Chemical Engineering: Proses Industri Kimia

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pupuk merupakan suatu bahan yang digunakan untuk mengubah sifat fisik, kimia atau biologi tanah sehingga menjadi lebih baik bagi pertumbuhan tanaman. Pupuk telah lama digunakan terutama para petani untuk meyuburkan tanaman, petama kali pupuk ditemukan oleh Justus Von Liebig seorang ahli kimia dari jerman, pupuk tersebut berupa tulang yang dihaluskan kemudian penemuanya dikembangkan lagi oleh John Bannet. Definisi pupuk mancakup sebagian besar dari belerang dan nitrogen.

Saat ini pupuk banyak di dunia terus meningkat sesuai dengan pertambahan luas areal pertanian. Upaya pembudidayaan tanaman dengan pupuk za meruapakan pilihan terbaik untuk memenuhi kebutuhan unsure hara belerang, tetapi tidak baik jika digunakan berlebihan. Dengan pupuk ini diharapkan tanaman berkembang dengan baik sehingga dalam tanaman terdapat siklus kehidupan.

TUJUAN

Mengetahui tentang sejarah pupuk, pengertian pupuk ZA I/III dan Za II, bahan pembuatan pupuk ZA dalam industri cara pembuatan dan aplikasinya.

BATASAN MASALAH

Batasan dalam makalah ini adalah terbatas pada pengertian dan pembuatan pupuk ZA I/III dan II dalam industri.

BAB II

ISI

2.1 Sejarah dan Definisi Pupuk Za

            Di daratan Inggris, tepatnya di Harpenden, dekat lingkaran puing-puing kuil Romawi, satu rumah besar telah dibangun pada awal abad ketiga belas. Rothamsted Manor, terbuat dari bata dan kayu, dikelilingi pagar dan parit yang lebar, luasnya 120 hektar, telah dihuni oleh beberapa generasi sekian abad, sampai seorang anak delapan tahun mewarisinya pada 1814, bernama John Bannet Lawes.
            Lawes bersekolah di Eton, kemudian melanjutkan ke Oxford, disana ia belajar geologi dan kimia. Di sekolah cambangnya tumbuh subur, namun ia tak mendapatkan gelar. Saat kembali ke Rothamsted, ia lalu melakukan sebuah teknik pengolahan tanah yang akhirnya mengubah cara orang bertani sejak saat itu.
            Kisah John Bannet Lewis dimulai dengan tulang, kata sebagian orang berhubungan dengan kapur. Sebelumnya, selama berabad-abad para petani Hertfordshire telah menggali kapur sisa mahluk laut purba yang terkubur di bawah lapisan lempung tanah mereka untuk ditebarkan pada parit-parit di sekitar lading mereka, karena telah terbukti menyuburkan tanaman lobak dan biji-bijian. Dari kuliahnya di Oxpord, Lawes tahu bahwa kapur yang ditebarkan di ladang-ladang bukan merupakan makanan tambahan bagi tanaman, melainkan bahan melunakkan tanah sehingga tidak terlalu asam. Jadi, apa sesungguhnya yang menyebabkan tanaman lebih subur?
            Seorang ahli kimia jerman, justus Von Liebig, tidak lama sebelumnya mencatat bahwa tulang-tulang yang dijadikan tepung dapat mengembalikan kebugaran tanah. Setelah direndam dahulu dalam asam sulfat encer, tulisnya, bubuk tulang itu bahkan lebih mudah dicerna. Lawes mencobanya di ladang lobak, dan ia terkesan.
            Justus von Liebig dikenang sebagai pelopor industry pupuk, tetapi ia mungkin tak berkeberatan andai ia bisa menukar kehormatan itu dengan sukses luar biasa yang diraih oleh John Bannet Lawes. Von Liebig tidak pernah berpikir untuk mematenkan prosesnya. Setelah sadar betapa merepotkan bagi para petani yang sibuk untuk membeli, merebus, dan menggiling tulang, kemudian membeli asam sulfat dari pabrik gas di London untuk merendam bubuk tulang, dan menggiling hasilnya yang menjadi keras lagi. Dan, Lawes justru mematenkan metode itu atas namanya sendiri. Dengan paten di tangan, ia membangun pabrik pupuk buatan pertama di dunia di Rothmasted tahun 1841. Tidak lama kemudian ia menjual “superfosfat” kepada semua tetangganya.

Pabrik pupuknya pindah kelahan yang lebih besar dekat Greenwich di sungai Thames. Sewaktu penggunaan bahan penyubur tanah kimiawi menyebar, pabrik-pabrik Lawes makin banyak, dan daftar produknyapun bertambah panjang. Produknya tidak hanya bubuk tulang dan mineral fosfat, tetapi juga dua pupuk nitrogen: natrium nitrat dan ammonium sulfat (keduanya belakangan digantikan dengan ammonium nitrat yang lazim digunakan sekarang). Lagi-lagi, Von Liebig yang telah menemukan nitrogen sebagai komponen penting asam-asam amino dan asam-asam nukleat yang vital bagi tumbuhan itu terlambat berfikir untuk memanfaatkan temuannya. Sementara Von Liebig sibuk menerbitkan temuannya, lawes mematenkan campuran nitratnya
Untuk mempelajari mana pupuk yang paling efektif, 1834 Lawes memulai rangkaian lahan uji yang masih diterapkan sampai sekarang, yang menjadikan Rothamsted Research baik sebagai pusat penelitian pertanian paling tua di dunia, juga sebagai tempat eksperimen lapangan berkelanjutan yang paling lama di dunia. Lawes dan John Henry Gilbert, ahli kimia yang menjadi mitranya selama 60 tahun, yang sama-sama menjadi sasaran kebencian Justus von Liebig, mulai dengan menanami dua bidang ladang: yang satu ditanami lobak, yang lain ditanami gandum. Mereka membagi keduanya dalam 24 lajur, kemudian menerapkan perlakuan yang berbeda kepada setiap lajur.

Kombinasi-kombinasi yang diterapkan meliputi pemakaian pupuk nitrogen dalam jumlah banyak, sedikit, atau tidak sama sekali; pemakaian bubuk tulang mentah, superfosfat buatannya, atau tanpa fosfat sama sekali; pemakaian mineral-mineral seperti senyawa kalium, magnesium, belerang, natrium; dan pemakaian pupuk kandang mentah atau pupuk kandang olahan. Ada lajur yang ditaburi batu kapur setempat, ada yang tidak. Tahun-tahun berikutnya, sebagai plot dirotasi dengan jelai, kacang, havermut, semanggi, dan kentang. Sebagian lajur diistirahatkan secara berkala, sebagian lain ditanami terus menerus dengan tumbuhan yang sama. Sebagian difungsikan sebagai control, tanpa penambahan apa pun.

1850-an, hasil panen bertambah ketika pupuk nitrogen dan fosfat diberikan, sedangkan penambahan mineral mikro berpengaruh baik terhadap sebagian tanaman, tapi berpengaruh buruk kepada tanaman lain. Bersama Gilbert, setelah pengambilan sampel yang sangat cermat dan pencatatan hasil-hasilnya, Lawes bersedia menguji teori apapun – entah ilmiah, awam, atau tidak masuk akal – tentang apa yang membantu pertumbuhan tanaman. Menurut George Vaughn Dyke, penulis biografinya, percobaannya meliputi pembuatan superfosfat dari tepung gading, dan melumuri tanaman dengan madu. Satu eksperimen yang masih dilakukan sampai sekarang adalah tidak menggunakan tanaman pangan sama sekali, tapi hanya menggunakan rumput.
Sehamparan padang penggembalaan purba tidak jauh dari Rothamsted Manor dibagi menjadi lajur-lajur dan diberi perlakuan dengan bermacam-macam senyawa nitrogen anorganik dan penambahan mineral. Belakangan Lawes dan Gilbert menambahkan tepung ikan serta pupuk kandang dari ternak yang diberi bermacam-macam makanan. Dalam abad kedua puluh, dengan peningkatan hujan asam, lajur-lajur itu dibagi lagi, sebagian ditaburi kapur untuk menguji pertumbuhan dalam kondisi angka pH atau keasaman berbeda-beda.

Dari eksperimen di ladang rumput ini, mereka melihat bahwa walaupun pupuk nitrogen anorganik membuat rumput pakan tumbuh setinggi pinggang, namun keanekaragaman hayati menjadi korban. Sementara 50 spesies rumput, gulma, kacang-kacangan, dan sayur-sayuran bisa tumbuh di lajur-lajur yang tidak diberi pupuk, lajur-lajur bersebelahan yang diberi nitrogen hanya ditumbuhi dua atau tiga spesies. Karena petani tidak ingin benih tumbuhan lain bersaing dengan benih yang mereka tanam, mereka tidak berkeberatan dengan hasil tersebut, tetapi tidak demikian dengan alam.

Itu suatu paradoks, tetapi begitu juga Lawes. Pada 1870-an, setelah menjadi kaya raya, ia menjual bisnis pupuknya tetapi gairahnya untuk bereksperimen ia lanjutkan. Di antara beberapa hal yang diperhatikannya adalah berapa lama sebidang lahan dapat ditanami tanpa henti. Penulis biografinya mencatat bahwa ia pernah mengatakan bahwa petani mana pun yang berfikir dapat “menghasilkan panen sama bermutu entah ketika ia menggunakan beberapa kilogram bahan kimia atau ketika menggunakan sekian ton pupuk kandang,” petani itu hanya berhayal. Lawes memberikan nasihat kepada siapa pun yang bertanam sayuran dan biji-bijian bahwa, kalau ia yang melakukannya, ia akan “memilih sebuah tempat yang memungkinkan pasokan besar pupuk kandang dengan harga murah”.

Perkembangan berikutnya semakin pesat, dengan ditemukannya teknologi dan metode pembuatan pupuk, industri-industri pertanian semakin giat berproduksi. Hingga tiba sebuah revolusi, khususnya di dunia ketiga seperti di Indonesia, yaitu revolusi hijau, dimana intensifikasi dan massifikasi pertanian digenjot. Dengan logika efisiensi, kecepatan, dan produksi massal, penggunaan pupuk pun semakin massif. negara penghasil pangan seperti Indonesia pun pada akhirnya memperoleh surplus dan bebas pangan. Namun, luapan kegembiraan nasional ini cuma beberapa dasawarsa saja, kini kita kembali terseok-seok dengan produksi nasional kita. Kini kita bertarung dengan kualitas dan keberlanjutan produksi, dimana kebutuhan meningkat, semakin banyak mulut yang ingin diberi makan, sementara lahan semakin sempit dan kualitas lahan yang menurun drastis.

Pupuk ZA adalah pupuk kimia buatan yang dirancang untuk memberi tambahan hara nitrogen dan belerang bagi tanaman. Nama ZA adalah singkatan dari istilah bahasa Belanda, zwavelzure ammoniak, yang berarti amonium sulfat (NH₄SO₄). Pada umumnya, amonium sulfat banyak digunakan sebagai pupuk untuk memberikan unsur hara nitrogen dan sulfur pada tanaman pertanian dan perkebunan. Amonium sulfat merupakan pupuk yang baik bagi tanaman padi, tanaman jeruk, tumbuhan-tumbuhan yang merambat, dan terutama dapat digunakan untuk tanah yang mempunyai pH yang tinggi. Adapun fungsi dari unsur hara nitrogen dan hara sulfur bagi tanaman yaitu sebagai berikut :

a) unsur hara nitrogen

· membuat tanaman menjadi lebih hijau, segar, dan banyak mengandung butir hijau daun yang penting dalam fotosintetis.

· mempercepat pertumbuhan tanaman (tinggi, jumlah anakan, cabang, dan sebagainya).

· menambahkan kandungan protein hasil panen.

b b ) unsur hara sulfur

· membuat pembentukan butir hijau daun (chlorophyl), sehingga daun menjadi lebih hijau.

· menambahkan kandungan protein dan vitamin hasil panen.

· berperan sebagai sintesa minyak yang berguna bagi proses pembuahan zat gula.

Di samping digunakan sebagai pupuk, amonium sulfat juga digunakan sebagai nutrisi penambah kadar nitrogen dalam proses fermentasi, sebagai campuran cairan pemadam kebakaran, penyamakan, makanan ternak, termasuk proses pembuatan makanan (Hal. 726-728, Kirk-Othmer, 1994).

Ammonium Sulfat (ZA) merupakan salah satu jenis pupuk sintetis yang mengandung unsur hara N. Unsur hara N yang berasal dari Urea dan ZA merupakan hara makro utama bagi tanaman selain P dan K dan seringkali menjadi factor pembatas dalam produksi tanaman. Menurut Gardner dkk, (1991), definisi N membatasi pembesaran sel dan pembelahan sel. N berperan sebagai bahan penyusun klorofil dan asam amino, pembentukan protein, esensial bagi aktivasi karbohidrat, dan komponen enzim, serta menstimulasi perkembangan dan aktivitas akar serta meningkatkan penyerapan unsur-unsur hara yang lain (Olson dan Kurtz, 1982).

Wujud pupuk ini butiran kristal mirip garam dapur dan terasa asin di lidah. Pupuk ini higroskopis (mudah menyerap air) walaupun tidak sekuat pupuk urea. Karena ion sulfat larut secara kuat, sedangkan ion amonium lebih lemah, pupuk ini berpotensi menurunkan pH tanah yang terkena aplikasinya. Sifat ini perlu diperhatikan dalam penyimpanan dan pemberiannya.

Pupuk ZA mengandung belerang 24 % dan nitrogen 21 %. Kandungan nitrogennya hanya separuh dari urea, sehingga biasanya pemberiannya dimaksudkan sebagai sumber pemasok hara belerang pada tanah-tanah yang miskin unsur ini. Namun demikian, pupuk ini menjadi pengganti wajib urea sebagai pemasok nitrogen bagi pertanaman tebu karena tebu akan mengalami keracunan bila diberi pupuk urea.

id.wikipedia.org/wiki/Pupuk_ZA

2.2. Pembuatan Pupuk ZA

Pupuk ZA dibuat dari gas amoniak dan gas belerang. Persenyawaan kedua zat tersebut menghasilkan pupuk ZA yang mengandung N 20,5 sampai 21%, bersifat tidak higroskopis. Menurut Hilman dkk, (1993, dalam Widyastuti, 1996), pupuk N dalam bentuk ammonium sulfat (ZA) yang diberikan ke dalam tanah pertama-tama akan diserap (adsorpsi) oleh kompleks koloid tanah dan bentuk N (NH₄⁺) cenderung tidak hilang dan tercuci air, sedangkan urea dapat segera larut dalam air. Tahap akhir dalam proses pembuatan pupuk ZA adalah pengeringan.

Pengeringan adalah proses untuk menghilangkan sejumlah cairan volatile yang terdapat dalam padatan dengan cara evaporasi. Dalam industry pupuk seperti ammonium sulfat (ZA), superfosfat (SP), dan natriium fosfat kalium (NPK), proses pengeringan biasanya dilakukan dengan menggunakan rotary dryer. Untuk dapat mendesain dan menganalisa kinerja suatu rotary dryer, perlu diketahui terlebih dahulu karakteristik pengeringan bahan padat yang dikeringkan. Hal ini dapat dilaksanakan secara eksperimen dengan menggunakan alat tray dryer. Penelitian untuk memperoleh data karakteristik telah dilakukan oleh sejumlah peneliti, antara lain : pengeringan limbah padat dari ekstraksi minyak zaitun oleh Doymaz et al (2003), pengeringan ampas wortel oleh Singh et al (2006), pengeringan biji anggur oleh Roberts et al (2008), dan pengeringan limbah padat tapioca oleh Dedi dkk (2009). Mereka melakukan penelitian penelitan pengeringan limbah padat dan hasilnya dimodelkan dengan menggunakan model empiris untuk mendapatka parameter karakteristik pengeringannya.

Selama proses pengeringan dalam tray dryer terjadi peristiwa – peristiwa fundamental secara bersamaan yang meliputi transfer panas dari media pengering (biasanya udara) ke padatan yang dikeringkan dan transfer massa air dari padatan yang dikeringkan ke media pengering (udara). Data-data yang diperoleh dari penelitian secara eksperimental perlu digeneralisasi terlebih dahulu untuk dapat menaksir parameter-parameter proses yang penting dengan menggunakan pengembangan model matematis proses yang terjadi.

Reaksi yang terjadi selama proses pembuatan pupuk ZA di PT.PETROKIMIA GRESIK adalah :

Pembentukan amoniak (di unit Pabrik Amoniak):

N₂ + 3H₂ ®2NH₃

Pembentukan asam sulfat (di unit Pabrik Asam Sulfat):

S + O₂ ®SO₂

SO₂ + ½ O₂ ®SO₃

SO₃ + H₂O ®H₂SO₄

Pembentukan ZA (untuk Solid Base, di unit Pabrik ZA):

2NH₃ + H₂SO₄ ®(NH₄)₂SO₄

Jenis Proses

Proses produksi amonium sulfat terdiri dari berbagai proses yaitu, proses netralisasi langsung, proses karbonasi batubara, proses gypsum (merseburg process), dan proses absorbsi sulfur.

1. Proses Netralisasi Langsung Proses produksi amonium sulfat dari reaksi amonia dan asam sulfat disebut dengan proses netralisasi langsung. Panas dari reak si mampu menguapkan seluruh air jika konsentrasi asam sulfat 70% atau lebih. Amonium sulfat dibuat dalam suatu unit netralizer dengan mereaksikan gas amonia dengan asam sulfat
dibawah tekanan vakum yaitu sekitar 55–58 mmHg dengan suhu 105°C dengan
reaksi sebagai berikut :

2 NH₃ (g) + H₂SO₄ (aq) ®(NH₄)₂SO₄ (s)

∆H = -274 kJ/mol (-65,5 kcal/mol) (Hal. 726-728, Kirk-Othmer, 1994)

2. Proses Karbonasi Batubara
Pada tahun 1920-an, proses karbonasi batubara ini sangatlah populer di kalangan industri. Namun pada perkembangannnya, proses ini semakin berkurang seiring dengan meningkatnya instalasi oil-gas proccess dan penggunaan minyak serta gas alam untuk pemanasan. Di lain pihak, batubara yang dikarbonasi tetap digunakan untuk memproduksi amonium sulfat.

Amonium sulfat dapat diproduksi dari batubara dengan 3 cara yaitu proses
langsung, proses tak langsung, dan proses semi langsung.

a) Proses langsung dalam proses ini, semua gas yang terbentuk didinginkan terlebih dahulu untuk menghilangkan sejumlah tar. Kemudian terjadi reaksi phenosolvan untuk menghilangkan phenol. Amonia akan dipisahkan dari kondensat dalam CLL (Chemie Linz-Lurgi). Selanjutnya melewati saturator bubble (type spray), dimana reaksi amonia dengan asam sulfat terjadi. Kristal amonium sulfat yang terbentuk dalam cairan akan turun, kemudian dipisahkan dan dicuci dalam centrifuge lalu dikeringkan. Kristal kering yang dihasilkan dikirim lewat conveyor untuk disimpan.

Berikut dapat dilihat blok diagram pembuatan amonium sulfat dengan proses langsung :

b) Proses tak langsung pada proses ini, gas panas dari oven didinginkan dengan resirkulasi cairan pencuci dan air scrubbing. Campuran cairan kemudian dipanaskan dengan steam dalam kolom stripper tipe bubble untuk melepaskan amonia bebas dalam senyawa garam seperti amonium karbonat dan amonium sulfit. Sebagian cairan dalam kolom stripper kemudian ditambahkan dengan larutan kapur untuk menguraikankomponen garam seperti amonium klorida. Steam lewat melalui kolom kedua distripping dengan amonia dan cairan kemudian dicampur dengan uap dan diperoleh amonia mentah yang selanjutnya diubah menjadi amonium sulfat dalamsaturator kristaliser.

Berikut dapat dilihat blok diagram pembuatan amonium sulfat dengan
proses tak langsung:

3. Proses Merseburg Proses produksi amonium sulfat dengan proses Merseburg pertama sekali dilakukan di Inggris pada tahun 1951 dan di India pada tahun 1967. Proses ini merupakan reaksi antara amonium karbonat dengan gypsum. Proses ini masih digunakan di berbagai negara dimana suplay gypsum tersedia dalam jumlah besar seperti Inggris, Prancis, Jerman dan India.

Reaksi yang terjadi ad alah sebagai berikut :

2NH₃ + CO₂ + H₂O «(NH₄)₂CO₃

(NH₄)₂CO₃ + CaSO₄.2H₂O ®(NH₄)₂SO₄ + CaCO₃ + 2H₂O

Larutan amonium karbonat jenuh digunakan dalam proses yang dibuat dengan cara melarutkan karbondioksida dalam larutan amonium hidroksida. Karbondioksida tersedia sebagai hasil samping pembakaran hidrokarbon. Konversi pada reaksi kira-kira 95% sesudah lima jam, jika gypsum bereaksi sempurna dan suhu reaksi dijaga pada 70 ^oC. Campuran reaksi difilter untuk memisahkan kalsium karbonat yang terbentuk dari larutan amonium sulfat (Hal.726-728, Kirk-Othmer, 1994).

4. Proses Absorbsi Sulfur Amonium sulfat dapat dibuat dengan mengabsorbsi gas sulfur pada pelarut organik dan menghasilkan sulfit atau kaya liquor dengan udara untuk memproduksi sulfat. Kemudian ditambahkan amonia untuk menghasilkan amonium sulfat. Setelah itu dipisahkan dari solventnya, di centrifugasi dan dikeringkan kemudian di bagging. Solvent yang digunakan biasanya adalah xylidine atau monomethyanilin.

Banyak cara diperkenalkan selama beberapa tahun untuk proses pembuangan gas sulfur ke udara untuk dimanfaatkan dalam pembuatan amonium sulfat. Proses ini akan menjadi lebih ekonomis di masa depan karena akan membantu mengurangi tingkat emisi polusi. Pada proses ini ditemukan teknik pengurangan kadar sulfur dengan biaya yang rendah untuk unit yang kecil. Proses ini meliputi reaksi larutan amonia dengan sulfur dioxide dalam reaktor kristalizer untuk membentuk kristal amonium sulfit. Gas yang tidak bereaksi dibuang keudara.

Tahapan reaksinya adalah sebagai berikut :
2NH₃ + SO₂ + H₂O ®(NH₄)₂SO₃
(NH₄)2O₃ + ½ O ®2(NH₄)₂SO₄

Reaksi yang terjadi berada pada tekanan 0,1–5 atm dan suhu 200–450 ^oC menggunakan katalis V₂O₅. Amonium Sulfit kristal dicentrifuge dari kristaliser dan dioksidasi menjadi amonium sulfat dalam rotary dryer (Hal. 726-728, Kirk-Othmer, 1994).

2.3. Spesifikasi bahan baku, bahan penunjang dan pupuk ZA sebagai produk

1. Ammonia (Bahan Baku)
    Wujud                                             : cair
    Kenampakan                                   : tidak berwarna
    Bau                                                  : khas ammonia
    Tekanan                                           : 3-4 kg/cm²
    Temperatur                                      : 85 ^oC
    Komposisi: NH₃ min                      : 99,0-99,5 % berat

H₂O max : 0,5-1 % berat

2. Asam Sulfat (Bahan Baku)
    Wujud                                             : cair
    Kenampakan                                   : tidak berwarna
    Bau                                                 : khas asam sulfat
    Tekanan                                           : 5 kg/cm2
    Komposisi: H₂SO₄ min                  : 98,0-99,5 % berat

H₂O max : 0,2-2,0 % berat

3. Uresoft 150 (Bahan Penunjang)
Uresoft 150 sebagai bahan anti caking.

4. Ammonium Sulfat (Produk)
    Wujud                     : padat
    Bentuk                    : kristal
    Kenampakan           : putih
    Ukuran                    : tertahan US mesh 30
    Komposisi:

· Nitrogen min 20,80 %

· Belerang minimal 23,8%

· Asam bebas max sebagai H₂SO₄: 0,10 %

· H₂O max : 1,0 %

Unit ZA I / III

Bahan baku

a. Gas NH3 dengan spesifikasi ;

· Kadar NH3 :99-99,5%

· Temperatur : 1⁰C

· Tekanan : 3,5-5,5 kg/cm2

· Kadar H2O : maksimal 0,5%

b. Asam sulfat dengan spesifikasi :

· Kadar H2SO4 : 98,5%

· Kadar H2O : 1,5-2,0%

· Temperatur : 36⁰C

· Tekanan : 6,0 kg/cm2

· Kadar Fe : maksimal 50 ppm

ProsesProduksi ZA II

Pabrik ZA II (amonium sulfat II) didesain dengan kapasitas 810 ton per day . Proses yang digunakan adalah proses ICI/Chemico untuk tahap reaksinya dan SSIC untuk evaporator kristaliser .

Spesifikasi produk :

1. Bentuk = kristal

2. Ukuran = 70% tertahan tyler mesh no.30

3. Kadar = nitrogen 21%

= asam bebas (H₂SO₄) 0,1%

= air (H₂O) 0,15%

Bahan baku dan bahan penolong :

1. Amonia, dari TK 801

2. Karbondioksida (CO₂), merupakan hasil samping dari pabrik amonia

3. Fosfogipsum (CaSO₄.2H₂O) , merupakan hasil samping dari pabrik asam pospat

4. Asam sulfat (H₂SO₄) , dari pabrik asam sulfat II

5. Amoflo , sebagai bahan anti caking

Produksi ZA II terdiri dari beberapa seksi , antara lain :

1. Seksi carbonation /pembuatan ammonium karbonat (seksi 5100)

2. Seksi reaksi dan gas scrubbing ( reaksi penyerapan gas , seksi 5200)

3. Seksi filtrasi (seksi 5300)

4. Seksi netralisasi (seksi 5400)

5. Seksi evaporasi dan kristalisasi ( seksi 5500)

6. Seksi pengeringan dan pendinginan ( seksi 5600)

7. Seksi pengantongan ( seksi 5700)

Seksi Carbonation (seksi 5600)

Seksi ini berperan dalam memproduksi larutan amonium karbonat ((NH₄)₂CO₃) yang biasa disebut carbonatliquorT5101 , yaitu sebagai berikut :

2NH₃ + CO₂ + H₂O →(NH₄)₂CO₃

2NH₃ + CO₂ +H₂P → NH₄HCO₃

Rasio NH₃/CO₂ adalah 1,3-1,35 . Reaksi dilakaukan dengan CO₂berlebih , Amonia cair dengan suhu -30ᵒC dari TK 801 dipompa dengan P7301 AB dimasukkan ke shellsidedari E 5103 . Panas LP steam ( P steam 2 kg/cm²) dari tube sideE5103 menyebabkan a,onia menguap menjadi gas (4ᵒC) . Gas amonia dari E5103 dipanaskan lagi dengan steam di E5104 (amonia superheater ) hingga suhu 27ᵒC kemudian dimasukkan ke T5101 . CO₂ dari amonia plant masuk ke D7301 (cooler separator ) , Pada unit D7301 ini , kondensat CO₂ dikirim ke seksi 5200 dengan P7302 AB . Dengan kompresor C5101 , CO₂ gas dari D7301 ditekan hingga 1,2 kg/cm² dan temperatur 80ᵒC dimasukkan ke T5101 . Larutan CL yang keluar dari dasar T5101 dipompa dengan P5101AB dan didinginkan menjadi 38-42ᵒC dengan coolingwater di carbonationcooler (E5101) kemudian dimasukkan kembali ke T5101 . Gas yang lolos ke bagian atas diserap oleh subber liquor .Sisa sisa gas yang tidak terserap dialirkan ke seksi 5200 .

Produksi larutan CL diambil dari discharge P5101 AB dan ditampung di TK 5103 (CL storage tank) . Dari TK 5103, CL dipompa dengan P5102 dan dikirim ke seksi 5200 untuk direaksikan dengan gypsum .

Seksi Reaksi dan Gas Scrubbing (Seksi 5200)

· Reaktor

Feedinggypsumke reaktor bisa langsung dari pabrik asam fosfat atau dari open storage di ZA II .Gypsum dari PA diangkut dengan sistem konveyer sampai ke damper M7119-1-2 . Conveyeryang digunakan ke reaktor antara lain : M7119-2 , M5212 , dan M5213 .

Bila gypsum diambil dari openstorage , maka dengan payloader dimasukkan ke hopper D5204 yang terletak di atas M5212 . Diatas reaktor pertama ( A atau B) terdapat vortex mixerD5201AB . Gypsum yang masuk ke vortex mixer dicampur dengan shurrydari pompa sirkulasi P5202 . Flow CL(amonium karbonat) diatur dengan FCV 5105 yang di-cascade-kan dengan WQ 5201.

Temperatur reaktor pertama dibuat 65ᵒC dan reaktor selanjutnya 70-73ᵒC dengan mengatur masukan steam ke steamcoilpada setiap reaktor .Slurrydari reaktor terakhir dikirim ke filtrasi . Tekanan reaktor dibuat negatif dengan blower C5201 .Reaksi yang terjadi dalam reaktor R5201 A-E sebagai berikut :

(NH₄)₂CO₃ +CaSO₄.2H₂O → (NH₄)₂SO₄ + CaCO₃ ↓ + 2H₂O -2,7 kcal/mol

NH₄HCO₃ → NH₃ + CO₂ + H₂O

(NH₄)₂CO₃ → 2NH₃ + CO₂ + H₂O

Reaksi tersebut menghasilkan magma dengan spesifikasi sebagai berikut :

Larutan : (NH₄)₂SO₄ ± 30,8% (min.25%) dan NH₃20 g/L (min.8 gr/L)

Padatan : CaCO₃ 88,8% , CaSO₄.2H₂O 4,8% ,insoluble6,4% ; SG magma 1,44 dan teperatur 70⁰C

Hal yang harus diperhatikan dalam reactor adalah kandungan NH₃ , kandungan NH₃ yang terlalu rendah menyebabkan masalah filtrasi , sisa gypsumyang tidak bereaksi akan mengotori kain filter . Kandungan NH₃ yang terlalu tinggi menyebabkan foaming di netralisasi . Selain dari itu , waktu tinggal yang terlalu lama menyebabkan slurry sulit difilter .

· Scrubber

Aliran gas menuju T5201 dibagi dua jalir . Jalur pertama merupakan campuran gas dari reactor , filtrasi , dan netralisasi yang dihisap C5201 ke bottom T5201 dan jalur kedua adalah campuran gas dari vacumpump dan dari karbonasi yag langsung masuk ke bottomT5201 scrubbingtower. Process condensate masuk kebagian atas T5201 . Dengan pompa sirkulasi P5203 AB ,scrubber liquor dilewatkan melalui cooler E5201 . Produksi scrubber liquor dipompa dengan P5207 AB ke T5101 (carbonationtower) . Sisa gas yang tak terserap dibuang ke atmosfer melalui stack. Reaksi pada scrubber sebagai berikut :

NH₃ + CO₂ +H₂O → (NH₄)₂CO₃ (encer)

Hasil dari scrubber adalah scrubber liquor dengan spesifikasi berikut : NH₃ 1,9% ; CO₂ 2,4% ; H₂O sisanya , SG 1,04% , dan temperatur 36⁰C .

Seksi Filtrasi (Seksi 5300)

Pada seksi ini terdapat dua tingkat filter yaitu primary filter denngan tipe belt dan secondary filter dengan tipe rotary

· Primary Filter (Fil.5301 AB)

Reaction magma dari reactor terakhir dipompa dengan P5201 ke bash dari filter Fil.5301 A dan atau Fil.5301 B .Reaction magma yang Overflow dari bash mengalir kembali ke reactor terakhir . Karena hisapan dari vacumpump C5302 AB ,larutan dari reaction magma menerobos kain filter dan ditampung di primaryfiltrate receiver D5302 sedangkan cake menempel pada filter . Cake yang telah lepas dari kain dilarutkan kembali (di-repulp) dengan weak liquor untuk ditampung di primaryrepulpingtank TK5303 . Weak liquor adalah filtrate dari secondaryfilter .Gas-gas yang lepas dari filter 5301 AB dihisap dengan C5201 .Filtrat(strong liquor) sebagai produksi filtrasi dari 5302 dipompa dengan P5301 AB ke chalk settler D5309. Spesifikasi strongliquor sebagai berikut : (NH₄)₂SO₄ 35,4% (min.32%) ; NH₃ 1,79% (maks.2%) ; solid in/out 0,42 ; sisanya CO₂ dan H₂O , SG 1,15-1,25 dan temperatur 40-60⁰C .

· Secondary Filter (Fil.5302 AB)

Slurry dari TK 5303 dipompa dengan P5302 ke bosh dari filter Fil 5302 A dan atau Fil 5302B .Slurry yangoverflow dari bosh mengalir kembali TK 5303 .Kondisi vakum dibuat melakui hisapan C5302 AB . Condensat dipanaskan dengan steam di E5301 hingga ±90⁰C dan digunakan untuk mencuci cake dari sisa-sisa kandungan (NH₄)₂SO₄ , Filtratnya ditampung pada secondaryfiltrate receiver D5305 , kemudian dengan pompa dengan P5303 AB dialirkan ke weak liquorpumptank TK 5302 . Weak liquor dipompa dengan P5302 AB dialirkan ke headtank TK 5308 untuk repulpcake dari Fil 5301 AB dank e stainer untuk pencucian cake dan pencucian kain Fil 5301 AB.

Cake dari Fil 5302 AB dilepaskan dari filter dengan tekanan udara dari kompresor C5301 (tekanan 0,5 kg/cm²) . Filter knife (scrapper) membantu pelepasan cake tersebut . Dengan conveyer M5320 dan M5321 cake (kapur) dibuang ke pembangunan . Cake tersebut mempunyai komposisi sebagai berikut : CaCO₃ min 6,5% , CaSO₄.2H₂O maks. 4% (NH₄)₂SO₄ maks.2% dan H₂O maks . 30%

· Vacuum Pump (C5302 AB)

Gas dari D 5302 dan D 5305 dihisap oleh C5302 AB. Sebagai sealing digunakan kondensat proses seksi 5500 . Campuran gas dan kondensat masuk ke vacumpumpsilencer M5311 . Gas yang terpisah dialirkan ke T 5201 (scrubber) . Kondensatnya dipompa dengan P5308 AB kembali ke seksi 5500 .

· Settler (D5309)

Strongliquor dari primary filter masih mengandung solid ±2000 ppm dengan ukuran dibawah 20 mikron . Di dalam settler ini solid mengendap ke dasar , digaruk dengan sttlerrake sehingga mengumpul ke tengah dan dipompa dengan P5307 ke reactor terakhir sebagai sludge yang mengandung ±10% solid .

Overflow dari settler mengandung kurang dari 200 ppm solid. Produk strongliquor ini dipompa denngan P5306 AB ke strongliquor strogae tank TK 5401 .

Seksi netralisasi (seksi 5400)

Seksi ini berfungsi untuk menetralkan sisa NH3 dan ammonium karbonat menjadi ZA tambahan .Sulphuricacid dari storage tank TK 5404 secara berkala diisi dari pabrik SA. Asam sulfat dari TK 5404 di pompa dengan P5403 AB ke headtank TK 5403 .Overflow dari TK 5403 kembali ke TK 5404 .Asam sulfat ke neutralization tank R5402 diambilkan dari line sebelum masuk ke TK 5403 .Flow diatur dengan FICV 5401. Pada R5402 ini asam sulfat bereaksi dengan strong liquor dari TK 5401 mengiikuti persamaan reaksi berikut :

NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4

(NH4)2CO3 + H2SO4 (NH4)2SO4 + H2O + CO2

NH4HCO3 + H2SO4 (NH4)2SO4 + 2H2O + CO2

Gas CO2 yang dilepas dihisap dengan C5201 untuk dimasukkan ke scrubber T5201 .Larutan ammonium sulfat hasil reaksi ini (NL) mempunyai kondisi sebagai berikut ; PH 3-4 ,temperature 62⁰C , dan SG 1,21.

Seksi Evaporasi dan Kristalisasi (Seksi 5500)

Seksi ini berfungsi menguapkan H2O dari larutan NL supaya larutan menjadipekat hingga terbentuk Kristal ammonium sulfat .Kristal dan laarutan dipisahkan memakai alat sentrifuge .Proses evaporasi dilakukan dalam tiga evaporator .Evaporator pertama berfungsi memekatkan NL sampai mendekati jenuh .Pompa D5501 mensirkulasikan larutan melewati tube side dari calandria 1 (heatexchanger E 5501 ).Sebagai pemanas adalah steam 2kg/cm2 masuk ke shellside E 5501. NL diumpankan ke line sirkulasi dengan 1^st circulation pump P 5501 .Tekanan D5501 dibuat vakum 707 torr (0,93 kg/cm2A). Uap dari D 5501 (113,36⁰C) dipakai sebagai pemanas untuk evaporator II .Kondensat yang terbentuk di E5591 di tamping dalam flash tank D5504 .Dengan P5504 AB, kondensat dari D 5504 dikirm ke service unit produksi III dan sebagaian lagi ke scrubber .

Evaporator kedua berfungsimemekatkan larutan dari evaporator I menjadi lewat jenuh sehingga terbentuk Kristal .Suhu larutan keluar calandria IIb(E5502) sebesar 85,5⁰C .Tekanan D 5502 dibuat vakum sebesar 327 torr (0,43 kg/cm2.A). Campuran Kristal dan larutan dikeluarkan dari salt catcher di bagian bawah D 5502 dengan P 5509 menuju slurrytank TK 5517 .Overflow dari larutan di kirim ke evaporator III dengan P 5510.

Kondensat E 5502 masuk ke 2^nd flash tank (D 5505) .Kondensat kemudian dikirim dengan pompa P 5506 AB ke 3^rd flash tank (D 5506) bersamaan dengan kondensat dari E 5503 (3^rd calandria) . Campuran kondesat kemudian ditampung di TK 5511 melalui P 5506 AB.

Proses pada evaporator III ( D 5503) mirip dengan evaporator II.Pemanas yang digunakan adalah uap hasil evaporator II. Suhu larutan keluar calandria III (E 5503) sebesar 60⁰C .Tekanan D 5503 dibuat vakum sebesar 107 torr (0,14 kg/cm2.A) . Sirkulasi larutan dengan P 5503 .Slurry dikirim ke TK 5517 dengan P5511 .Slurry Kristal ammonium sulfat basah yang dihasilkan memiliki komposisi sebagai berikut : (NH4)2SO4 99% dan H2O 1%.Uap hasil evaporator III dikirimm ke system vakum. Kondensat (proses kondensat) yang terbentuk di E5503 juga E5502 dikirim ke process condensate storage tank TK 5511 .Proses kondensat yang dihasilkan mengandung 300 ppm NH3 dalam bentuk (NH4)2SO4 dan dibuang melewati effluent treatment .

· Sistem Vakum

uap dari D 5503 masuk ke barometriccondenser E5520 .Air pendingin berasal dari condensate coolingtower T5501 dengan pompa P 5518 ABC .Kondensat bersama air pendingin (E 5520 merupakan condenser dengan pendingin kontak langsung) di tamping di hot well D 5521 selanjutnya dikirim ke T 5501 untuk didinginkan .Uap dan gas yang tak mengembun ditarik oleh ejector J 5502 .Untuk ejector J 5501 dan J 5502 dipakai steam 100 kg/cm2 untuk mengatur kondisi vakum.

· Centrifuge (M5501 AD)

Slurry dari slurry tank TK 5517 dipompa dengan P 5517 menuju centrifuge M5501 AD setelah melewati thickener D 5511 AD untuk menaikkan konsentrasi kristal dari 25% menjadi 40%.Overflowslurry dari D 5511 AD dan overflow dari slurryloop kembali ke TK 5517.Di dalam centrifuge Kristal dipisahkan dari larutan.Kristal basah masuk konveyor M 5502 untuk dibawa ke seksi 5600 dryer cooler .Larutannya motherliquor dialirkan ke motherliquortank TK 5510 .Spesifikasi mother liquor sebagai berikut : (NH4)2SO4 41% (min. 35% ; H2SO4 maks 2% ,dan PH 3-4.

Seksi Pengeringan dan Pendinginan (Seksi 5600)

Peralatan utama seksi ini adalah M 5601 (rotary dryer dan cooler ) dan B5601 (furnace sebagai pembangkit tenaga panas).

· Furnace (B5601)

Gas alam dengan tekanan 20 lbs/in2 diturunkan tekanan nya menjadi 1,2 lbs/in2 dimasukkan ke B5601 . Udara pembakaran didapat dari furnace combustion air fan C5605.Gas panas dari furnace didinginkan dengan udara dari furnace dilution air fan C5602 sampai suhu 134,9⁰C .Udara panas keluar furnace dimasukkan ke bagian drying dari dryer-cooler M5601.

· Rotary Dryer – Cooler (M5601)

Kristal basah dari konveyor M5502 dikeringkan dengan hembusan udara panas dari furnace .Di bagian cooler dari M5601 , Kristal didinginkan dengan hembusan udara yang diperoleh dari cooler air feed fan C 5604.Produk Kristal diangkut dengan system conveyor ke pengantongan atau bulk storage .Kristal ammonium sulfat kering yang dihasilkan memiliki spesifikasi sebagai berikut : N total min. 21% , H2O maks. 0,15% , H2SO4 maks. 0,1% , Fe 75 ppm , dan temperature 50⁰C.

· Cyclone dan Scrubber

Udara keluar dari bagian dryer M5601 melewati dryer cyclone D 5601 . Debu yang terkumpul di D 5601 dimasukkan ke remelt tank TK 5603 .Udara keluar D5601 yang masih mengandung sisa debu dihisap dengan dryer cooler exhaust fan C5601 dimasukkan ke dryer cooler scrubber T 5601.

Udara keluar dari bagian cooler M 5601 melewati cooler cyclone D 5602 AD.Debu yang terkumpul di D 5602 AD dimasukkan ke TK 5603 .Udara keluar D5602 AD yang masih mengandung sisa debu dihisap dengan product cooler fan C5603 dimasukkan ke T5601.

Di dalam T 5601 sisa-sisa debu diserap oleh kondensat proses .Larutan encer yang dihasilkan di kirim kr TK 5603 untuk melarutkan debu yang dukumpulkan oleh cyclone D 5601 dan D 5602 ABCD .Larutan yang dihasilkan dikirim ke settler D 5309 dengan remelt liquor (RL) pump P 5601.

Unit Pendukung ZA II

Unit pendukung ZA II plant , antara lain :

a) Unit air pendingin (6510)

b) Unit udara tekan / instrument (6300)

c) System conveyor (7100) yang terdiri dari sistemm konveyor sulphur-gypsum dan conveyor produk.

· Sistem Air Pendingin

Alat utama :

a) Menara pendingin (cooling tower T 6510)

b) Dua buah fan MT 6510 AB

c) Tiga buah sirkulasi P 6511 ABC

Spesifikasi system:

Kapasitas sirkulasi : 1735 m3/jam

Make up : 36,9 m3/jam

Temperature in : 41⁰C

Temperature out : 31⁰C

Spesifikasi air pendingin:

PH (pada 25⁰C) : 7,5-8,5

Ca Hardness (CaCO3) : 150-1000 ppm

Silica (Sio2) : maks. 150 ppm

Residual chlorine : 0,5-1 ppm

Conductivity : maks. 30000

Turbidity : maks. 20

· System Udara Tekan/Instrumen

Spesifikasi udara tekan (utility air):

Tekanan : 7,5 kg/cm2

Kompresor : C 6303 kapasitas 65 Nm3/jam

Receiver : D 6303

Spesifikasi udara instrument:

Tekanan : 7,5 kg/cm2

Kompresor : C 6304 AB kapasitas 65 Nm3/jam

Air dryer : D 6306 AB

2.4. Kegunaan Pupuk ZA

A. BILA TANAMAN KEKURANGAN UNSUR HARA BELERANG, MAKA:

Produksi protein tanaman menurun, pertumbuhan sel tanaman kurang aktif.
Terjadi penimbunana amida bebas dan asam amino sampai batas yang berbahaya bagi tanaman, terjadi kerusakan aktifitas fisiologis dan mudah tererang hama dan penyakit.
Produksi butir hijau daun menurun, proses asimilasi dan sintesis karbohidrat terlambat, tanaman mengalami klorosis / kekuningan, dan hasil panen rendah.

B. Pupuk ZA

Mudah penangannya dan ekonomis.
Tidak menyerap banyak air.
Digunakan sebagai pupuk dasar dan susulan.
Senyawa kimianya stabil sehingga tahan disimpan dalam waktu lama.
Dapat dicampur dengan pupuk lain.
Aman digunakan untuk semua jenis tanaman.

C. Pupuk ZA

Memperbaiki kualitas dan meningkatkan produksi serta nilai gizi hasil panen dan pakan ternak karena peningkatan kadar protein pati, padi, gula, lemak, vitamin, dll.
Memperbaiki rasa dan warna hasil panen.
Tanaman lebih sehat dan lebih tahan terhadap gangguan lingkungan (hama, penyakit, kekeringan)

D. MANFAAT BELERANG BAGI TANAMAN

Membantu pembentukan butir hijau daun sehingga daun menjadi lebih hijau.
Menambah kandungan protein dan vitamin hasil panen.
Meningakatkan jumlah anakn yang menghasilkan (pada tanaman padi).
Berperan penting pada proses pembulatan zat gula.
Memperbaiki warna, aroma, dan kelenturan daun tembakau (khusus pada tembakau omprongan).
Memperbaiki aroma, mengurangi penyusutan selama penyimpangan, memperbesar umbi bawang merah dan baeang putih.

E. GEJALA KEKURANGAN UNSUR HARA BELERANG

Tanaman tumbuh kerdil, kurus dan panjang.
Pertumbuhan dan kematangan terlambat, terutama pada tanaman biji-bijian.
Pada sebagian besar tanaman, daun muda berwarna hijau kekuning-kuningan, merah sampai tulang daun. Pada beberapa tanaman seperti tembakau, jeruk dan kapas, gejala lebih dahulu terlihat pada daun tua.
Pada tanaman kacang-kacangan pembentukan bintil akar berkurang.
Buah-buahan tidak matang sempurna dan warnanya menjadi hijau terang.
Timbul bintik-bintik pada daun, seperti pada kentang.

2.5. CARA PENGGUNAAN PUPUK ZA

Pupuk ZA sangat dianjurkan sebagai pupuk dasar dan pupuk susulan untuk semua jenis tanaman.
(Unsur hara Belerang dibutuhkan tanaman sejak awal pertumbuhan)
Pupuk ZA dapat dicampur dengan pupuk yang lain.
Dapat bersifat racun bagi tanah jika diberikan pada tanah tanpa disertai kapur. Tanpa adanya batuan kapur, ammonium sulfat akan bebas bereaksi dengan besi, aluminium, dan mangan membentuk racun besi, aluminium, dan mangan.
Kelebihan pupuk ammonium sulfat mengakibatkan tanah besifat asam. Dengan demikian, pupuk ini harus diberikan pada tanah yang bersifat basa.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

· Pupuk pertama kali ditemukan dalam penelitian oleh Seorang ahli kimia Jerman yang bernama Justus von Liebig.

· Pupuk ZA adalah pupuk kimia buatan yang dirancang untuk memberi tambahan hara nitrogen dan belerang bagi tanaman. Nama ZA adalah singkatan dari istilah bahasa Belanda, zwavelzure ammoniak, yang berarti amonium sulfat (NH₄SO₄).

· Bahan baku utama yang digunakan dalam pupuk za adalah amoniak (NH₃) dan asam sulfat (H₂SO₄)

· Proses produksi pupuk za ada 5 tahap yaitu penguapan amoniak cair, pereaksian antara amoniak dan asam sulfat , pemisahan Kristal amonium sulfat dari larutan induknya dan pengayakan Kristal, pengeringan kristal amonium sulfat, dan pengepakan produk

Aplikasi pupuk ZA yaitu untuk semua jenis macam tumbuhan.

a) Pabrik ZA II (amoniumsulfat II) didesain dengan kapasitas 810 ton per day . Proses yang digunakan adalah proses ICI/Chemico untuk tahan preaksinya dan SSIC untuk evaporator kristaliser .

Spesifikasi produk :

4. Bentuk = kristal

5. Ukuran = 70% tertahantyler mesh no.30

6. Kadar = nitrogen 21%

= asambebas (H₂SO₄) 0,1%

= air (H₂O) 0,15%

Bahan baku dan bahan penolong :

6. Amonia, dari TK 801

7. Karbondioksida (CO₂), merupakan hasil samping dari pabrik amonia

8. Fosfogipsum (CaSO₄.2H₂O) , merupakan hasil samping dari pabrik asampospat

9. Asam sulfat (H₂SO₄) , dari pabrik asamsulfat II

10. Amoflo , sebagai bahan anti caking