Contoh Penerapan Kesetimbangan Kimia di Dalam Industri, Aplikasi, Pembuatan Amonia dan Asam Sulfat - Proses produksi zat-zat pada industri, khususnya industri bahan-bahan kimia, ada yang memakai reaksi kesetimbangan. Misalnya pada pembuatan amonia dan pembuatan asam sulfat. Pada proses industri bahan-bahan kimia dihadapkan pada duduk perkara bagaimana mendapat hasil sebanyak-banyaknya sekaligus berkualitas tinggi, namun memakai proses yang efektif, efisien, dan biaya yang tidak terlalu besar.
A. Pembuatan Amonia dengan Proses Haber-Bosch
Unsur nitrogen terdapat di atmosfer dan menyusun sebanyak 78% dari volumenya, tetapi alasannya yaitu kelembaman nitrogen, senyawa-senyawa nitrogen tidak banyak terdapat di alam. Metode untuk menyintesis senyawa-senyawa nitrogen yang dikenal sebagai fiksasi nitrogen buatan, merupakan proses industri yang sangat penting. Metode utama yaitu mereaksikan nitrogen dan hidrogen membentuk amonia. Amonia selanjutnya diubah menjadi senyawa nitrogen lainnya, menyerupai asam nitrat dan garam nitrat. Pupuk urea (CO(NH2)2) merupakan materi kimia yang terbentuk melalui reaksi NH3 dengan CO2.
Amonia juga dipakai dalam pembuatan majemuk monomer yang mengandung nitrogen untuk industri nilon, polimer-polimer akrilat, dan busa poliutretan. Amonia juga dipakai dalam industri farmasi, macam-macam materi organik, anorganik, detergen dan larutan pembersih, pupuk, dan materi peledak (TNT atau trinitrotoluena).
Dasar teori dari reaksi sintesis amonia dan uji laboratorisnya merupakan penelitian Fritz Haber (1908). Usaha pengembangan proses Haber menjadi proses besar-besaran. Usaha tersebut merupakan tantangan bagi insinyurinsinyur kimia pada ketika itu. Hal ini alasannya yaitu metode tersebut mensyaratkan reaksi kimia dalam fasa gas pada suhu dan tekanan tinggi dengan katalis yang sesuai. Pekerjaan ini dipimpin oleh Carl Bosch di Badishe Anilin and Soda Fabrik (BASF). Pada tahun 1913, pabrik beroperasi dengan produksi 30.000 kg NH3 per hari. Pabrik amonia modern ketika ini memiliki kapasitas 50 kali lebih besar.
Beberapa data relevan mengenai reaksi sintesis amonia adalah:
N2(g) + 3H2(g) D 2NH3(g)
(ΔH = –92,38 kJ/mol, suhu = 298 K, Kp = 6,2 × 105)
Untuk setiap 1 mol gas nitrogen dan 3 mol gas hidrogen dihasilkan 2 mol gas amonia. Peningkatan tekanan menyebabkan adonan reaksi bervolume kecil dan menyebabkan terjadinya reaksi yang menghasilkan amonia lebih besar. Reaksi ke kanan bersifat eksoterm. Reaksi eksoterm lebih baik terjadi kalau suhu diturunkan, sehingga reaksi bergeser ke kanan menghasilkan amonia makin besar. Kaprikornus kondisi optimum untuk produksi NH3 adalah tekanan tinggi dan suhu rendah. Tetapi, keadaan optimum ini tidak mengatasi duduk perkara laju reaksi. Sekalipun produksi kesetimbangan NH3 lebih baik terjadi pada suhu rendah, namun laju pembentukannya sangat lambat, sehingga reaksi ini tidak layak. Salah satu cara untuk meningkatkan reaksi yaitu dengan memakai katalis. Walaupun tidak mempengaruhi kesetimbangan, namun katalis sanggup mempercepat reaksi. Keadaan reaksi yang biasa dilakukan dalam proses Haber–Bosch yaitu pada suhu 550 °C, tekanan dari 150 hingga dengan 500 atm, dan katalis biasanya besi dengan campuran Al2O3, MgO, CaO, dan K2O. Cara lain untuk meningkatkan laju produksi NH3 adalah memindahkan NH3 dengan segera sehabis terbentuk.
Titik didih gas NH3 lebih tinggi daripada titik didih nitrogen dan hidrogen. Proses selanjutnya, gas amonia didinginkan sehingga mencair. Gas nitrogen dan gas hidrogen yang belum bereaksi dan gas amonia yang tidak mencair kemudian diresirkulasi, dicampur dengan gas nitrogen dan hidrogen, kemudian dialirkan kembali ke dalam tangki. (Baca juga materi lainnya ihwal proses Haber–Bosch)
Sumber : Kimia Dasar, Prinsip dan Terapan Modern, Jilid 2, Ralph H. Petrucci, 1996.
B. Pembuatan Asam Sulfat dengan Proses Kontak
Salah satu cara pembuatan asam sulfat melalui proses industri dengan produk yang cukup besar yaitu dengan proses kontak. Bahan yang dipakai pada proses ini yaitu sulfur dan melalui proses berikut.
a. Belerang dibakar di udara, sehingga bereaksi dengan oksigen dan menghasilkan gas sulfur dioksida.
S(s) + O2(g) → SO2(g)
b. Belerang dioksida direaksikan dengan oksigen dan dihasilkan sulfur trioksida.
SO2(g) + ½ O2(g) D SO3(g)
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.
SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq)
d. Reaksi tersebut berlangsung andal 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 hingga menghasilkan asam sulfat.
SO3(g) + H2SO4(g) → H2S2O7(aq)
H2S2O7(aq) + H2O(l) → 2H2SO4(l)
Beberapa manfaat asam sulfat yaitu untuk pembuatan pupuk, di antaranya pupuk superfosfat, detergen, cat kuku, cat warna, fiber, plastik, industri logam, dan pengisi aki. Asam sulfat berpengaruh 93% hingga dengan 99% dipakai untuk pembuatan aneka macam materi kimia nitrogen, sintesis fenol, pemulihan asam lemak dalam pembuatan sabun, pembuatan asam fosfat dan tripel superfosfat. Oleum (H2S2O7) dipakai dalam pengolahan minyak bumi, TNT (trinitrotoluena), dan zat warna serta untuk memperkuat asam lemah.
Berikut ini yaitu diagram alir pabrik asam sulfat kontak yang memakai pembakaran sulfur dan perembesan tunggal dengan injeksi udara (pengenceran) antar tahap. (Baca juga materi lainnya tentang proses kontak)
 |
| Gambar 1. Proses kontak. Sumber: Austin, Goerge T. E. Jasjfi. 1996. |
Anda kini sudah mengetahui Penerapan Kesetimbangan Kimia di Dalam Industri. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.
Referensi :
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.
No comments:
Post a Comment