Proses Industri Kimia - Pupuk Urea

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  LATAR BELAKANG

Usaha pertanian modern termasuk dalam usaha kehutanan semakin tergantung pada pemakaian pupuk. Hal ini sejalan dengan usaha peningkatan produksi pertanian melalui penggunaan varietas unggul yang membutuhkan pupuk lebih banyak. Produksi pertanian yang tinggi dapat diperoleh tanpa penggunaan pupuk yang merupakan cirri dari system pertanian intensif. Dalam usaha pertanian yang intensif tersebut kesuburan tanah terus mengalami kemerosotan akibat diambil oleh tanaman dan hilangnya pupuk karena pencucian dan penguapan.

FAO mencatat penggunaan pupuk di Negara berkembang( termasuk Indonesia ) berkembang cukup pesat, terutama pupuk nitrogen. Nitrogen termasuk dalam unsur esensial, yaitu unsur yang mutlak diperlukan oleh segala tumbuhan. Nitrogen berfungsi untuk bahan sintesis asam amino, protein, asam nukleat, klorofil, merangsang pertumbuhan vegetatif, membuat bagian tanaman menjadi lebih hijau karena mengandung butir hijau yang penting dalam proses fotosintesis, dan mempercepat pertumbuhan tanaman.

Upaya peningkatan produksi pangan selalu diikuti oleh pemakaian pupuk yang semakin besar. Namun demikian, di daerah beriklim tropika basah dengan tanah-tanah yang mengalami pelapukan lanjut (highly weatheral soils) seperti Indonesia kebutuhan pupuk lebih banyak karena sebagian dari pupuk tersebut hilang melalui irigasi, run off, nitrifikasi dan volatilisasi.

Dari uraian di atas, industri pupuk masih merupakan mata usaha yang perlu dikaji kemungkinan pengembangannya seiring dengan usaha peningkatan produksi pertanian. Kenyataannya bahwa stok pupuk pada tingkat nasional belum tersedia merata dan kadang terjadi kelangkaan pupuk.

1.2  RUMUSAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang diatas dapat dirumuskan masalah sebagai berikut :

1)      Apa itu Pupuk Urea ?

2)      Apa saja sifat – sifat Pupuk Urea?

3)      Apa saja bahan baku pembuatan Pupuk Urea ?

4)      Bagaimana proses pembuatan Pupuk Urea ?

5)      Apa saja kegunaanPupuk Urea ?

1.3  TUJUAN

Makalahinidisusununtuk :

a.       Mengetahuisegalaaspekdaripupuk(urea) dalambidangindustri (manfaatdankerugian)

b.      Menjelaskan proses daripembentukanpupuk

c.       Mengetahuibahandasarpembentukanpupuk urea

1.4  MANFAAT

Manfaatpenulisanmakalahiniadalahumtukmemberikaninformasikepadapembacamengenai proses pembuatanpupuk urea dankegunaandaripupuk urea.

BAB II

ISI

SejarahPupuk Urea

Pupuk adalah zat yang terdiri satu atau lebih unsur kimia yang sangat dibutuhkan tanaman untuk pertumbuhan dan perkembangan serta dapat meningkatkan produktivitas maupun kualitas hasil tanaman. Berdasarkan proses pembuatannya, pupuk di kelompokkan menjadi pupuk alami dan pupuk buatan, sedangkan menurut bahan pembuatannya,  pupuk dikelompokkan menjadi pupuk organic pupuk anorganik. Pupuk majemuk adalah pupuk yang mengandung dua atau lebih unsur hara tanaman.

Urea pertama kali ditemukan pada air seni oleh H.M Rovelle yang berasal dari negara Perancis pada tahun 1773. Orang yang pertama kali berhasil menemukan urea dari ammonia dan asam sianida adalah Wochler pada tahun 1828 yang berasal dari Jerman yang penemuan ini dianggap sebagai penemuan pertama yang berhasil mensintesa zat organic  dari zat anorganik. Proses yang menjadi dasar dari proses pembuatan urea saat ini adalah proses dehidrasi yang ditemukan oleh Bassarow (1870) yang mensintesa urea dari pemanasan ammonium karbamat.

Urea adalah pupuk buatan hasil persenyawaan amoniak (NH₃) dengan karbondioksida (CO₂) dan bahan dasarnya biasanya dari  gas alam. Kandungan Nitrogen total berkisar antara 45-46%. Urea mempunyai sifat higroskopis dan pada kelembaban udara 73% urea akan menarik uap air dari udara. Keuntungan menggunakan pupuk urea adalah mudah diserap oleh tanaman. Selain itu, kandungan nitrogen yang tinggi pada urea sangat dibutuhkan pada pertumbuhan awal tanaman. Kekurangannya adalah apabila diberikan kedalam tanah yang miskin hara, urea akan berubah ke wujud awalnya yaitu amoniak (NH₃) dan karbondioksida (CO₂) yang mudah menguap. Fungsi nitrogen bagi tanaman adalah meningkatkan pertumbuhan tanaman, membuat daun tanaman menjadi lebar dengan warna yang lebih hijau, meningkatkan kadar protein dalam tubuh tanaman, meningkatkan kualitas tanaman penghasil daun-daunan, dan meningkatkan perkembangbiakan mikroorganisme di dalam tanah.

Sifat-SifatPupuk Urea

a.     Sifat Fisika Urea          

SIFAT	NILAI
Titik Didih	13,20
Titik Lelelh	132,7
Spesifik Gravity	1,355
Indeks Bias	1,484
Bentuk Kristal	Tetragonal
Panas Pembentukan pada 25	-47,12 kkal/mol
Panas Fusi	60 kkal/mol
Panas Pelarutan dalam air	60 kkal/gram
Panas Kristalisasi	58 kkal.gram
Densitas Curah	0,74 g/cm2
Panas Spesifik (50)	0,397
Kelarutan dalam air 20	51,6

b.    Sifat Kimia Urea

1)      Bila bercampur air, dapat terhidrolisis menjadi amonium karbonat dan terdekomposisi menjadi amoniak dan karbon dioksida.

2)      Urea larut dalam air, alkohol dan benzena

3)      Daya racunnya rendah, tidak mudah terbakar, dan tidak meninggalkan residu garam setelah dipakai untuk tanaman, tidak berbau.

Bahan Baku PembuatanPupuk Urea

Bahan baku pembuatan urea ada 2 macam yaitu ammonia dan karbon dioksida. Sintesa urea dapat berlangsung dengan bantuan tekanan tinggi. Sintesa ini dilakukan untuk pertama kalinya oleh BASF pada tahun 1941 dengan bahan baku karbon dioksida (CO₂) dan amoniak (NH₃).

Sintesa urea berlangsung dalam 2 bagian. Selama bagian reaksi pertama berlangsung dari amoniak dan karbon dioksida akan terbentuk amonium karbamat. Reaksi ini bersifat eksoterm.

2NH_3(g) + CO_29g)          ®        NH₂COONH_4(s)         

Pada bagian kedua dari amonium karbamat terbentuk urea dan air. Reaksi ini bersifat endoterm.

NH₂COONH_4(s)          ®        NH₂CONH_2(aq) + H₂O_(l)         

 Sintesa dapat ditulis menurut persamaan reaksi sebagai berikut :

2NH_3(g) + CO_2(g)          ®        NH₂CONH_2(aq) + H₂O _(l)         

Kedua bagian reaksi berlangsung dalam fase cair pada interval temperatur mulai 170-190°C dan pada tekanan 130-200 bar. Reaksi keseluruhan adalah eksoterm. panas reaksi diambil dalam sistem dengan jalan pembuatan uap air. Bagian reaksi kedua merupakan langkah yang menentukan kecepatan reaksi dikarenakan reaksi ini berlangsung lebih lambat daripada reaksi bagian pertama.

Tabel Sifat Fisika CO₂ dan NH₃

SIFAT (CO2)	NILAI
Berat Molekul	44,01 g/mol
Titik Leleh	-56,6
Titik Didih	-78,5
Temperatur Kritis	304,21 K
Tekanan Kritis	7,39.21 K
Panas Peleburan	1900 kal/mol
Panas Pembakaran	6030 kal/mol

SIFAT (NH3)	NILAI
Berat Molekul	17,03 g/mol
Titik Didih	-33,4
Titik Leleh	-77,70
Temperatur Kritis	405,65 K
Tekanan Kritis	11,30 . 10-6 Pa
Tekanan uap cairan	8,5 kg/cm2
Spesifik Volume pada 70	22,7 kg/m3
Spesifik Gravity pada 0	0,77 kg/m3

   

Sifat Kimia CO₂ dan NH₃

a.       Larut dalam air pada temperatur 15°C tekanan 1 atm dengan perbandinganvolume CO₂ : H₂O = 1 : 1.

b.      Karbon dioksida tidak beracun, akan tetapi dapat menimbulkan efek sesaat pada pernafasan.

c.       Mudah meledak dan beracun

d.      Menyebabkan iritasi bila dihirup

e.       Larutan ammonia apabila dalam air yang bertemperatur-38°C sampai41°C, akan membeku membentuk kristal seperti jarum.

.        Proses Pembuatan Urea

Dimulai dari ladang-ladang gas, gas alam yang bertekanan rendah dikirim melalui pipa-pipa berukuran 14 inci ke pabrik. Gas alam ini dimasa-masa yang lalu tidak diusahakan orang dandibiarkan habis terbakar. Menjelajah hutan-hutan, rawa-rawa, sungai, bukit-bukit dan daerah-daerah yang sulit dilalui, gas alam bertekanan rendah ini dikirim melalui pipa-pipa menuju pemusatan gas. Gas bertekanan rendah, melalui proses khusus pada kompresor, gas diubah menjadi gas yang bertekanan tinggi. Kemudian gas ini dibersihkan pada unit Sintesa Gas untuk menghilangkan debu, lilin dan belerang.

Pertemuanantara gas ygsudahdiprosesdengan air danudarapada unit sintesainimenghasilkantigaunsurkimiapenting, yaituunsur gas N₂ (zatlemas), unsurzat air (H₂), danunsur gas asamarang (CO₂), Ketigaunsurkimiapentinginikemudiandilanjutkanprosesnya. Zatlemas (N₂) danzat air (H₂) bersama-samamengalirmenuju Unit Sintesa Urea. Padasintesaamoniak, zatlemas (N₂) danzat air (H₂) diprosesmenghasilkanamoniak (NH₃).Gas asamarang (CO₂), yang dihasilkanpada unit Sintesa Gas, kemudianbereaksidenganamoniakpada unit Sintesa Urea.Hasilreaksiiniadalahbutir-butir urea yang berbentukjarumdansangatmenyerap air.

Olehkarenaitu proses pembuatandilanjutkanlagipadaMenaraPembutir, dimanabentukbutir-butirtajamitudiubahdengansuatutekanan yang tinggimenjadibutir-butir Urea bulat yang berukuran 1 sampai 2 milimetersehinggamempermudahpetanimenaburdanmenebarkannyapadasawah-sawahmereka. Padaumumnya, butir-butir Urea itudibungkusdengankarungplastikdenganberat 50 Kilogram.

Proses Pembuatan Urea Secara Kimia

Pupuk urea dapatdibuatdenganreakasiantarakarbondioksida (CO2) dengan ammonia.Semuabahantersebutbersumberdaribahan gas bumi, udara, dan air.

Tingkat Pertama :

Gas bumidanuap air direaksikandengankatalismelaluipiap-pipavertikaldalamdapur reforming pertamadansecaraumumreaksi yang terjadisebagaiberikut:

CH4     +     H2O     —>     CO     +     3H2     –     panas

Tingkat Kedua :

Udaradialirkandanbercampurdenganarus gas dari reformer pertama di dalam reformer kedua, halinidimaksudkanuntukmenyempurnakanreaksi reforming danuntukmemperolehcampuran gas yang mengandung nitrogen (N)

2CO     +     4H2O     —>     12 N2

campuran gas sesudah reforming direaksikandengan H2O di dalam converter CO untukmengubah CO menjadi CO2

CO     +     H2O     —>     CO2     +     H2

CO2 yang terjadidalamcampuran gas diserapdengan K2 CO3\

K2 CO3     +     CO2     + H2O     —>           KHCO3

larutan KHCO3 dipanaskangunamendapatkan CO2 sebagaibahanbakupembuatan urea.

Setelah CO2 dipisahkan, makasisa-sisa CO, CO2 dalamcampuran gas harusdihilangkanyaitudengancaramengubahzat-zatitumenjadi CH4 kembali

CO     +     3H2     —>     CH4     +     H2O

CO2     +     4H2     —>     CH4     +     2H2O

Lalukitamensitesa nitrogen denganhidrogendalamsuatucampurangandapadatekanan150 atmosfirdankemudiandialirkankedalam converter amoniak.

N2     +     3H2     —>     2NH3

Setelahdidapatkan CO2 (gas) dan NH3 (cair), keduasenyawainidireaksikandalamreaktor urea dengantekanan 200-250 atmosfer.

2NH3     +     CO2     —>     NH2COONH4     +     Q

amoniak  +karbondioksida     +      ammonium karbamat

NH2COONH4          —>     NH2 CONH2     +     H2O     –     Q

Reaksiiniberlangsungtanpakatalisatordalamwaktu ±25 menit. Proses selanjutnyaadalahmemisahkan urea dariproduk lain denganmemanaskanhasilreaksi (urea, biuret, ammonium karbamat, air danamoniakkelebihan) denganpenurunantekanan, dantemperatur 120-165 derajat Celsius, sehingga ammonium karbamatakanteruraimenjadi NH3 dan CO2, dankitaakanmendapatkan urea berkonsentrasi 70-75%.

KegunaanPupuk Urea

Kegunaanpupuk urea adalahsebagaiberikut :

1)      Mampumembuatadaundaundaritanamanmenjadilebihhijaudansegar, sehinggamemudahkan proses fotosintesis.

2)      Mempercepatpertumbuhantanaman, termasukpertumbuhanbatang, daun, cabang, dantinggipohon.

3)      Bisadigunakanpadahampirsemuatumbuhan

4)      Menambahkandungannutrisipadatanaman