Asam Nitrat dari Amoniak Latihan perhitungan untuk rangkaian alat proses untuk produksi asam nitrat 20 000 ton/tahun dari amoniak anhidrida. Ada tiga macam proses, yaitu : oksidasi dan absorbsi pada tekanan atmosfir oksidasi dan absorbsi pada tekanan tinggi (sekitar 8 atm) oksidasi pada tekanan atmosfir dan absorbsi pada tekanan tinggi Diagram alir balok dari proses pembuatan asam nitrat adalah : udara air udara gas terbuang produk 60 % as. nitrat ( HNO3) NH3 penguap reaktor absorber WHB kondensor (oksidator ) Asam Nitrat dari Amoniak

Asam Nitrat dari Amoniak 3 reaksi utama yg terjadi di reaktor oksidasi adalah : Reaksi 1. NH3 (gas) + O2 (gas)  NO (gas) + H2O (gas) Ho298 = - 226,334 kJ/kmol Reaksi 2. NH3 (gas) + O2 (gas)  ½ N2 (gas) + H2O (gas) Ho298 = - 316,776 kJ/kmol Reaksi 3. NH3 (gas) + O2 (gas)  N2 (gas) + H2O (gas) Ho298 = - 452,435 kJ/kmol Reaksi oksidasi berlangsung dengan adanya katalis Pt-Rh. Perolehan reaksi oksidasi 1 adalah 95 – 96 % Asam Nitrat dari Amoniak

Asam Nitrat dari Amoniak Dasar perhitungan untuk diagram alir proses produksi as. nitrat : jam operasi : 8000 jam/tahun perolehan produksi keseluruhan 94 % perolehan reaksi oksidasi 96 % Konsentrasi asam nitrat produk 58 % berat gas yg dibuang (tail gas) mengandung 0,2 % NO Neraca massa Dasar : 100 kmol umpan NH3 ke reaktor 3 1 2 4 reaktor Reaksi 1. NH3 (gas) + O2 (gas)  NO (gas) + H2O (gas) dari reaksi 1, perolehan 96 % Produk NO = 100 x (96/100) = 96 kmol oksigen yg diperlukan = 96 x = 120 kmol produk air (H2O) = 96 x = 144 kmol Asam Nitrat dari Amoniak

Asam Nitrat dari Amoniak Reaksi 2. NH3 (gas) + O2 (gas)  ½ N2 (gas) + H2O (gas) sisa NH3 yg tidak bereaksi ( 4 % = 4 kmol ) akan bereaksi menurut reaksi 2, menghasilkan N2 Produk reaksi 2 : N2 = ½ x 4 kmol = 2 kmol H2O = x 4 kmol = 6 kmol Kebutuhan O2 untuk reaksi 2 : x 4 kmol = 3 kmol Jadi produk H2O total (dari reaksi 1 dan 2) = 144 + 6 = 150 kmol Kebutuhan oksigen untuk reaksi 1 dan 2 = 120 = 3 = 123 kmol Agar konsentrasi amoniak dibawah limit eksplosif ( 12 – 13 %), maka harus dipasok udara lebih (oksigen lebih), dan sekaligus untuk mengoksidasi NO menjadi NO2 menurut reaksi 4 : NO(gas) + ½ O2 (gas)  NO2 (gas) Ho298 = 57 120 kJ/kmol Asam Nitrat dari Amoniak

Asam Nitrat dari Amoniak Jika amoniak yang digunakan sebagai umpan konsentrasinya 11 % , maka udara yang dipasok : kmol Komposisi udara, O2 = 21 % ; N2 = 79 % jadi, oksigen yg dipasok = kmol nitrogen = kmol Oksigen yg tidak bereaksi = 191 – 123 = 68 kmol Nitrogen di aliran keluar : 718 + 2 = 720 kmol bersama –sama udara masuk produk reaksi 2. Asam Nitrat dari Amoniak

amoniak reaktor udara Komponen Umpan ( 3 ) Keluaran ( 4 ) kmol kg NH3 1 2 4 reaktor udara Komponen Umpan ( 3 ) Keluaran ( 4 ) kmol kg NH3 NO H2O O2 N2 100 Nol diabaikan 191 718 1700 6112 20 104 96 150 68 720 2880 2700 2176 20 016 Total 27 916

Asam Nitrat dari Amoniak Waste Heat Boiler kondensor 5 6 7 WHB 4 Karena keluaran entalpi suhunya tinggi, dipakai untuk membangkitkan kukus di WHB. Di WHB tidak terjadi pemisahan aliran, tetapi terjadi perubahan suhu dan komposisi aliran ( sedikit). Perubahan komposisi aliran dikarenakan pada saat suhu turun, NO akan teroksidasi menjadi NO2.. Oksidasi NO menjadi NO2 di WHB tergantung pada waktu tinggal dan suhu di WHB. Oksidasi ini akan berlanjut dan dituntaskan di pendingin/kondensor. Di kondensor air yang terdapat di aliran gas ( NO  NO2 ) akan terkondensasi, sehingga akan terbentuk larutan encer asam nitrat sekitar 40 – 50 % berat Aliran 4 adalah keluaran reaktor, komposisi aliran 5 dianggap sama dengan komposisi aliran 4. Air pendingin yang dipakai suhu maksimumnya 30 oC, sedangkan suhu di aliran 6 adalah 40 oC Asam Nitrat dari Amoniak