapat ditransfer dengan baik, dinding bagian luar diberi sirip-sirip.
Sehingga di dalam menara ini terjadi pengembunan uap asam sulfat. Menara Gay
Lussac berfungsi untuk memungut kembali katalisator gas NO dan NO2 di kamar
timbal dengan menggunakan asam sulfat 77%. Penyerapan dilakukan pada suhu rendah
9
Jurusan P2K Teknik Kimia
Universitas Muhammadiyah Jakarta
Proses Industri Kimia Anorganik
Proses Pembuatan Belerang dan Asam Sulfat
antara 40-60°C. Menara Glover bertugas memekatkan hasil asam sulfat dari kamar
timbal. Pemekatan panas ini perlu panas dan ini dapat diambil dari panas yang dibawa
GHP (gas hasil pembakaran) belerang (400-600°C).
Proses tersebut menggunakan ruang reaktor yang dindingnya dilapisi timbal ( Pb )
oleh sebab itu dinamakan proses kamar timbal / bilik timbal. Bahan baku dalam proses
ini sama seperti pada proses kontak yaitu gas SO2. Katalis yang digunakan pada proses
ini ialah gas NO dan NO2.
Reaksi yang terjadi:
2S(s) + 2 O2(g) → 2 SO2(g)
2 SO2(g) + 2 NO2(g) → 2 SO3(g) + 2 NO(g)
Gas NO dialirkan ke suatu tempat reaksi ( reaktor ) dan dioksidasi kembali
menjadi NO2.
2 NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)
Gas SO3 di kamar timbal direaksikan dengan air yang disemprotkan.
SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(l)
Kepekatan H2SO4 yang dihasilkan kira-kira 62,5 % dan dipekatkan lagi hingga 77,6 %
10
Jurusan P2K Teknik Kimia
Universitas Muhammadiyah Jakarta
Proses Industri Kimia Anorganik
Proses Pembuatan Belerang dan Asam Sulfat
b. Pembuatan H2SO4 dengan Proses Kontak
Proses kontak pertama kali ditemukan pada tahun 1831 oleh Peregrine Philips,
seorang negarawan Inggris, yang patennya mencakup aspek-aspek penting dari proses
kontak yang modern, yaitu dengan melewatkan campuran sulfur dioksida dan udara
melalui katalis, kemudian diikuti dengan absorbsi sulfur trioksida di dalam asam sulfat
98,5 – 99%. Pada tahun 1889 diketahui bahwa proses kontak dapat ditingkatkan dengan
menggunakan oksigen berlebihan di dalam campuran gas reaksi. Proses kontak
sekarang telah banyak mengalami penyempurnaan dalam rinciannya dan dewasa ini
telah menjadi suatu proses industri yang murah, kontinyu dan dikendalikan otomatis.
Sampai tahun 1900, belum ada pabrik dengan proses kontak yang dibangun di Eropa, di
mana terdapat kebutuhan terhadap oleum dan asam konsentrasi tinggi untuk digunakan
pada sulfonasi, terutama pada industri zat warna. Dalam periode 1900 sampai 1925,
banyak pabrik asam sulfat dengan proses kontak telah dapat bersaing dengan proses
kamar pada segala konsentrasi asam yang dihasilkan. Sejak pertengahan tahun 1920-an,
kebanyakan fasilitas yang baru dibangun dengan menggunakan proses kontak dengan
katalis hidrogen biasanya berupa zat padat, antara lain Pt, V2O5 dan Fe2O3. Katalis ini
berpori-pori sehingga cocok untuk pembuatan asam sulfat, karena memiliki bidang
kontak yang besar. Udara yang digunakan untuk membakar belerang dibersihkan
dahulu dengan asam sulfat dalam menara absorber, hasil pembakaran dibersihkan
11
Jurusan P2K Teknik Kimia
Universitas Muhammadiyah Jakarta
Proses Industri Kimia Anorganik
Proses Pembuatan Belerang dan Asam Sulfat
dalam Waste Heat Boiler kemudian dimasukkan ke dalam konverter bersama O2, gas
hasil konverter atau reaktor dimasukkan ke dalam menara penyerap atau absorber.
Penyerap yang digunakan adalah asam sulfat 98,5%.
Bahan baku asam sulfat adalah gas SO2 yang diperoleh dengan pemanggangan
pirit atau pembakaran arang. Gas belerang dioksidasi yang terjadi dicampur dengan
udara dialirkan melalui katalisator kontak(V2O5) pada suhu ± 400 °C.
Dalam tanur kontak, gas SO2 + O2 diembuskan ke dalam tanur hingga
bersentuhan dengan lempenglempeng yang dilapis V2O5 dalam tanur tersebut sebagai
zat kontak.
Reaksi yang terjadi :
S(s) + O2(g) → SO2(g)
2 SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g) ΔH = - 98,3 KJ
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 sampai menghasilkan
asam sulfat.
Sulfur trioksida diserap ke dalam 97-98% H2SO4 menjadioleum (H2S2O7), juga
dikenal sebagai asam sulfat berasap. Oleum kemudian diencerkan ke dalam air menjadi
asam sulfat pekat.
H2SO4 (l) + SO3(g) → H2S2O7 (l)
H2S2O7 (l) + H2O (l) → 2 H2SO4 (l)
Kondisi Proses dilakukan dalam suhu 500 C dan tekanan 1 atm. Tekanan
dilakukan pada 1 atm karena pada tekanan tinggi Asam sulfat yang dihasilkan sedikit.
12
Jurusan P2K Teknik Kimia
Universitas Muhammadiyah Jakarta
Proses Industri Kimia Anorganik
Proses Pembuatan Belerang dan Asam Sulfat
Proses kontak. Sumber: Austin, Goerge T. E. Jasjfi. 1996.
DAFTAR PUSTAKA
http://kebaikanpembawaberkah.blogspot.com/2013/06/sejarah-dan-karakteristik-belerang.html
http://caesarvery.blogspot.com/2013/07/proses-pembuatan-asam-sulfat-h2so4.html
http://www.amazine.co/27072/belerang-s-fakta-sifat-kegunaan-efek-kesehatannya/
http://nurhidayatsnotes.blogspot.com/2013/12/industri-sulfur-dan-asam-sulfat.html
http://oktafianaoka.blogspot.com/2012/12/belerang.html
http://perpustakaancyber.blogspot.com/2013/08/cara-proses-pembuatan-belerang-sulfur.html