INDUSTRI KHLOR ALKALI.

Presentasi berjudul: "INDUSTRI KHLOR ALKALI."— Transcript presentasi:

1 INDUSTRI KHLOR ALKALI

2 amoniak NaCl Diagram industri khlor-alkali batu kapur soda abu
karbon dioksida soda abu proses elektrolisa khlor Cl2 soda kostik (NaOH) natrium bikarbonat sabun rayon pewarna kertas obat makanan karet sabun gula gelas makanan obat pewarna kertas keramik tekstil petroleum fotografi kulit pertanian dll minuman roti/kue pemadam api pulp & kertas pelarut plastik pestisida pemucat sanitasi

3 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 E = tegangan dekomposisi teoritis ∆H = perubahan entalpi reaksi J = ekivalen elektrik untuk panas T = suhu absolut F = konstanta Faraday n= bilangan ekivalen yg terlibat.

4 Pemurnian air garam (brine)
D1 NaOH Na2CO3 NaOCl BaCl2 lumpur H2O NaCl R1 R2 R3 DC PF1 PF2 D2 D3 D4 E1 E2 air garam daur ulang utk mengatur pH 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 +. lar. NaCl murni NaOCl yang ditambahkan di R3, akan mengeliminasi NH3 , sedangkan BaCl2 akan mengeliminasi ion SO4-.

5 Cara lain untuk pemurnian
air garam adalah dengan penukar ion. Brine Purification / Ion Exchange Unit

6 ELEKTROLISA LARUTAN GARAM
Reaksi kimia : NaCl + H2O  NaOH + ½ H2 + ½ Cl2 Na + ½ Cl2  NaCl ∆H = 407 kJ H2 + ½ O2  H2O ∆H = 286 kJ Na + ½ O2 + ½ H2  NaOH ∆H = 469 kJ Reaksi ini berlangsung secara elektrokimia, menggunakan sel yang terdiri dari beberapa jenis (dan terus dikembangkan). Beberapa jenis sel elektrokimia yang sudah dipakai di industri adalah : Sel diafragma Sel air raksa (merkuri) atau sel amalgam Sel membran.

7 Sel diafragma produk cairan + − Cl2 H2 reaksi di anoda ( + ) :
asbes katoda baja anoda karbon produk cairan air garam jenuh H2 + − Cl2 reaksi di anoda ( + ) : reaksi di katoda ( - ) : Cl -  ½ Cl2 + e - 2 H2O + 2 e-  H2 + OH - Katoda biasanya dari baja, sedangkan anoda dari grafit

8 Sel diafragma komersil
sumber listrik Cl2 H2 air garam (brine) soda kostik dalam larutan Katoda yang dibuat dari baja berlubang dilapisi serat yg berlaku sbg membran 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 dengan pelat platina yang dilapisi oksida dari grup VIII.

9 Karakteristik sel diafragma. 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* – 280 hari anoda Me* 5 tahun umur A* – 5 bulan katoda A + P* – 36 bulan Catatan : C = grafit Me = logam A = asbes A + P = asbes + polimer

10 Diagram alir proses pembuatan soda kostik menggunakan sel diafragma
G : generator T : transfomator R : rektifier E1, E2 : pendingin C : pengering R T G E1 E2 C larutan NaOH dalam brine H2O H2SO4 96 – 98 % H2 Cl2 brine asam sulfat terhidrasi

11 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 ruang katoda menjadi ‘kaya’ NaOH, karena terjadi migrasi ion Na+ (akibat terbentuknya ion OH- di ruangan ini). + − Cl2 H2 reaksi samping yg terjadi di ruang anoda : Cl2 + H2O  H+ + Cl- + HOCl  H+ + ClO ( 3 ) 2 H2O  O2 + 4 H+ + 4 e ( 4 ) 2 OH- + Cl2  ClO- + Cl- + H2O ( 5 ) ruang katoda 12 OH ClO-  4 ClO Cl O2 + 6 H2O + 12 e- ( 6 ) air garam jenuh produk cairan

12 difusi difusi Na+ Na+ difusi Katoda ( − ) Anoda (+)
air garam Katoda ( − ) Anoda (+) 2 H2O + 2 e-  H2 + OH − difusi 2 H3O e-  H2 2 H3O+ difusi Na+ Na+ difusi 2 Cl −  Cl2 + 2 e Cl − dicegah OH− OH− katolit : basa anolit : asam terbentuk NaOH Reaksi samping (5) dan (6) yang terjadi di ruang anoda disebabkan karena ada ion OH- yang mengalir dari ruang katoda. Reaksi yang menghasilkan ion khlorat ( ClO3- ) tidak dikehendaki, sehingga dicegah dengan cara menghalangi aliran ion OH- dari katoda ke anoda. Untuk mencegah ‘aliran’ ion OH- dari ruang katoda ke ruang anoda maka ruang katoda dibuat lebih rendah, atau di’bawah’ ruang anoda. Umpan air garam (brine) dimasukkan ke ruang anoda (anolit), sehingga akan terjadi aliran kontinyu dari anoda ke katoda.

13 Sel Hooker jenis “S-3A” Cl2 H2
konduktor anoda anoda grafit pipa umpan air garam (brine) masuk katoda dilapisi asbes Cl2 Dengan konstruksi seperti sel Hooker ini, aliran OH- dari ruang katoda ke ruang anoda dapat dihindari NaOH keluar

14 Sel diafragma Vorce Penampang sel Cl2 umpan brine H2 indikator brine
anoda saringan katoda NaOH Penampang sel

15 sel Allen Moore

16 Sel elektrolisa dengan katoda air raksa
Dengan sel diafragma, soda kostik yang diperoleh konsentrasinya kecil dan masih mengandung NaCl. Meskipun telah dipekatkan dan dimurnikan, kandungan NaClnya 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 Nanya akan bersenyawa dengan air raksa membentuk natrium-amalgam.

17 di sel elektrolisa ELEKTRODA di dekomposer (pengurai)
katoda ( - ) : air raksa di sel elektrolisa anoda ( + ) : grafit atau lembaran titanium dilapisi oksida grup VIII ELEKTRODA anoda (+) : Na-amalgam di dekomposer (pengurai) katoda ( - ) : grafit

18 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

19 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

20 Sel elektrolisa Sel galvanik (decomposer) Cl2 umpan air garam H2 anoda
amalgam hasil elektrolisa H2 (−) (+) NaOH  50 % Cl2 katoda anoda air bebas ion Hg daur ulang lar. NaOH encer amalgam semidekomposisi Sel elektrolisa Sel galvanik (decomposer)

21 Kondisi operasi Sifat fungsional
konsentrasi air garam (brine) : 300 – 320 g/l CaO < 5 ppm pengotor MgO < 3 ppm SO4= < 2 g/l suhu : oC pH : 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 : % NaCl : 270 g/l Cl2 : 0,5 g/l NaCl < 50 ppm Satuan elektrolisa : sel yang disusun seri EMF : 4 – 4,5 V arus : kA rapat arus : 12 – 12,5 kA/m2 efisiensi arus : 95 – 97 % konsumsi energi : 3300 – 3450 kWh / ton Cl2 jenis : DSA anoda jumlah : umur : 3 – 6 tahun Produksi pada saat beban penuh : Cl2 : 13 – 14 ton/hari NaOH : 15,6 ton/hari H2 : 0,4 ton/hari

22 Sel air raksa (Hg) dan lingkungan
Setap ton produk gas Khlor, lebih kurang 300 gram Hg akan ter’cecer’ di limbah pabrik. Usaha untuk mengurangi kebocoran Hg terus diupayakan, tetapi jumlah minimum masih 5 – 10 gram/ton khlor. Pabrik khlor di Spanyol yang menggunakan proses air raksa (Hg)

23 Pabrik Khlor dengan kapasitas 70 000 ton/tahun di Belanda yang menggunakan
proses air raksa. Bejana silinder adalah reaktor dekomposisi (decomposer), yang dialiri air untuk menguraikan Na-amalgam, menghasilkan NaOH dan gas H2. Air raksa hasil dekomposisi dialirkan kembali ke sel elektrolisa ( terletak di belakang bejana).

24 Sel elektrolisa dengan membran.
garam lar garam pemurnian biasa pemurnian dengan penukar ion soda kostik ke pemekatan Cl2 H2 air OH− Na+ Cl− encer di- daur ulang air bebas ion + − membran selektif

25 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 %.

26 = 4,19 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) (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 memperoleh NaOH 50 % dari lar NaOH 16 %, harus diuapkan air sebanyak : = 4,19

27 Diagram alir pemekatan lar. NaOH 9 – 10 %
H2O lelehan NaOH lar. NaOH encer kukus lewat jenuh tek. rendah E2 E3 E4 E5 E1 C1 C2 PF B1 B2 ke pompa vakum E1 : penguap Kestner E2,E3,E4 : penguap multi tahap E5 : penguap vakum C1,C2 : kondensor D : pengendap/pengkristal PF : penyaring putar Oliver B1 : pemekat B2 : pan pelelehan Diagram alir pemekatan lar. NaOH 9 – 10 % lumpur (Na2CO3, Ca(OH)2, NaCl).