Industri Produksi Gas Nitrogen

Makalah diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Proses Industri Kimia

Dosen : Yustina Linasari, ST, MT

Nama anggota :1. Anis Rahmatika ( 114132007 )2. Ferry Novriandy ( 114112007 )3. Hari Kurniawan ( 114132015 )

Institut Teknologi IndonesiaFakultas Teknik Kimia

Serpong

2013

1

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI………………………………………………………….……………i

BAB I PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang………………………………………………….………... 1

1.2 Tujuan………….………………………………………….……………... 2

BAB II PEMBAHASAN2.1 Pengertian Nitrogen…....……………………………………………….... 3

2.2 Sifat – Sifat Nitrogen…………………………………………………….. 4

2.3 Manfaat Gas Nitrogen dan Dampaknya Terhadap Lingkungan…………. 5

2.4 Peranan Nitrogen………………………………………………………… 6

2.5 Cara Memperoleh Nitrogen……………………………………………… 8

BAB III PROSES INDUSTRI NITROGEN3.1 Konsep Proses Industri Nitrogen…...………………………………….... 9

3.2 Bahan Baku Industri Nitrogen ………………………………………….. 11

3.3 Flow Sheet Pembuatan Industri Nitrogen……………………………….. 11

DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………… 15

i

BAB IPENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Nitrogen merupakan salah satu unsur yang paling luas penyebarannya di alam. Sekitar 3,8×1015 ton N2-molekuler terdapat di atmosfer, sedangkan pada litosfer terdapat sekitar 4,74 kalinya. Diperkirakan, setiap tahun biosfer menerima tambahan N netto sebesar 9 juta metrik ton, dari selisih total tambahan melelui fiksasi biologis dengan total kehilangan akibat denitrifikasi.

Siklus nitrogen dari fiksasi N2-atmosfer secara fisik/kimiawi yang menyuplai tanah bersama presipitasi, dan oleh mikroorganisme baik secara simbiotik maupun nonsimbiotik yang menyuplai tanah baik melaliu inangnya maupun setelah mati. Sel-sel mati ini bersama dengan sisa tanaman/hewan akan menjadi bahan organic yang siap didekomposisikan dan melalui serangkaian proses mineralisasi (aminisasi, amonifikasi, dan nitrifikasi) akan melepaskan N-mineral (NH4+ dan NO3-) yang kemudian di immobilisasi oleh tanaman atau mikrobia.

Gas amoniak hasil proses aminisasi apabila tidak segera mengalami amonifikasi akan segera tervolatilisasi ke udara, begitu pula dengan gas N2 hasil denitrifikasi nitrat, keduanya merupakan sumber utama N2-atmosfer. Kehilangan nitrat dan ammonium melalui mekanisme pelindingan (leaching) merupakan salah satu penyebab penurunan kadar N di dalam tanah.

Unsur nitrogen di dalam tanaman dijumpai dalam bentuk anorganik atau organik yang bergabung denagn C, H, O dan kadangkala dengan S untuk membentuk asam amino , asam nukleat, klorofil, alkanoid, dan basa purin. Unsur N tersebut berkorelasi sangat erat dengan perkembangan jaringan meristem, sehingga sangat menentukan pertumbuhan dan perkembangan tanaman

Nitrogen adalah bagian penting dari kehidupan. Tanaman, hewan dan bakteri semuanya menggunakan nitrogen dalam satuan pembentuk fundamental yang disebut asam amino, dan asam-asam amino ini bersatu membentuk protein. Protein tidak hanya memungkinkan kita untuk tumbuh dan berfungsi dengan baik, tetapi juga membentuk basis dari hampir setiap reaksi kimia dalam tubuh mausia.Sumber nitrogen kita yang utama adalah atmosfer, dimana nitrogen terdapat sebagai gas nitrogen (N2). Akan tetapi, dalam bentuk gas, nitrogen sangat lembam (tidak reaktif) dan hanya sedikit organisme yang mampu memanfaatkannya. Proses alami pengambilan gas nitrogen dan konversinya menjadi senyawa-senyawa yang bermanfaat dikenal sebagai fiksasi nitrogen, dan dilakukan oleh bakteri pengikat-nitrogen. Bakteri ini “mengikat” nitrogen menjadi senyawa yang mengandung nitrogen lainnya: amonia (NH3).Senyawa KNO3 dan senyawa NaNO3 merupakan 2 mineral yang merupakan sumber senyawa nitrogen di alam.

1

1.2. Tujuan

Untuk mengetahui definisi nitrogen Untuk mengetahui sifat nitrogen Untuk mengetahui manfaat gas nitrogen & dampaknya terhadap

lingkungan Untuk mengetahui peranan nitrogen Untuk mengetahui cara memperoleh nitrogen Untuk mengetahui proses industri nitrogen

2

BAB IIPEMBAHASAN

2.1. Pengertian Nitrogen

Nitrogen dengan lambang rumus molekul kimia N2 berasal dari kata Bahasa Latin “Nitrum” dan Bahasa Yunani “Nitron” yang berarti “Pembentukan”, “Gen”, atau “Soda Asli”, dimana pada abad ke-18 telah banyak ahli kimia yang menyelidiki gas ini berdasarkan pengetahuan bahwa memang ada pecahan udara yang tidak membantu dalam proses pembakaran (combustion) namun secara resmi Nitrogen ditemukan oleh seorang fisikawan, kimiawan, dan ahli botani berkebangsaan Skotlandia Daniel Rutherford pada tahun 1772 dan juga dipelajari oleh beberapa ahli kimia dan ahli fisika lainnya seperti Joseph Priestley, Carl Wilhelm Scheele, dan Henry Cavendish.

Banyak nama yang dipakai untuk Nitrogen seperti “zat lemas” yang dikarenakan zat ini bersifat malas dan tidak aktif bereaksi dengan unsur atau senyawa lainnya. Seorang ahli fisika Perancis Antoine Lavoisier menyebut Nitrogen dengan sebutan Azote bangsa Yunani menyebutnya yang berati “tak Bernyawa”.

Nitrogen (N2) merupakan gas yang tak berbau (odorless), tak berwarna (colorless), tidak ada rasa (tasteless), dan bersifat Inert yaitu gas diatomik bukan logam yang stabil dimana sangat sulit berekasi dengan unsur dan senyawa lainnya. Nitrogen (N2) mengisi kurang lebih 78% atmosfer bumi sisanya Oxygen (O2) 21%, Argon (Ar) 1% dan gas lainnya. Nitrogen (N2) terdapat dalam banyak jaringan hidup dan pembentuk banyak senyawa penting seperti asam amino dan asam nitrat yang merupakan komponen terpenting pembentuk DNA dan RNA yaitu sejenis protein cikal bakal kehidupan makhluk hidup.

Seiring dengan arus industrialisasi dan meningkatnya permintaan Nitrogen (N2) untuk berbagai keperluan industri, Nitrogen (N2) diproduksi untuk skala industri dalam volume dan jumlah yang besar di pabrik pemisahan udara dimana udara dihisap, disaring, dibagi, dipampatkan dan didinginkan pada suhu ekstrem, dan terakhir dicairkan menjadi tiga jenis gas yaitu Nitrogen (N2), Oksigen (O2), dan Argon (Ar). Nitrogen (N2) berubah wujud dari bentuk gas menjadi cair pada suhu cryogenic yang sangat rendah yaitu -210 derajat celcius.

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.

3

Amonia merupakan bahan dasar bagi pembuatan hampir semua jenis produk yang mengandung nitrogen.Nitrogen adalah unsur 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 terdapat dalam banyak jaringan hidup. Zat lemas membentuk banyak senyawa penting seperti asam amino, amoniak, asam nitrat dan sianida.

2.2. Sifat – Sifat Nitrogen

a. Sifat Fisika.

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. Mempunyai massa atom = 14,0067 sma Mempunyai nomor atom =7 Titik didih = -1960C Titik beku = -2100C Mempunyai jari-jari atom = 0,920 A Mempunyai Konfigurasi [He]2s2 2p3 Dalam senyawa memiliki bilangan oksidasi -3, +5, +4, dan +2. Mempunyai volume atom = 17,30 mol/cm3 Mempunyai struktur heksagonal Mempunyai massa jenis = 1,2151 gram/cm3 Mempunyai kapasitas panas = 1,042 J/g0K Mempunyai energi ionisasi ke-1 = 1402,3 kJ/mol Mempunyai energi ionisasi ke-2 = 2856 kJ/mol Mempunyai energi ionisasi ke-3 = 45781 kJ/mol Mempunyai nilai elektronegativitas = 3,04 Mempunyai konduktivitas kalor = 0,02598 W/moK Mempunyai harga entalpi pembentukan = 0,36 kJ/mol Mempunyai harga entalpi penguapaan = 2,7928kJ/mol

4

b. Sifat Kimia

Nitrogen adalah zat non logam, dengan elektronegatifitas 3.0. Mempunyai 5 elektron di kulit terluarnya. Ikatan rangkap tiga dalam molekul gas nitrogen (N2) adalah yang terkuat. Nitrogen mengembun pada suhu 77K (-196oC) pada tekanan atmosfer dan membeku pada suhu 63K (-210oC).

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

Berat Jenis Relatif = 0,967 Berat Molekul = 28,013 Suhu Kritis = -147,1 ° C Berat Jenis Gas (@101,3 kPa dan 15 °C) = 1,170 kg/m3 Daya larut dalam air (@101,3 kPa dan 20 °C) = 0,016 cm3/cm3 Berupa gas tidak berwarna, tidak berasa, tidak berbau, dan tidak beracun. Mudah menguap Tidak reaktif Bersifat diamagnetik Elektronegatifannya paling tinggi dalam satu golongan.

2.3. Manfaat Gas Nitrogen dan Dampaknya Terhadap Lingkungan

a. Nitrogen dapat digunakan, antara lain :

Pembuatan ammoniak tetapi bukan dari N2 murni tetapi dari udara langsung Untuk membuat atmosfer inert dalam berbagai proses yang terganggu oleh

oksigen, misalnya dalam industry elektronika Nitrogen cair digunakan sebagai pendingin untuk menciptakan suhu yang sangat

rendah Untuk melindungi bahan makanan dari gangguan bakteri dan jamur Gas inert dalam pabrik Start tip pada pabrik amoniak

b. Dampak Nitrogen Terhadap Lingkungan

Gas nitrogen oksida (NOx) ada dua macam yaitu gas nitrogen monoksida dan gas nitrogen dioksida. Kedua macam gas tersebut mempunyai sifat yang sangat berbeda dan keduanya sangat berbahaya bagi kesehatan.

Udara yang mengandung gas NO dalam batas normal relatif aman dan tidak berbahaya, kecuali bila gas NO berada dalam konsentrasi tinggi. Sifat racun (toksisitas) gas NO2 empat kali lebih kuat daripada toksisitas gas NO. Organ tubuh yang paling peka terhadap pencemaran gas NO2 adalah paru-paru. Paru-paru yang terkontaminasi oleh gas NO2 akan membengkak sehingga penderita sulit bernafas yang dapat mengakibatkan kematian.

5

Konsentrasi NO2 lebih tinggi dari 100 ppm bersifat letal pada hewan percobaan , dan 90% dari kematian tersebut disebabkan oleh gejala edema pulmonary. Pemberian sebanyak 5 ppm NO2 selama 10 menit terhadap manusia mengakibatkan sedikit kesukaran dalam bernafas.

Pencemaran udara oleh gas NOx juga dapat menyebabkan timbulnya Peroxy Acetil Nitrates (PAN). PAN ini menyebabkan iritasi pada mata yang menyebabkan mata terasa pedih dan berair. Campuran PAN bersama senyawa kimia lainnya yang ada di udara dapat menyebabkan terjadinya kanut foto kimia atau Photo Chemistry Smog yang sangat mengganggu lingkungan.

2.4. Peranan Nitrogen

a. Peranan biologi Nitrogen

Nitrogen merupakan unsur kunci dalam asam amino dan asam nukleat, dan ini menjadikan nitrogen penting bagi semua kehidupan. Proteindisusun dari asam-asam amino, sementara asam nukleat menjadi salah satu komponen pembentuk DNA dan RNA.Polong-polongan, seperti kedelai, mampu menangkap nitrogen secara langsung dari atmosfer karena bersimbiosis dengan bakteri bintil akar.

b. Peranan Nitrogen dalam perindustrian

Peranan nitrogen dalam perindustrian relatif besar dan industri yang menggunakan unsur dasar nitrogen sebagai bahan baku utamanya disebut pula sebagai industri nitrogen. Nitrogen yang berasal dari udara merupakan komponen utama dalam pembuatan pupuk dan telah banyak membantu intensifikasi produksi bahan makanan di seluruh dunia. Pengembangan proses fiksasi nitrogen telah berhasil memperjelas berbagai asas proses kimia dan proses tekanan tinggi serta telah menyumbang banyak

6

perkembangan di bidang teknik kimia.Sebelum adanya proses fiksasi (pengikatan) nitrogen secara sintetik, sumber

utama nitogen untuk keperluan pertanian hanyalah bahan limbah dan kotoran hewan, hasil dekomposisi dari bahan-bahan tersebut serta amonium sulfat yang didapatkan dari hasil sampingan pembuatan kokas daribatubara. Bahan-bahan seperti ini tidak mudah ditangani belum lagi jumlahnya yang tidak mencukupi semua kebutuhan yang diperlukan.

Salpeter Chili, salpeter dari air kencing hewan dan manusia, dan amonia yang dikumpulkan dari pembuatan kokas menjadi penting belakangan ini tetapi akhirnya disisihkan lagi oleh amonia sintetik dan nitrat. Amonia merupakan bahan dasar bagi pembuatan hampir semua jenis produk yang memakai nitrogen.

c. Peranan Nitrogen dalam Kuliner

Penggunaan nitrogen cair dalam memasak sudah ada sejak lama, dan tercatat di buku resep bernama Fancy Ices oleh Agnes Marshall di tahun 1890. Pada dasarnya, nitrogen cair digunakan untuk membekukan bahan makanan dengan cepat, dan biasanya digunakan dalam makanan penutup seperti kue dan es krim. Hal ini bisa terjadi karena Nitrogen cair sangatlah dingin dan akan mendidih serta menguap dalam temperatur -196o celcius.

Dengan menuangkan nitrogen cair yang sangat dingin ini, kristalisasi es akan berjalan dengan sangat cepat terhadap bahan pembuatan es krim seperti protein susu dan gula. Karena bersentuhan dengan udara hangat (lebih dari -196o celcius), maka Nitrogen cair pun menguap dan menghasilkan uap putih yang membuat banyak orang terkesan. Karena proses pendinginan berlangsung dengan sangat cepat dan Nitrogen cair menghasilkan kristal es dalam jumlah yang sangat banyak, tekstur es krim nitrogen ini lebih lembut dari es krim biasanya.

7

2.5. Cara Memperoleh Nitrogen

1. Di laboratorium

Beberapa reaksi berikut dapat digunakan untuk memperoleh gas nitrogen di laboratorium.3CuO(s) + 2NH3(g) → 3Cu(s) + 3H2O(g) + N2(g) (Dengen Pemanasan)NaNO2(s) + NH4(s) → NaCL(s) + 2H2O(g) + N2(g) (Dengen Pemanasan)(NH4 )2Cr2O7(s) → Cr2O3(s) + 3H2O(g) + 4H2O(g) + N2(g) (Dengen Pemanasan)NH4NO3(s) → 2H2O(g) + N2(g) (Dengen Pemanasan)

2. Dalam Industri

Secara komersil nitrogen dipisahkan dari udara dengan cara distilasi bertngkat udara cair. Mula – mula udara dibersihkan dari debu dan partikel – partikel padat lainya, semua dialirkan ke dalam KOH atau NaOH untuk mengikat gas CO2 dan uap air. Udara kering yang bebeas CO2 dan uap air.Udara kering yang bebas CO2 di mampatkan didalam ruangan dengan kompresorsampai tekanannya 200 atm ,sambil sambil didinginkan di dalam ruangan penukar panas.

Udara dingin dengan tekanan tinggi diekspansikan (diturunkan tekanannya) sampai pada tekananya 20 atm ,sehingga suhunya turun dan mencair.selanjutnya udara cair ini dinaikan suhunya secara bertahap .Pada suhu sedikit di atas -196oC (titik didih N2 = -196oC) akan diperoleh gas nitrogen .Gas nitrogen ini dicairkan kembali dan ditampung pada botol Dewar (terbuat dari baja).Pada saat suhu mencapai -183oC gas oksigen akan menguap dan dipisahkan tersendiri kemudian dicairkan kemabali dan diperoleh oksigen cair.

8

BAB IIIPROSES INDUSTRI NITROGEN

3.1. Konsep Proses Industri Nitrogen

Sebagian besar nitrogen dan oksigen dalam industri diproduksi dengan cara proses pemisahan udara pada suhu rendah atau proses adsorpsi. Produksi oksigen dan nitrogen cair pada kebanyakan industri digunakan proses pemisahan udara pada suhu rendah. Proses produksi nitrogen dan oksigen cair terdiri dari tiga tahapan proses yaitu proses pemurnian awal, proses pencairan, dan proses pemisahan. Selanjutnya sebagai tahapan akhir dilakukan proses pengisian gas ke dalam tabung pada Unit Filling Station.

1. Proses Pemurnian AwalProses pemurnian awal bertujuan untuk menghilangkan pengotor dari udara yang

akan menyebabkan gangguan terhadap proses pemisahan udara pada suhu rendah. Udara dihisap oleh blower kemudian disaring dengan Air Filter. Lalu dikompresi sampai tekanan 5,8 barG pada Air Compressor dan didinginkan pada Reactivation Exchanger dari suhu 110oC hingga suhu 77oC, kemudian didinginkan kembali pada After Cooler hingga suhu 40oC. Selanjutnya udara yang telah dikompresi didinginkan sampai 20oC pada High Level Freon Refrigerator dan hasil kondensat dipisahkan. Lalu udara dialirkan melewati unit Molecular Sieves untuk menghilangkan air (H2O) dan gas karbondioksida yang terdapat dalam udara. Unit Molecular Sieves terdiri dari dua menara (tower) yang bekerja secara bergantian. Pada masing-masing menara berisi ayakan (molecular sieves) pada bagian atas dan alumina gel pada bagian bawah. Udara yang telah bebas dari air, gas karbondioksida, dan pengotor lainnya masuk ke dalam cold box.

2. Proses PencairanUdara yang telah bebas dari air, gas karbondioksida, dan pengotor lainnya

didinginkan dalam Heat Exchanger sampai mendekati suhu pencairan sebesar -166oC dengan tekanan 5,2 barG. Kemudian udara yang telah didinginkan dipisahkan menjadi komponen-komponenya pada kolom rektifikasi (distilasi terfraksi).

3. Proses PemisahanRektifikasi atau distilasi terfraksi adalah salah satu metode yang digunakan untuk

memisahkan komponen-komponen yang terdapat dalam suatu cairan yang mengandung dua atau lebih penyusun berdasarkan perbedaaan tekanan uap pada masing-masing penyusunnya. Udara yang telah didinginkan pada Heat Exchanger dikirim ke bagian bawah dari High Pressure Column. Pada High Pressure Column udara dipisahkan menjadi gas nitrogen murni di bagian atas, nitrogen tidak murni di bagian tengah, dan cairan yang kaya oksigen (disebut juga rich liquid) di bagian bawah. Gas nitrogen murni dikondensasi dalam Main Condenser. Sebagian nitrogen cair digunakan sebagai cairan refluks pada High Pressure Column, sedangkan sisa

9

cairan nitrogen dikirim ke Reflux Pure Nitrogen Subcooler dan didinginkan oleh gas nitrogen pada tekanan rendah, kemudian cairan tersebut digunakan sebagai cairan refluks pada Low Pressure Column. Produk nitrogen cair diambil dari bagian atas High Pressure Column dan didinginkan oleh nitrogen tidak murni dalam Product Liquid Nitrogen Subcooler, lalu nitrogen cair yang telah didinginkan dikeluarkan secara langsung dari cold box dan dialirkan menuju tangki penyimpan nitrogen cair.

Produk gas nitrogen diambil dari bagian atas Low Pressure Column dan dipanaskan pada suhu lingkungan di dalam Reflux Pure Nitrogen Subcooler dan Heat Exchanger. Udara cair pada bagian bawah High Pressure Column didinginkan dalam Rich Liquid Subcooler lalu diekspansi sampai tekanan rendah. Cairan tersebut dikirim ke bagian tengah dari Low Pressure Column sebagai cairan umpan. Pemisahan terakhir dilakukan dalam Low Pressure Column. Gas nitrogen berada di bagian atas, gas buang dan crude argon (O2 = 88-90% ; Ar = 12-10%) di bagian tengah, dan gas oksigen di bagian bawah kolom.

Oksigen cair diambil dari bagian bawah High Pressure Column, lalu melewati Oxygen Filter dimana asetilen dan hidrokarbon lainnya yang terkandung dalam cairan dihilangkan, kemudian dialirkan ke dalam Main Condenser dan dievaporasi oleh penukar panas dengan cairan nitrogen murni. Oksigen cair yang telah dievaporasi digunakan sebagai reboil gas pada Low Pressure Column. Oksigen cair diambil dari bagian bawah Low Pressure Column, lalu dipompa oleh Liquid Oxygen Process Pump dan didinginkan dalam Product Oxygen Subcooler. Kemudian oksigen cair yang telah didinginkan dikeluarkan secara langsung dari cold box dan dialirkan menuju tangki penyimpan oksigen cair.

4. Proses PengisianPada Unit Filling Station, oksigen cair dan nitrogen cair yang telah dievaporasi

dialirkan melalui pipa-pipa gas, lalu diisikan ke dalam tabung. Proses pengisian gas dilakukan dengan cara menekan (kompresi) gas tersebut sampai tekanan 165 barG ke dalam tabung-tabung gas dalam rak. Pada Unit Filling Station dilakukan pengisian untuk gas nitrogen, gas oksigen, gas argon, gas argon shield, karbondioksida, dan udara tekan.

5. Proses Daur Ulang NitrogenPendingin yang diperlukan untuk operasi pada cold box disediakan oleh siklus

pencairan. Nitrogen pada tekanan rendah (low pressure) dari cold box dikompresi oleh Nitrogen Makeup Compressor. Nitrogen dengan tekanan menengah (middle pressure) dari cold box dan Nitrogen Makeup Compressor dikompresi oleh Nitrogen Recycle Compressor sampai diperoleh tekanan nitrogen sebesar 40,4 barG dan suhu nitrogen sebesar 40oC. Kemudian nitrogen didinginkan pada Low Level Freon Cooler sampai diperoleh suhu keluaran nitrogen sebesar -40oC. Setelah itu nitrogen didinginkan kembali pada Recycle Exchanger dengan tekanan tetap sampai diperoleh suhu keluaran nitrogen sebesar -101oC lalu dimasukkan ke dalam Expansion Turbine sampai diperoleh tekan sebesar 4,9 barG dan suhu pencairan nitrogen sebesar -166oC dengan tekanan 40 barG. Kemudian nitrogen cair dikirim ke bagian atas High

10

Pressure Column.3.2. Bahan Baku Industri Nitrogen

Bahan baku dalam proses industry nitrogen adalah udara. Gas inert biasanya adalah nitrogen. Nitrogen biasa diambil dari udara bebas. Alasan mengapa mengambil dari udara bebas adalah karena kandungan Nitrogen dalam udara sangat besar, nitrogen adalah komponen yang paling besar diantara komponen lainnya. Nitrogen dalam udara kering bisa mencapai 78%-V

3.3. Flow Sheet Pembuatan Industri Nitrogen

Uraian

1. Filtrasi

Udara bebas yang menjadi feed atau umpan sebagai bahan baku pembuatan gas nitrogen terlebih dahulu disaring dengan menggunakan filter dengan kerapatan (mesh) tertentu sesuai dengan spesifikasi tekanan dan flow compressor.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.

11

2. Kompressi

Udara yang telah difilter diumpankan ke inlet kompresor untuk dinaikkan tekanannya. Efisiensi kompresor sangatlah penting, oleh karena itu dibutuhkan pemilihan jenis kompresor yang tepat. Umumnya digunakan kompresor tipe turbo (sentrifugal) multi stage dengan pendingin diantara stagenya.Energi yang digunakan akan sebanding dengan besar energi output produk ditambah cold production.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.Outlet compressor akan sangat panas, ini akan mengurangi efisiensi pada proses selanjutnya, maka dibutuhkan pendinginan sampai pada temperature desain (tergantung dari spesifikasi alat dan bahan yang digunakan pada proses).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.

Air, CO2, Hidrokarbon adalah unsur pengotor udara yang akan menggangu proses, air dan CO2 akan membeku lebih awal (titik beku lebih tinggi dari pada

12

Nitrogen sehingga berpotensi menyumbat di bagian-bagian tertentu dalam proses). Sedangkan Hidrokarbon berpotensi menyebabkan ledakan di daerah bagian bawah kolom distilasi (tempat terjadinya penumpukan hidrokarbon). Di PPU (pre purification unit) terdapat beberapa lapisan, umumnya terdiri dari molecular shieve (butiran2 ukuran mikro berlubang yang seukuran dengan dimensi partikel CO2, H2O dan beberapa jenis hidrokarbon), tujuannya untuk memerangkap CO2, H2O dan hidrokarbon. lapisan lainnya adalah alumina yang bertujuan untuk memerangkap H2O yang lolos dari lapisan pertama.

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

Sebagian udara diumpankan ke expander untuk memproduksi dingin yang dibutuhkan proses (reflux dan heat loss recovery) sehingga keluarannya berbentuk cairan yang di umpankan ke atas kolom melewati heat exchanger sebagai reflux. Untuk ini, expander membutuhkan penyerap energi sebesar cold production yang diinginkan, bisa dicouple dengan alat oil brake, generator, kompressor atau yang lainnya.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.

Kolom yang telah diumpani oleh feedgas dan reflux dengan proporsional akan menghasilkan homogenitas di area2 tertentu, bagian atas kolom akan homogen dengan Nitrogen, bawah kolom dengan oksigen, ini dikarenakan beda titik cair, pada temperatur kolom sebesar -170 DegC, oksigen lebih cenderung untuk berubah menjadi cairan (titik cair O2 = -183 DegC pada atm pressure) dan menuju bawah kolom, sedangkan nitrogen cenderung bertahan pada bentuk gas (titik cair N2 = -

13

195,8 DegC pada atm pressure) dan menuju bagian atas kolom.Pada kolom terdapat tray bertingkat yang memungkinkan terjadinya lebih banyak pergesekan antara feed gas dan reflux sehingga lebih memungkinkan bagi kedua jenis stream untuk bertukar properti. Feed gas akan diserap sebagian energinya sehingga menjadi lebih dingin dan membuat O2 melambat dan cenderung mencair, sedangkan N2 karena masih jauh dari titik cairnya akan tetap berupa gas.

14

DAFTAR PUSTAKA

Afrimirza, Frengki. 2013. Proses Industri Nitroge . Padang : Akademi Teknologi

Industri Padang.

Hernanto, Ari dan Ruminten. 2009. Kimia 2. Jakarta: Erlangga

Keenan, UK, Kleinfester DC, Demwood JA.1989. Kimia untuk Universitas

Utami, Budi dan Nugroho, Agung. 2009. Kimia Dasar Universitas. Jakarta : Erlangga

http:// id.wikipedia.org/wiki/Nitrogen

http:// kimia.upi.edu/staf/nurul/web2012/0905811/materi.html

http://slamanto.wordpress.com/2013/12/27/proses-industri-pembuatan-nitrogen/

15