Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

1 Pabrik amoniak. 2 Fiksasi Nitrogen N 2 + 3 H 2 2 NH 3 ∆H 500 o C = - 26 kal/mol Fe 500 o C, 100 atm N2 bebas di udara pupuk.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "1 Pabrik amoniak. 2 Fiksasi Nitrogen N 2 + 3 H 2 2 NH 3 ∆H 500 o C = - 26 kal/mol Fe 500 o C, 100 atm N2 bebas di udara pupuk."— Transcript presentasi:

1 1 Pabrik amoniak

2 2 Fiksasi Nitrogen N H 2 2 NH 3 ∆H 500 o C = - 26 kal/mol Fe 500 o C, 100 atm N2 bebas di udara pupuk

3 Haber menemukan jalur reaksi sintesa amoniak 1901 Le Chatelier pertama kali mensintesa amoniak Ostwald, Nernst and Haber mempelajari kesetimbangan sistem sintesa amoniak Haber membuat percontohan skala kecil menggunakan berkapasitas 80 gr/jam memakai katalis Os Proses Haber-Bosch (BASF) menggunakan katalis besi (Fe) Pabrik komersil berkapasitas 30 ton/hari dibangun di Oppau, Germany 1919 Haber mendapat hadiah Nobel.

4 4 Siklus Nitrogen petir Nitrogen di atmosfir aktivitas gunung berapi garam amonium bakteri nitrifikasi nitrat tanah nitrat terambil akar tanaman pupuk anorganik sintetik bangkai dan kotoran makhluk hidup hilang ke dasar laut protein nabati dan hewani bangkai dan kotoran makhluk hidup NF NF : Nitrogen yang diikat (difiksasi) oleh bintil akar tanaman leguminoseae G G : Ganggang biru-hijau P P : protein nabati dan hewani

5 5 katalis Fe/K NN H H H H H H X Fe N H H H H N H H N H 2 2 NH 3 eksotermik Sintesa amoniak

6 6 1 N 2 (gas) + *  N 2 * 2 N 2 * + *  2 N * 3 N * + H *  NH * + * 4 NH * + H *  NH 2 * 5 NH 2 * + H *  NH 3 * 6 NH 3 *  NH 3( gas) + * 7H 2 (gas) + 2 *  2 H * Mekanisme sintesa NH 3

7 7 Katalis No Konsentrasi komponen utama ( % berat) FeOAl 2 O 3 K2OK2OCaOSiO 2 MgOTiO ,6 36,6 35,5 36,0 26,3 4,1 2,9 4,3 3,0 2,2 0,9 1,0 0,4 1,0 0,8 1,4 2,8 3,4 2,3 1,7 0,7 0,9 0,8 0,2 0,4 - 4,1 - 0,3 0,7 - Komposisi katalis untuk sintesa amoniak Jenis katalis yang digunakan untuk sintesa amoniak terus dikembangkan, disesuaikan dengan suhu dan tekanan reaksi. Dari semua jenis katalis yang dipakai, hampir semua mengandung besi dan alumina sebagai komponen utama.

8 8 Komposisi tipikal katalis untuk industri sintesa amoniak yang sekarang banyak dipakai. tanpa reduksi,% pre-reduksi, % Fe 2 O – – 1.7 FeO 24.2 – – 14.6 Fe 0 – – 81.6 Al 2 O – – 2.1 CaO 1.8 – – 0.2 SiO – – 0.7 MgO 0.1 – – 0.6 K 2 O 0.4 – – 0.5 Porositas. % 1.8 – – 50

9 9 Beberapa jenis proses sintesa amoniak berdasarkan kondisi dan jenis katalis yang dipakai. Nama ProsesP, atmSuhu o C Konversi, % Bahan bakuKatalis 1.Mont Cenis 2. American (large) 3. Haber Bosch 4. Fauser Montecatini 5. American (small) 6. Casale 7. Claude 8. Du Pont 120 – – 300  300  600  – – – – – – 85 H 2 elektr. Gas alam Gas sintesa H 2 elektr. Gas H.K. Semua Gas BB Gas alam FeCN DPI PI DPI PI Cat : PI = Promoted Iron DPI = Double Promoted Iron

10 10 Dari tabel di atas, dapat dibedakan 4 macam proses sbb : 1.Proses dengan tekanan sangat tinggi ( 900 – 1000 atm), beroperasi pada suhu 500 – 600 o C dengan perolehan antara 40 – 80 %. Proses Claude dan Du Pont termasuk proses ini. 2. Proses dengan tekanan tinggi sekitar 600 atm, suhu 500 o C dengan perolehan antara 15 – 20 %, misalnya proses Casale. 3.Proses dengan tekanan sedang/moderat, pada 200 – 300 atm, dengan suhu 500 – 550 o C dan perolehan antara 10 – 30 %. Proses Haber Bosch dan Kellog termasuk proses ini. 4. Proses dengan tekanan rendah yaitu 100 atm dan suhu 400 – 425 o C, dengan perolehan antara 8 – 20 %. Proses dengan tekanan rendah ini antara lain adalah proses Mont Cenis.

11 11 Kesetimbangan reaksi sintesa amoniak. N H 2  2 NH 3 Menurut Larson dan Dodge, hubungan antara konstanta kesetimbangan dan suhu dapat dituliskan sbb. : log K p 1/2 = T ,4943 log T +  T – 1,8564 X I Tekanan (atm)  I ,34 X 10 – 5 1,256 x 10 – 4 1,085 x 10 – 3 2,6833 x 10 –  dan I, bervariasi tergantung pada tekanan operasi.

12 12

13 13 Suhu, o CK p, atmPengamatan ,60 x ,00 x ,38 x ,00 x ,51 x ,50 x ,60 x ,36 x Pada suhu 1000 o C, konstanta kesetimbangan K p berkurang hingga 2/1000 kali. Hubungan antara suhu terhadap konstanta kesetimbangan sintesa amoniak

14 14 Suhu, o C % amoniak pada saat kesetimbangan 10 atm 50 atm 100 atm 300 atm 600 atm 1000 atm ,66 14,73 3,85 1,21 0,49 0,23 74,38 39,41 15,27 5,56 2,26 1,05 81,54 52,04 25,12 10,61 4,52 2,18 89,94 70,96 47,00 26,44 13,77 7,28 95,37 84,21 65,20 42,15 23,10 12,60 98,83 92,55 79,82 57,47 31,43 12,87 Hubungan antara suhu dan tekanan terhadap prosentase perolehan amoniak pada saat kesetimbangan

15 gas masuk gas pendingin masuk gas keluar gas by pass dingin Topsoe radial-flow ammonia synthesis converter 15

16 16

17 17

18 18 pendingin udara turbin kompresor gas sintesa ( N 2 dan H 2 ) konverter amoniak gas buangan uap air amoniak pompa tangki penampung Diagram alir proses sintesa amoniak oil trap resirkulator air uap air PP P = pemisah 1 dan 2 flash gas

19 19

20 20 DS 2 DS 1 DS 3 TU amoniak cair P1P1 PnPn E1E1 E2E2 E3E3 E4E4 E6E6 H2OH2O H2OH2O NH 3 cair uap air P tinggi gas sintesa purge TU : Turbin uap P 1 – P n : kompresor DS 1 : pemisah bertekanan tinggi DS 2 : pemisah bertekanan tinggi sekunder DS 3 : pemisah tekanan rendah E 1, E 2 : pendingin dgn air E 3, E 6 : HE utk gas daur ulang E 4 : pendingin dgn amoniak cair kukus H2OH2O gas camp NH 3,N 2 dan H 2 gas sintesa ( N 2 dan H 2 ) amoniak cair Proses pemisahan amoniak satu tahap. Pemisahan berlangsung sebelum kompresi untuk didaur ulang WHB Reaktor

21 21 Proses pemisahan amoniak satu tahap. Campuran gas dikompresi sebelum didaur ulang DS 1 TU P1P1 PnPn E1E1 E2E2 E3E3 E4E4 H2OH2O H2OH2O NH 3 cair uap air P tinggi gas sintesa amoniak cair DS 3 purge gas camp NH 3,N 2 dan H 2 gas sintesa ( N 2 dan H 2 ) amoniak cair kukus H2OH2O TU : Turbin uap P 1 – P n : kompresor DS 1 : pemisah bertekanan tinggi DS 3 : pemisah tekanan rendah E 1, E 2 : pendingin dgn air E 3 : HE dgn gas daur ulang E 4 : pendingin dgn amoniak cair Reaktor WHB

22 22 Proses pemisahan amoniak dua tahap, dengan kompresi diantaranya. kukus gas camp NH 3,N 2 dan H 2 gas sintesa ( N 2 dan H 2 ) amoniak cair DS 1 TU P1P1 PnPn E1E1 E2E2 E3E3 E4E4 H2OH2O H2OH2O NH 3 cair uap air P tinggi gas sintesa amoniak cair DS 3 purge H2OH2O WHB Reaktor TU : Turbin uap P 1 – P n : kompresor DS 1 : pemisah bertekanan tinggi DS 3 : pemisah tekanan rendah E 1, E 2 : pendingin dgn air E 3 : HE dgn gas daur ulang E 4 : pendingin dgn amoniak cair

23 23 Daur ulang dan aliran yang dibuang Pendaur ulangan sisa gas N 2 dan H 2 yang belum bereaksi dilakukan untuk menghindari penumpukan gas inert ( biasanya CH 4 dan gas mulia yang terdapat di udara). Gas mulia dengan kadar diatas maksimal(biasanya sekitar 5%) di reaktor akan mengganggu reaksi (katalis).Dengan membuang sebagian aliran daur ulang, perolehan amoniak juga akan bertambah.Berikut dipaparkan pengaruh gas inert terhadap perolehan amoniak pada reaksi yang berlangsung pada 700 K dan 300 atm. Jumlah total inerts di campuran awal (% mol) Produksi NH 3 pada saat kesetimbangan ( mol/molgas umpan) Konversi pada saat kesetimbangan ( % ) Persentasi NH 3 pada saat kesetimbangan ( %) 1,0 5,0 10,0 25,0 50,0 0,290 0,274 0,254 0,197 1,111 58,6 57,8 56,5 52,7 44,5 40,9 37,8 34,1 24,6 12,5

24 24 LATIHAN 1. Hitung konversi pada saat kesetimbangan pada reformasi kukus dengan kondisi sbb : Gas masuk, metana + kukus Perbandingan kukus/karbon : 4.0 Tekanan keluaran : 20.0 atm Suhu keluaran : 850 o C 2. Salah satu cara penghilangan gas CO 2 dari campuran gas sintesa adalah dengan penyerapan menggunakan pelarut K 2 CO 3 akuatik. Proses penyerapan tersebut disertai dengan reaksi kimia : CO 3 = + CO 2 + H 2 O  2 HCO 3 - Untuk setiap mol karbonat dan CO 2 yang bereaksi terbentuk bikarbonat X : Tekanan parsial diatas larutan K 2 CO 3 40% pada suhu 120 o C : pada suhu 70 o C : persamaan di atas tidak berlaku untuk X > 0,9

25 25 Campuran gas yang terdiri dari 15 % CO 2, 1,2 % uap air dan sisanya inert ( N 2 dan H 2 ) dialirkan ke kolom penyerap yang beroperasi dengan aliran pelarut –umpan berlawanan arah. Pelarut yang dipakai adalah larutan 40 % K 2 CO 3, operasi berlangsung pada suhu 70 o C dan tekanan 20 atm. Pada saat keluar dari kolom penyerap, kandungan CO 2 tinggal 2 % pada tekanan 2 atm. a. Buat grafik yang menggambarkan hubungan antara perbandingan tekanan parsial CO 2 /tekanan parsial H 2 O ( ) terhadap X pada suhu 70 o C dan 120 o C. b. Berapa banyak uap air minimum yang dapat ditoleransi pada kolom penyerap tsb setiap satu mol CO 2 yang terserap. 3. Berikut ini adalah diagram alir sintesa amoniak dari nitrogen dan hidrogen yang diumpankan dengan perbandingan 1 : 3. Umpan tersebut juga masih mengandung sedikit argon dan metana (sbg impurities)

26 26 umpan baru pemisah produk aliran yang dibuang Reaktor sintesa amoniak daur ulang umpan reaktor keluaran reaktor Produk amoniak dikeluarkan dari pemisah sebagai amoniak cair, gas-gas yang belum bereaksi dan impurities dikembalikan ke reaktor. Agar reaksi di reaktor berjalan dengan baik, maka kadar impurities yg masuk reaktor maksimum 5 %. Agar tidak terjadi penumpukan impurities dari aliran daur ulang maka sebagian dari aliran daur ulang harus dibuang. Hitung berapa bagian aliran yg harus dibuang tsb, jika : (a)Umpan baru mengandung impurities 1% dan konversi perpass di reaktor 10%. (b) Umpan baru mengandung impurities 0,1% dan konversi perpass di reaktor 20%.


Download ppt "1 Pabrik amoniak. 2 Fiksasi Nitrogen N 2 + 3 H 2 2 NH 3 ∆H 500 o C = - 26 kal/mol Fe 500 o C, 100 atm N2 bebas di udara pupuk."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google