Proses Industri Pembuatan Nitrogen

PENDAHULUAN

Nitrogen yang berasal dari udara merupakan komponen utama dalam pembuatan pupuk dan telah banyak membantu identifikasi produksi bahan makanan di seluruh dunia. Pengembangan proses fiksasi nitrogen telah berasal memperjelas berbagai asas proses kimia dan proses tekanan tinggi, serta ikut menyumbang dalam perkembangan dunia teknik. Sebelum adanya proses fiksasi nitrogen  secara sintetik, sumber utama nitrogen untuk keperluan pertanian hanyalah bahan limbah dan kotoran hewan, hasil – hasil dekomposisi bahan – bahan tersebut serta ammonium sulfat yang didapatkan dari hasil sampingan pembuatan kokas dari batu bara. Bahan – bahan ini tidak mudah ditangani dan jumlahnya pun tidak cukup banyak untuk dapat memenuhi semua kebutuhan yang diperlukan. Salpeter Chili, salpeter  dari air kencing hewan dan manusia, dan ammonia yang dikumpulkan dari pembuatan kokas, menjadi penting belakangan ini tetapi akhirnya disisihkan lagi oleh ammonia sintetik dan nitrat. Amonia merupakan bahan dasar bagi pembuatan hampir semua jenis produk yang mengandung nitrogen.

SEJARAH

Awalnya, 2 orang ilmuwan Priestley dan Cavendish melewatkan percikan bunga api listrik di dalam udara dan mendapatkan nitrat setelah melarutkan oksida yang terbentuk dari reaksi itudi dalam alkali. Tetapi pengembangan ini secara komersial ternyata tidak mudah karena memakan energy listrik banyak sekali dan efisiensinya sangat rendah. Nitrogen pernah difiksasi ( diikatkan dari udara ) sebagai kalsium sianida, tetapi proses ini ternyata terlalu mahal, kecuali untuk menghasilkan bahan kimia yang mengandung konfigurasi sianamida. Proses – proses lain, seperti pengolahan termal atas campuran oksida nitrogen (NOX), pembentukan sianida, pembentukan aluminium nitride dan dekomposisi menjadi ammonia, dsb, ternyata tidak menunjukkan harapan untuk dapat dikembangkan secara positif walaupun proses ini secara teknis telah terbukti dapat dilaksanakan. Haber dan Nersnt melakukan pengkajian yang teliti mengenai keseimbangan antara nitrogen dan hydrogen di bawah tekanan sehingga membentuk ammonia. Dari pengkajian itu, merekan berhasil menemukan beberapa katalis yang cocok. Tetapi pada masa tersebut peralatan tekanan tinggi belum ada., sehingga mereka harus menciptakannya sendiri untuk dapat melakukan penelitian itu. Haber dan Bosch juga mengusahakan proses yang dapat diterapkan untuk menghasilkan hydrogen dan nitrogen murni. Cara yang nyata yaitu elektrolisis air untuk membuat hydrogen dan destilasi udara cair untuk membuat nitrogen ternyata terlalu mahal, sehingga mereka terpaksa menciptakan proses lai yang lebih murah. Usaha bersama mereka telah berhasil menciptakan prosees sintesis ammonia pada tekanan tinggi di tahun 1913. Proses ini sangat banyak menggunakan energy, sehingga banyak mengalami modofikasi akhir – akhir ini. Dengan demikian, tingkat kenaikan harganya tidak sampai setinggi setingkat kenaikan harga energy pada umumnya. Perbaikan – perbaikan besar masih terus berlangsung dengan amat cepatnya.

PENGERTIAN

Nitrogen adalah unsure kimia dalam table periodic yang memiliki lambang N dan nomer atom 7. Biasanya ditemukan sebagai gas tanpa warna, tanpa bau, tanpa rasa dan merupakan gas diatomic bukan logam yang stabil, sangat sulit bereaksi dengan unsur atau senyawa lainnya. Dinamakan zat lemas karena zat ini bersifat malas, tidak aktif bereaksi dengan unsur lainnya.

Nitrogen mengisi 78,08 % atmosfir bumi dan tedapat dalam banyak jaringan hidup. Zat lemas membentuk banyak senyawa penting seperti asam amino, amoniak, asam nitrat dan sianida.

Sifat – sifat nitrogen

Komponen utama udara adalah nitrogen yang memiliki sifat – sifat fisik sangat dekat dengan oksigen sehingga menyulitkan dalam proses pemisahan oksigen dan nitrogen. Nitrogen tidak mendukung pembakaran, dan karena nitrogen adalah suatu gas yang tergolong asphyxiant, maka seseorang dalam lingkungan yang kaya akan nitrogen akan sangat cepat kehilangan kesadaran dan dapat meninggal dunia.

Nitrogen pada tekanan atmosferik adalah gas yang tidak berwarna, tidak berasa, tidak berbau. Bila tercairkan, nitrogen 19 % lebih ringan dari air. Titik didih pada tekanan atmosfer adalah -196ºC  (77 K). dan berat molekulnya 28.013.

Liquid nitrogen berbeda dengan liquid oksigen, karena nitrogen tidak berwarna. Nitrogen tidak memiliki sifat paragmetik seperti hal nya oksigen.

Manfaat nitrogen

Nitrogen dapat digunakan, antara lain :

  1. Pembuatan ammoniak tetapi bukan dari N2 murni tetapi dari udara langsung
  2. Untuk melindungi bahan makanan dari gangguan bakteri dan jamur
  3. Gas inert dalam pabrik
  4. Start tip pada pabrik amoniak

PROSES PEMBUATAN NITROGEN

Uraian

1. Filtrasi

Pada saat udara dihisap oleh compressor, terlebih dahulu udara disaring dengan menggunakan filter, agar kotoran atau gas-gas pengotor dari udara bebas dapat disaring dan tidak terikut dalam proses – proses selanjutnya.

Contoh gas pengotor : uap air dan karbondioksida, debu juga bisa menjadi zat pengotor pada udara bebas. Zat pengotor ini harus dihilangkan karena dapat menyebabkan penyumbatan pada perlatan,  tingkat bahaya yang dapat ditimbulkan, korosi, dan juga dalam batas – batas tertentu dilarang terkandung dalam spesifikasi produk akhir.

2. Kompressi

Alat yang digunakan yaitu compressor, dimana fungsinya yaitu menaikkan tekanan udara bebas yang diserap sampai 145 – 175 Psig.atau sekitar 6 bar.

3. Cooling Water

Air umumnya digunakan sebagai pendingin pada industry sebab air tersedia jumlahya dan mudah ditangani. Air juga mampu menyerap sejumlah besar enegi per satuan volume dan tidak mengalami ekspansi maupun pengerutan dalam rentang temperature yang biasanya dialaminya. System penguapan terbuka merupakan tipe system pendingin yang umumnya digunakan dalam plant pemisahan udara.

Sebagian industry menggunakan system direct cooler pada proses pendinginannya, dimana terjadi kontak langsung antara udara dengan air pada sepanjang tray direct cooler. Direct cooler mempunyai kelebihan dari pada proses pendinginan yang menggunakan tube atau shell cooler, dimana temperature yang bisa dicapai yaitu 2ºC, sedang pada tube atau shell cooler hanya sekitar 8ºC, efek pengguyuran (scrubbing) dari air juga dapat membantu menurunkan kandungan partikel dan menyerap pengotor yang terbawa udara. Namun jika direct cooler tidak terjaga,seperti ∆P tinggi (pada aliran dan udara masuk) dan tinggi cairan (pada aliran air). Oleh karena tingginya perbedaan temperature yang melalui tray bawah unit, maka pada tray ini sangat mungkin terjadi pembentukan kerak. Untuk alasan itu, water treatment harus bekerja efektif dan tray harus dibersihkan dan diperiksa jika memungkinkan.

4. Purrification (Pemurnian)

Pada proses ini terdapat proses penyerapan ( adsorpsi ) terhadap material / zat – zat pengotor dari feed air , diantaranya : uap air, karbon monoksida, karbon dioksida, dan beberapa kandungan hidrokarbon. Pada beberapa industry, menggunakan 2 layer pada vessel pemurnian ini, layer bawah menggunakan alumina untuk menyerap / mengadsorpsi kandungan uap air dalam udara dan bagian top / atas menggunakan molecular sieve yang bertindak sebagai adsorben untuk menghilangkan karbondioksida.

5. Heat Exchanger (Pemindah Panas)

Melewati exchanger, udara didinginkan hingga mendekati titik pencairan. Karena udara menjadi dingin, mula – mula uap air akan menjadi deposit, dimulai jadi cairan kemudian berubah menjadi salju halus dengan arah yang berlawanan. Fungsi heat exchanger untuk memudahkan pergerakan panas yang akan dipindahkan aliran panasnya, dari zat yang memiliki panas lebih tinggi menuju daerah yang dingin hingga temperature keduanya sama

6. Ekspansi

Udara yang dingin tersebut diekspansikan atau diturunkan pressure nya sampai tekanan menjadi 70 – 80 psig hingga udara tersebut cair.

7. Distilasi

Pada proses ini final terjadi proses pemisahan antara gas – gas yang terkandung pada udara bebas sebagai umpan melalui perbedaan titik didih (relative volatilitas). Dimana nitrogen memiliki titik didih yang lebih tinggi dibandingkan dengan gas – gas lain yang terkandung dalam udara yaitu   -195. Bila dipisahkan masing – masing gas pada proses vaporisasi (destilasi), maka nitrogen akan cepat menguap dan menghasilkan produk gas yang siap digunakan.

Gas nitrogen yang dihasilkan dari proses vaporisasi bisa dirubah bentuk menjadi liquid dengan cara dilewatkan pada kolom – kolom

About these ads

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s