Saya membagikan postingan mengenai makalah tentang
Pembuatan Oksigen Nitrogen dan Hidrogen di Industri selesai juga, materi ini saya dapetkan materinya dari
http://kimia.upi.edu/staf/nurul/web2012/0905811/materi.html
PEMBUATAN OKSIGEN
Pendahuluan
Oksigen adalah unsur yang sangat
penting bagi kehidupan manusia. Unsur golongan VI ini sangat penting bagi
proses pernapasan makhluk hidup. Oksigen lebih banyak berada dalam keadaan
senyawanya daripada sebagai unsur bebas. Sebagai unsur bebas, oksigen terdapat
dalam udara yaitu kira-kira 21% volume udara kering. Oksigen atau zat asam
adalah unsur kimia dalam sistem tabel periodik yang mempunyai lambang O
dan nomor atom 8. Ia merupakan unsur golongan kalkogen dan dapat dengan mudah
bereaksi dengan hampir semua unsur lainnya (utamanya menjadi oksida). Pada
temperatur dan tekanan standar, dua atom unsur ini berikatan menjadi
dioksigen, yaitu senyawa gas diatomik dengan rumus O2 yang
tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau. Oksigen merupakan unsur paling
melimpah ketiga di alam semesta berdasarkan massa dan unsur paling melimpah
dikerak Bumi. Gas oksigen diatomik mengisi 20,9% volume atmosfer bumi. Semua
kelompok molekul struktural yang terdapat pada organisme hidup.
Pengertian
Oksigen adalah suatu unsur yang pada
suhu dan tekanan atmosfir berbentuk gas. Kandungan oksigen dalam udara kurang
lebih 20% volume. Gas oksigen mempunyai sifat oksidator dan dapat membesar
kebakaran. Oksigen dapat di gunakan sebagai bahan baku penolong di industri
baja, glass, Ethylene Oxide, sebagai gas medis/pertolongan pernapasan,
digunakan dalam pemotongan pengelasan, handering, dan lain-lain. Sifat kimia
dari oksigen sendiri yaitu merupakan zat yang tidak dapat terbakar dan bersifat
membantu kebakaran.
Penggunaan Oksigen dalam Industri
Sebagian besar dari produksi oksigen
digunakan pada industri baja. Besi tuang yang diperoleh dari tanur tinggi (besi
kasar) mengandung karbon sekitar 3 - 4 %. Kadar karbon yang terlalu tinggi itu
menyebabkan besi tuang kurang kuat dan rapuh. Kadar karbon dalam besi tuang
dikurangi dengan oksidasi yang terkendali. Sebagian kecil oksigen digunakan
bersama-sama dengan gas asetilen (etuna) untuk mengelas. Pembakaran gas
asetilen bisa mencapai suhu 3000°C. Selain itu oksigen cair digunakan sebagai
bahan bakar roket.
Sejarah Oksigen
Oksigen secara terpisah ditemukan
oleh Carl Wilhelm Scheele di Uppsala pada tahun 1773
dan Joseph Priestley di Wiltshire pada tahun 1774. Temuan
Priestley lebih terkenal karena publikasinya merupakan yang pertama kali
dicetak. Istilah oxygen diciptakan oleh Antoine
Lavoisier pada tahun 1777.
Proses Pembuatan Oksigen
Oksigen dapat dibuat dalam skala
besar di industri dan dapat juga dalam skala kecil di laboratorium. Dalam skala
besar di industri, pembuatan oksigen diperoleh dari destilasi bertingkat udara
cair. Prosesnya, mula-mula udara disaring untuk menghilangkan debu lalu
dimasukkan ke dalam kompresor. Pada kompresi ini suhu udara akan naik, kemudian
didinginkan dalam pendingin. Udara dingin mengembang melalui celah, dan
hasilnya adalah udara yang suhunya lebih dingin, cukup untuk menyebabkannya
mencair. Udara cair disaring untuk memisahkan karbondioksida dan air yang telah
membeku. Kemudian udara cair itu memasuki bagian puncak kolom di mana nitrogen,
komponen yang paling mudah menguap, keluar sebagai gas. Pada pertengahan kolom,
gas argon keluar dan selanjutnya oksigen cair. Komponen lain yang paling sulit
menguap akan terkumpul di dasar. Berturut-turut titik didih normal nitrogen,
argon, dan oksigen adalah -195,8, -185,7, dan -183,0°C.
Manfaat Oksigen
1. Untuk pernafasan para penyelam, angkasawan, atau
penderita penyakit tertentu.
2. Dalam industri baja, untuk mengurangi kadar karbon
dalam besi gubal.
3. Bersama-sama dengan gas asetilena, digunakan untuk
mengelas baja.
4. Oksigen cair bersama dengan hydrogen cair digunakan
sebagai bahan bakar roket untuk mendorong pesawat ruang angkasa.
5. Dalam berbagai industri kimia, untuk mengoksidasikan
berbagai zat.
6. Digunakan dalam pengolahan besi menjadi baja di tanur
terbuka (tanur oksigen).
7. Berperan dalam aerasi limbah 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 Nitrogen
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 energi 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 nitrida 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 hidrogen di
bawah tekanan sehingga membentuk ammonia. Dari pengkajian itu, mereka 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 hidrogen dan nitrogen murni. Cara yang
nyata yaitu elektrolisis air untuk membuat hidrogen dan destilasi udara cair
untuk membuat nitrogen ternyata terlalu mahal, sehingga mereka terpaksa
menciptakan proses lain yang lebih murah. Usaha bersama mereka telah berhasil
menciptakan proses sintesis ammonia pada tekanan tinggi di tahun 1913. Proses
ini sangat banyak menggunakan energi, sehingga banyak mengalami modofikasi
akhir-akhir ini. Dengan demikian, tingkat kenaikan harganya tidak sampai
setinggi setingkat kenaikan harga energi pada umumnya. Perbaikan-perbaikan
besar masih terus berlangsung dengan amat cepatnya.
Pengertian Nitrogen
Nitrogen adalah unsur kimia dalam
table periodik yang memiliki lambang N dan nomor atom 7. Biasanya ditemukan
sebagai gas tanpa warna, tanpa bau, tanpa rasa dan merupakan gas diatomik 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.
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 halnya oksigen.
Proses Pembuatan Nitrogen
1. Filtrasi
Pada saat udara dihisap oleh
kompresor, 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. Kompresi
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 industri 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 temperatur yang biasanya dialaminya.
Sistem penguapan terbuka merupakan tipe sistem pendingin yang umumnya digunakan
dalam plant pemisahan udara.
Sebagian industri 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 temperatur
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 temperatur 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 industri, 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 tekanannya 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
Manfaat Nitrogen
2.Untuk membuat atmosfer inert dalam berbagai proses yang terganggu oleh oksigen, misalnya dalam industri elektronika.
3.Sebagai atmosfer inert dalam makanan kemasan untuk memperpanjang masa penggunaannya.
4.Nitrogen cair digunakan sebgai pendingin untuk menciptakan suhu yang sangat rendah.
Pembuatan
Hidrogen
Pengertian Hidrogen
Hidrogen adalah gas yang tidak
berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Hidrogen atau H2 mempunyai
kandungan energi per satuan berat tertinggi, dibandingkan dengan bahan bakar
manapun. Hidrogen merupakan unsur yang sangat aktif secara kimia, sehingga
jarang sekali ditemukan dalam bentuk bebas. Di alam, hidrogen terdapat dalam
bentuk senyawa dengan unsur lain, seperti dengan oksigen dalam air atau dengan
karbon dalam metana. Sehingga untuk dapat memanfaatkanya, hidrogen harus
dipisahkan terlebih dahulu dari senyawanya agar dapat digunakan sebagai bahan
bakar.
Ada beberapa metode pembuatan gas
hidrogen yang telah kita kenal. Namun semua metode pembuatan tersebut
prinsipnya sama, yaitu memisahkan hidrogen dari unsur lain dalam senyawanya.
Tiap-tiap metode memiliki keunggulan dan kekurangan masing-masing. Tetapi
secara umum parameter yang dapat dipertimbangkan dalam memilih metode pembuatan
H2 adalah biaya, emisi yang dihasilkan, kelaikan secara ekonomi,
skala produksi dan bahan baku. Sekarang mari kita bahas satu per satu
metode-metodenya.
Sejarah Hidrogen
Hidrogen dinyatakan unik
oleh Cavendish pada tahun 1776 dan dinamai hirdrogen
oleh Lavosier.
Bahan yang Digunakan
2. Metana atau hidrokarbon ringan
3. Katalis nikel
Proses dan Reaksi Kimia Pembuatan
Hidrogen
Dalam skala industri, hidrogen
dihasilkan dari uap air dengan metana atau hidrokarbon ringan dengan katalis
nikel pada suhu 75°C menghasilkan campuran karbon monoksida dan hidrogen.
Campuran gas ini disebut “synthesis gas” atau “syngas”.
CH4+ H2O → CO + H2
C(coke) + H2O (1000°C) → CO + H2
1. Steam Reforming
Dalam proses ini, gas alam seperti
metana, propana atau etana direaksikan dengan steam (uap air) pada suhu tinggi
(700~1000°C) dengan bantuan katalis, untuk menghasilkan hidrogen, karbon
dioksida (CO2) dan karbon monoksida (CO). Sebuah reaksi samping juga
terjadi antara karbon monoksida dengan steam, yang menghasilkan hidrogen dan
karbon dioksida. Persamaan reaksi yang terjadi pada proses ini adalah:
CH4 + H2O → CO + 3H2
CO + H2O → CO2 + H2
Gas hidrogen yang dihasilkan
kemudian dimurnikan, dengan memisahkan karbon dioksida dengan cara penyerapan.
Saat ini, steam reforming banyak digunakan untuk memproduksi gas hidrogen
secara komersil di berbagai sektor industri, diantaranya industri pupuk dan
hidrogen peroksida (H2O2). Akan tetapi metode produksi
seperti ini sangat tergantung dari ketersediaan gas alam yang terbatas, serta
menghasilkan gas CO2, sebagai gas efek rumah kaca.
2. Gasifikasi Biomasa
Metode yang kedua adalah gasifikasi
biomasa atau bahan alam seperti jerami, limbah padat rumah tangga atau kotoran.
Di dalam prosesnya, bahan-bahan tadi dipanaskan pada suhu tinggi dalam sebuah
reaktor. Proses pemanasan ini mengakibatkan ikatan molekul dalam senyawa yang
ada menjadi terpecah dan menghasilkan campuran gas yang terdiri dari hidrogen,
karbon monoksida dan metana.
Selanjutnya dengan cara yang sama
seperti pada steam reforming, metana yang dihasilkan diubah menjadi gas
hidrogen. Gasifikasi biomasa atau bahan organik memiliki beberapa keunggulan,
antara lain menghasilkan lebih sedikit karbon dioksida, sumber bahan baku yang
berlimpah dan terbarukan, bisa diproduksi di hampir seluruh tempat di dunia
serta biaya produksi yang lebih murah.
3. Gasifikasi Batu Bara
Gasifikasi batu bara merupakan
metode pembuatan gas hidrogen tertua. Biaya produksinya hampir dua kali lipat dibandingkan
dengan metode steam reforming gas alam. Selain itu, cara ini pula menghasilkan
emisi gas buang yang lebih signifikan. Karena selain CO2 juga
dihasilkan senyawa sulfur dan karbon monoksida.
Melalui cara ini, batu bara pertama-tama dipanaskan pada suhu tinggi dalam
sebuah reaktor untuk mengubahnya menjadi fasa gas. Selanjutnya, batu bara
direaksikan dengan steam dan oksigen, yang kemudian menghasilkan gas hidrogen,
karbon monoksida dan karbon dioksida.
4. Elektrolisa Air (H2O)
Elektrolisa air memanfaatkan arus
listrik untuk menguraikan air menjadi unsur-unsur pembentuknya, yaitu H2
dan O2. Gas hidrogen muncul di kutub negatif atau katoda dan oksigen
berkumpul di kutub positif atau anoda. Hidrogen yang dihasilkan dari proses
electrolisa air berpotensi menghasilkan zero emission, apabila listrik yang
digunakan dihasilkan dari generator listrik bebas polusi seperti energi angin
atau panas matahari.
Namun demikian dari sisi konsumsi
energi, cara ini memerlukan energi listrik yang cukup besar. Nah, selain
keempat metode di atas, masih ada metode lain untuk memproduksi gas hidrogen,
yaitu antara lain photoelectrolysis, dekomposisi air pada suhu tinggi (themal
decomposition of water), photobiological production, plasmatron,
fermentasi bahan organik dan lain-lain.
Manfaat Hidrogen
2. Pembentukan logam dari oksidanya
3. Hydrogen sebagai bahan bakar
4. Untuk hidrogenasi lemak dan minyak
5. Sebagai bahan baker roket
6. Mereduksi bijih-bijih besi
7. Sebagai gas pengisi balon
Terima kasih telah berkunjung dan membaca postingan ini, jika ada kesalahan atas informasi yang saya berikan, saya mohon maaf sebesar-besarnya, semoga informasi yang saya berikan dapat bermanfaat untuk kalian. Jangan lupa jika ingin meng-copy paste, cantumkan sumbernya, kalau ada informasi yang salah mohon hubungi saya via komentar atau di menu Chat, berlaku juga jika ada yang ingin ditanyakan, jika saya mengetahui jawabannya saya akan sempatkan menjawabnya. Saya sangat menghargai saran dan masukan untuk postingan berikutnya.
Semoga bermanfaat