Pabrik Klor Alkali
-
Upload
saputra-idant -
Category
Documents
-
view
227 -
download
3
description
Transcript of Pabrik Klor Alkali
batu kapur amoniakNaCl
karbon dioksida
soda abuproses elektrolisa
khlor Cl2
soda kostik(NaOH)
natrium bikarbonat
sabunrayonpewarnakertasobatmakanankaret
sabun gulagelas makananobat pewarnakertas keramiktekstil petroleumfotografi kulitpertanian dll
obatminumanroti/kuepemadam api
pulp & kertaspelarutplastikpestisidapemucatsanitasi
Diagram industri khlor-alkali
Soda kostik dan khlor
soda kostik ( NaOH) dan khlor (Cl2) adalah produk dari proses elektrolisa larutan logam alkali atau dari lelehan khlorida.
Reaksi dan perubahan energi
dT
TdE
nF
HJE
E = tegangan dekomposisi teoritis∆H = perubahan entalpi reaksiJ = ekivalen elektrik untuk panasT = suhu absolutF = konstanta Faradayn= bilangan ekivalen yg terlibat.
Pemurnian air garam (brine)
D1
NaOHNa2CO3
NaOClBaCl2
lumpur
H2ONaCl
R1
R2 R3
DC
PF1 PF2
D2D3
D4
E1
E2
Di R2 , penambahan NaOH dan Na2CO3 akan mengendapkan
ion-ion Ca 2+, Mg 2+, Fe 3+, dan Al 3+. Selain itu, terjadi penambahan ion Na +.
NaOCl yang ditambahkan di R3, akan mengeliminasi NH3 , sedangkan
BaCl2 akan mengeliminasi ion SO4-.
air garam daurulang utk mengaturpH
lar. NaClmurni
Brine Purification / Ion Exchange Unit
Cara lain untuk pemurnianair garam adalah denganpenukar ion.
Reaksi kimia :
NaCl + H2O NaOH + ½ H2 + ½ Cl2
Na + ½ Cl2 NaCl ∆H = 407 kJH2 + ½ O2 H2O ∆H = 286 kJNa + ½ O2 + ½ H2 NaOH ∆H = 469 kJ
Reaksi ini berlangsung secara elektrokimia, menggunakan sel yangterdiri dari beberapa jenis (dan terus dikembangkan).Beberapa jenis sel elektrokimia yang sudah dipakai di industri adalah :
1. Sel diafragma2. Sel air raksa (merkuri) atau sel amalgam3. Sel membran.
ELEKTROLISA LARUTAN GARAM
reaksi di katoda ( - ) :
2 H2O + 2 e- H2 + OH -
reaksi di anoda ( + ) :
diafragmaasbes
katoda baja
anoda karbon
produkcairan
air garamjenuh
H2
+ −
Cl2
Cl - ½ Cl2 + e -
Katoda biasanya dari baja, sedangkan anoda dari grafit
Sel diafragma
sumber listrik
Cl2
H2
air garam(brine)
soda kostikdalam larutanair garam
Sel diafragma komersil
Katoda yangdibuat daribaja berlubangdilapisi serat ygberlaku sbgmembran
Anoda “finger”,dari grafit. Diantaranya diselipkan katoda.
Jika digunakan elektroda dari grafit, kemungkinan akan terjadi reaksi : C + 4 OH- CO2 + 2 H2O + 4 e- , oleh karena itu grafit diganti denganpelat platina yang dilapisi oksida dari grup VIII.
Kondisi operasi Sifat fungsional
konsentrasi air garam (brine) : 315 – 330 g/l
CaO : 5 ppm
pengotor MgO : 0,8 ppm
SO4= : 0 – 0,3 g/l
suhu : 90 – 105 oC
pH : 10,5 – 11
konsentrasi produk : 12 – 14 % NaOH
14 – 16 % NaCl
Satuan elektrolisa : sel yang disusun seri
EMF : 2,95 – 3,8 V
arus : 15 – 150 kA
rapat arus : 1,18 – 2,9 kA/m2
efisiensi arus : 93 – 98 %
konsumsi energi : 2200 – 2900 kWh / ton Cl2 C* 240 – 280 hari
anoda
Me* 5 tahun
umur
A* 4 – 5 bulan
katoda
A + P* 24 – 36 bulan
Catatan :
C = grafit Me = logamA = asbesA + P = asbes + polimer
Karakteristik sel diafragma.
G : generator T : transfomator R : rektifier
E1, E2 : pendingin
C : pengering
RTG
E1
E2
C
larutan NaOHdalam brine
H2O
H2O
H2SO4
96 – 98 %
Diagram alir proses pembuatan soda kostik menggunakan sel diafragma
brine
H2
Cl2
asam sulfatterhidrasi
reaksi di katoda ( - ) :2 H2O + 2 e- H2 + OH - ( 1 )
reaksi di anoda ( + ) :Cl - ½ Cl2 + e - ( 2 )
dengan adanya reaksi tsb, kandunganNaCl menjadi berkurang, tetapi di ruangkatoda menjadi ‘kaya’ NaOH, karena terjadi migrasi ion Na+ (akibat terbentuknyaion OH- di ruangan ini).
produkcairan
air garamjenuh
H2
+ −
ruang katoda
reaksi samping yg terjadidi ruang anoda :
Cl2 + H2O H+ + Cl- + HOCl H+ + ClO- ( 3 )
Cl2
2 H2O O2 + 4 H+ + 4 e- ( 4 )
2 OH- + Cl2 ClO- + Cl- + H2O ( 5 )
12 OH- + 12 ClO- 4 ClO3- + 8 Cl- + 3 O2 + 6 H2O
+ 12 e-
( 6 )
Reaksi samping (5) dan (6) yang terjadi di ruang anoda disebabkan karena adaion OH- yang mengalir dari ruang katoda.Reaksi yang menghasilkan ion khlorat ( ClO3
- ) tidak dikehendaki, sehingga dicegahdengan cara menghalangi aliran ion OH- dari katoda ke anoda.
Untuk mencegah ‘aliran’ ion OH- dari ruang katoda ke ruang anoda maka ruangkatoda dibuat lebih rendah, atau di’bawah’ ruang anoda.
Katoda ( − )
2 H2O + 2 e- H2 + OH −2 H3O+
+ 2 e- H2 2 H3O+
difusi
Na+ Na+
Cl − difusi 2 Cl − Cl2 + 2 e OH− OH−
Anoda (+)
katolit : basa anolit : asamterbentuk NaOH
dicegah
difusi
Umpan air garam (brine) dimasukkan ke ruang anoda (anolit), sehingga akan terjadi aliran kontinyu dari anoda ke katoda.
air garam
H2
konduktor anoda
anoda grafitpipa umpanair garam(brine)
air garammasuk
katodadilapisi asbes
Cl2
NaOHkeluar
Sel Hooker jenis “S-3A”
Dengan konstruksi seperti sel Hooker ini, aliran OH- dari ruang katoda ke ruang anodadapat dihindari
saringankatoda
NaOH
H2
umpan brineCl2
anoda
indikator brine
diafragma
Penampang sel
Sel diafragma Vorce
sel Allen Moore
Sel elektrolisa dengan katoda air raksa
Dengan sel diafragma, soda kostik yang diperoleh konsentrasinya kecil dan masih mengandung NaCl. Meskipun telah dipekatkan dan dimurnikan, kandunganNaClnya tidak bisa kurang dari 2 – 3 %.
Untuk memperoleh kadar soda kostik (NaOH) yang lebih tinggi dan bebas NaCl,maka digunakan sel elektrolisa dengan metode amalgam yang memakai dua sel :
sel elektrolisa dan sel dekomposer/pengurai
Sel elektrolisa dibuat dari bejana baja yang berbentuk persegi panjang,dilapisi karet.Gas khlor (Cl2) akan dihasilkan dari sel elektrolisa ini, sedangkan logam Nanyaakan bersenyawa dengan air raksa membentuk natrium-amalgam.
ELEKTRODA
di sel elektrolisa
di dekomposer (pengurai)
katoda ( - ) : air raksa
anoda ( + ) : grafit atau lembaran titanium dilapisi oksida grup VIII
anoda (+) : Na-amalgam
katoda ( - ) : grafit
Reaksi
Reaksi utama di sel elektrolisa :
Anoda ( + ) : 2 Cl − Cl2 + 2 e –
Katoda ( – ) : Na + + nHg + e − NaHgn (n = 60 – 70 )
Reaksi yang terjadi di dekomposer :
Anoda ( + ) : 2 NaHgn 2 Na+ + 2n Hg + 2 e −
Katoda (–) : 2 H2O + 2 e− H2 + 2 OH−
Reaksi dekomposisi amalgam keseluruhan :
2 NaHg + 2 H2O 2 NaOH + H2 + n Hg
di katoda tidak terbentuk gas H2, melainkan amalgam dijelaskan sbb :
potensial reduksi Na , Eo Na+║Na adalah – 2,71 Volt, sedangkan Eo H+║H2 adalah 0,00 Volt , di larutan yang sifatnya basa , Eo H2O║OH adalah – 0,83 Volt
Dengan demikian maka adanya Hg akan mengakibatkan terjadinya potensial lebih(overpotensial) yang akan mereduksi : 2H+ H2
umpan air garam
amalgam hasil elektrolisa
H2
(−)
(+)
NaOH 50 %
Cl2
katoda
anoda
air bebasionHg daur ulang
lar.
NaO
H e
nce
r
am
alg
am
sem
ideko
mposi
si
Sel elektrolisa Sel galvanik(decomposer)
Kondisi operasi Sifat fungsional
konsentrasi air garam (brine) : 300 – 320 g/l
CaO < 5 ppm
pengotor MgO < 3 ppm
SO4= < 2 g/l
suhu : 75 - 85 oC
pH : 3 - 5
Kondisi yg harus dipenuhi untuk air raksa :
Na pada tempat masuk : 0,01 %
Na pada tempat keluar : 0,16 – 0,20 %
Jumlah Hg : 4,7 ton/sel
konsentrasi produk :
NaOH : 48 - 54 %
NaCl : 270 g/l
Cl2 : 0,5 g/l
NaCl < 50 ppm
Satuan elektrolisa : sel yang disusun seri
EMF : 4 – 4,5 V
arus : 380 - 420 kA
rapat arus : 12 – 12,5 kA/m2
efisiensi arus : 95 – 97 %
konsumsi energi : 3300 – 3450 kWh / ton Cl2 jenis : DSA
anoda jumlah : 40 - 45
umur : 3 – 6 tahun
Produksi pada saat beban penuh :
Cl2 : 13 – 14 ton/hari
NaOH : 15,6 ton/hari
H2 : 0,4 ton/hari
Sel air raksa (Hg) dan lingkungan
Setap ton produk gas Khlor, lebih kurang 300 gram Hg akan ter’cecer’ di limbahpabrik. Usaha untuk mengurangi kebocoran Hg terus diupayakan, tetapi jumlahminimum masih 5 – 10 gram/ton khlor.
Pabrik khlor di Spanyol yang menggunakan proses air raksa (Hg)
Pabrik Khlor dengan kapasitas 70 000 ton/tahun di Belanda yang menggunakanproses air raksa. Bejana silinder adalah reaktor dekomposisi (decomposer), yangdialiri air untuk menguraikan Na-amalgam, menghasilkan NaOH dan gas H2.Air raksa hasil dekomposisi dialirkan kembali ke sel elektrolisa ( terletak di belakang bejana).
Sel elektrolisa dengan membran.
garam
lar garam
pemurnianbiasa
pemurnian denganpenukar ion
soda kostikke pemekatan
Cl2 H2
air
OH−
Na+
Cl−
lar garamencer di-daur ulang
air bebas ion
+ −
membran selektif
Pemekatan NaOH(1). Untuk larutan soda kostik yang encer ( sekitar 9 – 10%), penguap Kestner dapat menaikkan konsentrasi hingga14 – 16 %, Karena penguapan ini memerlukan luas permukaan yang besar, maka penguap Kestner terdiri dari kumpulan buluh (tube), dengan panjang yang cukup untuk mengantisipasi buih yang terbentuk dari larutan NaOH.
(2). Penguapan di penguap multi tahap digunakan untuk memekatkan larutan NaOH hingga konsentrasi sekitar 30 %. Pada penguapan ini NaCl dan Na2CO3 dapat dipisahkan sebagai endapan.
(3). Penguapan di penguap vakum akan memekatkan larutan NaOH hingga 50% , dan/atau menggunakan kukus lewat panas karena titik didih larutan NaOH tersebut 140 oC
(4). Untuk mengeringkan larutan yang lebih pekat dari 50 % , penguapan dilakukan di pan terbuka, sehingga diperoleh NaOH basah dengan kadar 70 %.
Asal larutan NaOH Konsentrasi rata2 (%)
Tahap pemekatan yang dilakukan
Keterangan
1.Proses kostisasi 9 – 10 (1) , (2) , (3) , (4), (5)
Tahap pertama dan kedua untuk menghilangkan Na2CO3
2. Elektrolisa
Sel diafragma
Sel membran
Sel amalgam (Hg)
12 – 15
20
(2) , (3) , (4), (5)
(2) , (3) , (4), (5)
(4), (5)
Tahap (2) dilakukan untyuk menghilangkan NaCl.
Konsentrasi NaOH ( % )
Jumlah air ( kg )
per 106 kg NaOH
9,6 1000
16 550
30 249
50 106
Dengan demikian maka untuk memperolehNaOH 50 % dari lar NaOH 16 %, harusdiuapkan air sebanyak :
106
106550 = 4,19 NaOH
OH
kg
kg 2
D
H2O
lelehanNaOH
lar. NaOHencer
kukuslewatjenuh
kukustek. rendah
E2 E3E4
E5
E1
C1
C2
PF
B1 B2
ke pompavakum
E1 : penguap KestnerE2,E3,E4 : penguap multi tahapE5 : penguap vakumC1,C2 : kondensor
D : pengendap/pengkristalPF : penyaring putar OliverB1 : pemekatB2 : pan pelelehan
Diagram alir pemekatan lar. NaOH 9 – 10 %
H2O
lumpur (Na2CO3,
Ca(OH)2, NaCl).