Laporan 1 TRP Pendahuluan Dan Seleksi Proses [PDF]

Citation preview

TUGAS PERANCANGAN PABRIK Semester Genap Tahun Akademik 2020/2021



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida Menggunakan Proses Reaksi Asidifikasi Berkapasitas 200.000 Ton/Tahun



LAPORAN I Pendahuluan Dan Seleksi Proses



Pembimbing Dr. Maria Peratenta S, ST., MT.



Koordinator Muhammad Iwan Fermi, ST, MT



Kelompok 4.1.2020 Monika Putriani Br. Siagian/1707111366 Vanny Efia Triwahyuni/1707111010 Yolanda Devia Aprilia/1707113919



PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU 2021



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



LEMBAR PENGESAHAN TUGAS PERANCANGAN PABRIK Semester Genap Tahun Akademik 2020/2021



LAPORAN I Pendahuluan dan Seleksi Proses



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida Menggunakan Proses Reaksi Asidifikasi Berkapasitas 200.000 Ton/Tahun



Kelompok 4.1.2020 Monika Putriani Br. Siagian/1707111366 Vanny Efia Triwahyuni/1707111010 Yolanda Devia Aprilia/1707113919



Catatan :



Pekanbaru,



Maret 2021



Disetujui Pembimbing,



Dr. Maria Peratenta S, ST., MT. NIP. . 19710128 199701 2 001



Laporan I



i



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



DAFTAR ISI



LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... i DAFTAR ISI .......................................................................................................... ii DAFTAR TABEL ................................................................................................ iii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... iiv BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1 1.1



Latar Belakang ................................................................................... 1



1.2



Kegunaan Produk ............................................................................... 2



1.3



Ketersediaan Produk .......................................................................... 3



1.4



Produsen yang sudah ada ................................................................... 4



1.5



Isu-isu terkini berkenaan dengan produk ........................................... 5



BAB II DESKRIPSI PROSES ............................................................................. 6 2.1



Deskripsi Proses Pembuatan Kalsium Klorida .................................. 6 2.2.1 Proses pemurnian dari air laut .................................................. 6 2.2.2 Proses Solvay ........................................................................... 7 2.2.3 Proses Reaksi Asidifikasi ......................................................... 9



2.2



Analisa Pemilihan Proses................................................................. 11



2.3



Analisa Proses Terpilih .................................................................... 12



2.4



Deskripsi Uraian Proses ................................................................... 16 2.4.1 Persiapan Bahan Baku ............................................................ 16 2.4.2 Proses Reaksi Antara Batu Kapur dan Asam Klorida ............ 16 2.4.3 Proses Netralisasi dan Pengkristalan...................................... 16 2.4.4 Penanganan Produk ................................................................ 17



DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN



Laporan I



ii



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Data Impor Kalsium Klorida ................................................................ 4 Tabel 1.2 Produsen Industri Kalsium Klorida di Berbagai Negara ...................... 4 Tabel 2.1 Kandungan Zat Kimia di dalam Air Laut............................................. 6 Tabel 2.2 Perbandingan Antara Berbagai Proses Sintesis Kalsium Klorida ..... 11



Laporan I



iii



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Grafik Data Impor Kalsium Klorida di Indonesia ........................... 1 Gambar 2.1 BFD Pembuatan Soda Abu Dengan Proses Solvay ......................... 8 Gambar 2.2 Blok Diagram Kualitatif Prarancangan Kalsium Klorida dengan Proses Asidifikasi .............................................................. 13 Gambar 2.3 PFD Pembuatan Kalsium Klorida dengan Proses Asidifikasi ....... 14



Laporan I



iv



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



BAB I PENDAHULUAN 1.1



Latar Belakang Indonesia adalah negara besar dengan wilayah laut dan darat yang cukup



luas serta memiliki sumber daya alam yang melimpah. Saat ini Indonesia telah mengalami pembenahan dari berbagai sektor, mulai dari sektor kesehatan, pendidikan, kelautan, pertanian, energi dan industri. Pada sektor industri, Indonesia sudah cukup banyak memiliki pabrik atau industri yang berperan untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, seperti industri pupuk, minyak dan gas, batu bara, semen, makanan, minuman dan lain sebagainya. Meskipun



Indonesia



memiliki



banyak



industri



untuk



memenuhi



kebutuhannya sendiri, namun ada beberapa kebutuhan yang sampai saat ini masih impor dari negara lain bahkan dengan jumlah yang sangat besar. Salah satu dari produk impor itu sendiri adalah kalsium klorida. Kalsium klorida dengan rumus kimia CaCl2 adalah salah satu jenis garam yang terdiri dari unsur kalsium (Ca) dan klorin (Cl2). Kebutuhan kalsium klorida di Indonesia diperkirakan terus mengalami peningkatan setiap tahunnya seperti industri pulp, semen dan pengawet makanan. Untuk memenuhi kebutuhan akan kalsium klorida sampai saat ini Indonesia harus mengimpor dari luar negeri. Berdasarkan data dari Biro Pusat Statistika (BPS), untuk impor kalsium klorida dari tahun 2016-2019 ditunjukkan pada Gambar 1.1.



Kapasitas Kalsium Klorida (ton/tahun)



10500 9000 y = 481,26x - 963670 7500 6000 4500 3000 1500 0 2015



2016



2017



2018



2019



2020



Tahun



Gambar 1. 1 Grafik Data Impor Kalsium Klorida Di Indonesia Laporan I



1



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



Dilihat dari data impor kalsium klorida dari tahun 2016-2019 dapat diprediksikan untuk kebutuhan kalsium klorida pada tahun 2026 dengan cara pendekatan regresi linear, sehingga didapatkan persamaan y = 481,26x – 963670 dimana : y = jumlah impor kalsium klorida (kg/tahun) x = tahun Jadi untuk kebutuhan Indonesia akan kalsium klorida pada tahun 2026 diprediksi sekitar 11.362,76 ton/tahunnya. Kebutuhan kalsium klorida di dalam negeri semakin meningkat, hal ini yang diperlukan adanya penambahan industri sintesis CaCl2 karena kebutuhan dalam negeri masih belum seimbang dengan jumlah produksi. Pasokan untuk kalsium klorida di Indonesia diimpor dari negara China, Jepang dan beberapa negara lainnya (Kementrian Perindustrian, 2018). Dengan adanya pabrik kalsium klorida di Indonesia diharapkan dapat mengurangi kebutuhan impor. Jika kebutuhan didalam negeri sudah di penuhi produk kalsium klorida ini dapat diekspor, sehingga meningkatkan perkembangan industri yang ada di Indonesia. Disamping itu, dengan didirikan pabrik ini bisa membuka lapangan pekerjaan dan bisa memicu pabrik-pabrik baru yang membutuhkan produk kalsium klorida. Perkembangan ilmu dan teknologi disertai dengan kemajuan di sektor industri mengarahkan semua negara kearah industri. Indonesia sebagai negara berkembang telah banyak melakukan pembangunan di segala bidang Pembangunan disektor industri mengalami peningkatan, salah satunya dalam sektor indutri kimia. Namun ketergantungan impor masih besar dibandingkan ekspornya. Indonesia masih banyak mengimpor bahan baku atau produk industri kimia dari luar negeri salah satunya kalsium klorida. Ketergantungan impor menyebabkan devisa negara menjadi berkurang, sehingga diperlukan usaha untuk menangani permasalahan tersebut. Salah satu upaya yang dapat dilakukan yaitu dengan mendirikan pabrik untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri. 1.2



Kegunaan Produk Kalsium klorida mempunyai banyak kegunaan, antara lain sebagai zat



pengering (Dessicant), sebagai zat pencair es (De-icing) dan penekanan titik beku, sebagai sumber ion kalsium, sebagai zat aditif dalam industri makanan, dan Laporan I



2



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



kegunaan lainnya. Kalsium klorida digunakan sebagai zat pengering (Dessicant) karena sifat higroskopisnya, kalsium klorida sering digunakan dalam pengering tabung untuk menghilangkan uap air. Hal ini digunakan untuk mengeringkan rumput laut, yang kemudian digunakan untuk menghasilkan abu soda. Kalsium klorida telah disetujui oleh FDA (Food and Drug Administration) sebagai bahan kemasan (untuk memastikan tidak adanya kelembapan). Kalsium klorida juga digunakan sebagai zat pencair es (De-icing) dan penekanan titik beku. Dengan menekan titik beku, kalsium klorida digunakan untuk mencegah terbentuknya es serta mencairkan es pada permukaan jalan. Larutan kalsium klorida dapat mencegah pembekuan pada suhu serendah -52 ° C (-62 ° F). Kalsium klorida digunakan sebagai zat aditif dalam industri makanan yang telah terdaftar sebagai zat aditif dalam makanan. Rata-rata konsumsi kalsium klorida sebagai bahan tambahan pangan adalah sekitar 160-345 mg/ hari untuk individu. Kalsium klorida juga digunakan zat pengawet dalam sayuran kalengan dan juga digunakan dalam pemrosesan dadih kacang kedelai menjadi tahu. Kalsium klorida memiliki kegunaan lain, beberapa di antaranya digunakan dalam industri pakan ternak, digunakan sebagai sumber kalsium dalam pembuatan bahan kimia dan plastik untuk pengendapan, digunakan sebagai katalis, pembuatan pewarna sebagai agen pengendapan, penyimpanan energi untuk penyimpanan panas, dan sebagai bahan aditif buah-buahan dan sayuran. Banyaknya manfaat kalsium klorida mendorong tingkat produksi kalsium klorida semakin tinggi sehingga membuat industri ini tumbuh dengan cepat. 1.3



Ketersediaan Produk Untuk memenuhi ketersediaan kalsium klorida sampai saat ini Indonesia



harus mengimpor dari luar negeri dikarenakan belum tersedianya industri kalsium klorida di Indonesia. Berdasarkan data dari Biro Pusat Statistika (BPS), untuk impor kalsium klorida dari tahun 2011-2020 ditunjukkan pada tabel 1.1.



Laporan I



3



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



Tabel 1.1 Data Impor Kalsium Klorida Tahun Impor (kg) 2011 2.167,328 2012 4.003,640 2013 9.035,777 2014 10.346,822 2015 8.243,054 2016 7.327,964 2017 6.141,824 2018 6.907,945 2019 8.676,776 2020 7.462,595 (Sumber : Badan Pusat Statistik, 2020) 1.4



Produsen yang sudah ada Industri kalsium klorida telah tersedia di berbagai negara di seluruh dunia.



Setiap negaranya berusaha untuk memasarkan produk kalsium klorida seluasluasnya. Berikut adalah daftar produsen kalsium klorida yang sudah ada di dunia. Tabel 1.2 Produsen Industri Kalsium Klorida di Berbagai Negara Produsen



Kapasitas (ton/tahun)



Lokasi



Jenis Proses



LII



10.000



Frankfurt, Germany



Neutralization



National Chloride



14.000



Amboy, US



Natural Brine



Tetra Vulcan



26.000



Mag Corp



31.000



Rowley, US



Neutralization



Wikinson



38.000



Mayville, US



Natural Brine



NedMag



40.000



Veendam. Netherlands



Natural Brine



Solvay



58.000



Rosignano, Italy



Solvay



Bruner Mond



84.000



Nortwich, UK



Solvay



Laporan I



Wichita, Kansan, Neutralization US



4



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



Industrial del Alkali



100.000



Mexico



Solvay



BJ Service/OSCA



105.000



Geismar., US



Solvay



Tiger Calcium



108.000



Slave Lake, Canada



Natural Brine



Ward Chem



161.000



Calling Lake, Canada



Natural Brine



Tetra Europe



165.000



Kokkola, Finland



Tetra Technologies



235.000



Lake Charles, US Neutalization



Dow Chemical



513.000



Ludington, US



Neutralization, Natural Brine



Natural Brine



(Sumber : ICIS, 2021) 1.5



Isu-isu terkini berkenaan dengan produk a. Penerapan sistem osmotic dehydration (perendaman buah pepaya dalam kalsium klorida) dapat menurunkan kadar lemak namun tidak menurunkan kadar air pada kripik pepaya (Adina dkk., 2015). b. Penyakit hipokalsemia merupakan penyakit kekurangangan kalsium di dalam darah, penyebab penyakit ini berbagai macam diantaranya adalah kekurangan vitamin D, kerusakan ginjal atau kadar magnesium yang rendah. Penggunaan kalsium klorida dapat dijadikan obat untuk mengatasi penyakit hipokalsemia. Cara kerja kalsium klorida pada penyakit ini adalah kalsium klorida dapat mengendalikan ambangp otensial ekstasi aksi yang mana hal ini penting untuk menunjang fungsi otot dan saraf dan juga dapat meningkatkan kasdar kalsium dalam darah. Penggunaan kalsium klorida dapat digunakan dengan dosis 500-1000 mg 1-3 hari sekali melalui intravena. Obar-obatan yang dimaksud diantaranya andeosine, centriaxone, morfin dan vitamin D3 (Kementrian kesehatan RI)



Laporan I



5



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



BAB II DESKRIPSI PROSES 2.1



Deskripsi Proses Pembuatan Kalsium Klorida Kalsium klorida secara komersial diproduksi dengan berbagai proses,



antara lain pemurnian dari air laut, proses solvay, dan proses asidifikasi dengan asam klorida. 2.2.1 Proses pemurnian dari air laut Proses pemurnian ini merupakan proses yang paling sederhana dalam pembuatan kalsium klorida, tetapi kemurnian kalsium klorida dari proses ini sangatlah rendah, yaitu di bawah 10%. Proses pemurnian ini juga menghasilkan gas bromin yang sangat berbahaya bagi lingkungan (Tetra, 2010). Pada proses ini air laut yang mengandung banyak mineral dimurnikan menjadi natrium klorida (NaCl), kalsium klorida (CaCl2) dan magnesium klorida (MgCl2). Proses pemurnian dalam menghasilkan kalsium klorida dilakukan karena air laut mengandung ion kalsium, magnesium, natrium, klorida, bromida, dan ion lainnya dalam jumlah kecil. Tabel 2.1 Kandungan Zat Kimia di dalam Air Laut Zat Kimia



Konsentrasi (mg/g)



Jumlah (%)



Clorida (Cl)



19.345



55,03



Magnesium (Mg)



10.752



30,59



Natrium (Na)



1.295



3,68



Calcium (Ca)



416



1,18



Kalium (Ka)



390



1,11



Bromida (Br)



66



0,19



(Sumber : Anthoni, 2000) Dalam proses ini, elektrolisis digunakan untuk menghilangkan bromida. Larutan garam ditambahi dengan gas klorin untuk mengoksidasi bromida menjadi bromin. Bromin tersebut kemudian ditiup keluar dari larutan dengan udara dan dikumpulkan sebagai bromin bebas atau sebagai bromida. Gas klorin, digunakan dalam proses pemurnian, tapi terbuang dengan pemanasan air garam sebelum



Laporan I



6



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



kalsium klorida terisolasi. Pada kondisi ini, kalsium klorida dari air garam alami tidak berubah secara kimia. Larutan tersebut kemudian ditambahi dengan kalsium oksida untuk membuat larutan garam tersebut bersifat alkali. Kalsium oksida yang ditambahkan diperoleh dari bahan cangkang kerang (CaCO3) melalui proses pemanasan secara kalsinasi. Ketika kapur ditambahkan ke larutan air garam, magnesium hidroksida (Mg(OH)2) yang tidak larut akan mengendap dan tersaring. Beberapa cangkang kerang yang ditambahkan tetap berada dalam air garam sebanyak 0,2% dan terisolasi dengan produk kalsium klorida akhir. Larutan air garam kemudian dipekatkan lebih lanjut melalui evaporasi. Karena natrium klorida kurang larut dibandingkan kalsium klorida, natrium klorida akan mengendap, dan kemudian disaring. Kalsium klorida tidak terpengaruh pada langkah ini. Larutan kalsium klorida yang tersisa dipekatkan dan dikeringkan (Dow, 2001). Karena natrium klorida memiliki nilai Ksp (hasil kelarutan) yang lebih kecil dari kalsium klorida, maka NaCl akan mudah terendapkan sehingga dapat difiltrasi. Sedangkan ion Ca2+ dalam kalsium klorida akan tetap terlarut sehingga kemudian akan dipekatkan dan dikeringkan. Kemurnian CaCl2 yang diperoleh dari proses ini adalah sekitar 10-15% dari air laut yang tersisa. Oleh karena itu, proses ini kurang disukai karena memiliki tingkat kemurnian CaCl2 yang sangat rendah yakni dibawah 10% sehingga kurang efisien. 2.2.2 Proses Solvay Metode yang paling umum untuk menghasilkan kalsium klorida "sintetik" adalah proses solvay. Bahan baku dasar yang dipakai adalah limestone (batu kapur), larutan garam dapur (natrium klorida), dan soda abu dengan katalis amoniak (NH3). Metode ini cukup kompleks karena melibatkan banyak reaksi dengan kemurnian produk kalsium klorida yang dihasilkan sekitar 55%. Proses solvay juga menghasilkan larutan brine yang perlu dimurnikan dengan banyak proses untuk mengendapkan garam lainnya. Pada proses solvay menggunakan bahan baku ammonia (NH3), soda abu, ekstrak garam (brine) dan coke. Kandungan garam-garam pada proses ini perlu



Laporan I



7



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



dimurnikan untuk menghilangkan komponen kalsium (Ca), Magnesium (Mg), dan ion logam berat. Komponen garam tersebut mampu menciptakan kerak (scaling) pada tower dan reaktor. Brine murni garam tersebut kemudian diumpankan menuju absorber untuk menyerap kandungan ammonia dari dalam brine. Ammonited brine meninggalkan absorber dari atas pada suhu 20- 25°C kemudian masuk dalam menara karbonat. Produk samping yang dihasilkan berupa larutan brine yang kemudian dimurnikan lebih lanjut untuk mengendapkan komponen garam lainnya sehingga menghasilkan kalsium klorida (CaCl2). Produk utama dari proses Solvay adalah soda abu (Na2CO3) dengan CaCl2 sebagai produk samping, sehingga kemurnian CaCl2 yang dihasilkan cukup tinggi sekitar 55%. Persamaan reaksi yang terjadi : 2NaCl + CaCO3



Na2CO3 + CaCl2



CaCl2 yang dihasilkan sebagai produk samping dikenal dengan distiller waste Proses ini melibatkan banyak reaksi dan konsentrasi kalsium klorida yang dihasilkan rendah yaitu 10-15% (Mc Ketta, 1978). Berikut adalah block flow diagram (BFD) pembuatan soda abu dan produk samping CaCl2 dengan proses Solvay :



Gambar 2.1 BFD pembuatan soda abu dengan proses Solvay Berikut adalah beberapa tahapan proses dan reaksi pada proses Solvay dengan CaCO3 : 1. Lime Kiln : terjadi reaksi kalsinasi batu kapur dengan coke (C) sebagai bahan Laporan I



8



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi bakar pada suhu 950-1100°C. Reaksi: CaCO3



1.4.2020



CaO + CO2, dimana



CaO tersebut keluar sebagai lime dan karbon dioksida dipakai sebagai pereaksi. 2. Ammonia absorber : terjadi reaksi purifikasi larutan garam dengan penambahan NH3, reaksinya: NH3 + H2O



NH4OH



3. Carbonating tower : Ammonia brine yang tercampur dengan brine kemudian direaksikan dengan CO2 pada suhu 20-55°C. Reaksi: 2NH4OH + CO2



(NH4)2CO3 + H2O



(NH4)2CO3 + CO2 + H2O



2 NH4HCO3



2NH4HCO3 + 2NaCl



2 NH4Cl + 2NaHCO3



4. Bicarbonat filter : NH4Cl dan NaHCO3 keluaran Carbonating tower kemudian dipisahkan dalam bicarbonate tower. NaHCO3 digunakan sebagai bahan baku pembentukan Na2CO3 (soda abu) sedangkan NH4Cl dialirkan ke ammonia recovery. 5. Bicarbonat calciner : merupakan tempat terjadinya reaksi kalsinasi NaHCO3 pada suhu 175-225°C. Reaksi: 2NaHCO3



Na2CO3 + CO2 + H2O.



Na2CO3 yang dihasilkan merupakan produk utama proses solvay yang merupakan soda abu. 6. Ammonia recovery : Pada proses ini, lime dari proses kalsinasi dikontakkan dengan air menghasilkan larutan Ca(OH)2. Kemudian NH4Cl keluaran bikarbonat filter direaksikan secara netralisasi dengan larutan Ca(OH)2 untuk menghasilkan kalsium klorida pada ammonia recovery tersebut. Persamaan reaksinya : NH4Cl + Ca(OH)2



2NH3 + CaCl2 + H2O



7. Kemudian terjadi pemisahan di outlet Ammonia recovery antara gas ammonia dan air sehingga CaCl2 dapat dipisahkan dengan mudah sebagai produk serbuk. 2.2.3 Proses Reaksi Asidifikasi Pada pra-rancangan pabrik kalsium



karbonat



ini



adalah proses



pembentukan kalsium klorida dari kalsium karbonat dan hidrogen klorida dengan proses asidifikasi. Proses pembuatan kalsium klorida dari batu kapur dengan asam klorida merupakan proses yang paling sering digunakan dalam proses Laporan I



9



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



industri, selain ketersediaan bahan baku yang banyak dan murah, kemurnian produk



yang dihasilkan juga lumayan tinggi. Proses ini merupakan proses



sintesis batu kapur dengan bahan baku larutan asam klorida menghasilkan kalsium klorida, magnesium kloida, gas CO2 dan air. Kemurnian CaCl2 yang dihasilkan sangat tinggi, mencapai 74% lebih. Dalam proses ini juga dihasilkan magnesium hidroksida (Mg(OH)2) sebagai produk samping akibat reaksi dengan kandungan garam alkali. Penambahan kalsium hidroksida digunakan untuk menetralkan dan meraksikan asam klorida yang masih terkandung dalam larutan kalsium klorida, sehingga asam klorida akan bereaksi dengan kalsium hidroksida menjadi kalsium klorida pada suhu 30°C dan tekanan 1 atm dengan konversi 99% sehingga produk yang dihasilkan akan menjadi lebih murni. Persamaan reaksinya : 2HCl + CaCO3



CaCl2 + H2O+ CO2



Batu kapur digunakan sebagai sumber kalsium karbonat. Di dalam batu kapur ada mineral lain selain kalsium, yaitu magnesium dan impuritis. Reaksi kimia impuritas: 2HCl + MgCO3



MgCl2 + H2O + CO2



Di dalam tangki neutralizer, MgCl2 dan sisa HCl akan direaksikan dengan Ca(OH)2 pada suhu 40°C dan tekanan 1 atm dengan konversi 80% sehingga membentuk reaksi sebagai berikut : 2HCl + Ca(OH)2 MgCl2 + Ca(OH)2



CaCl2 + 2H2O CaCl2 + Mg(OH)2



Mg(OH)2 adalah padatan sehingga bisa dipisahkan dari larutan CaCl2 di alat rotary drum filter (Faith dkk., 1955). Larutan kalsium klorida tersebut kemudian dipisahkan dari endapan lain dengan filtrasi. Kemudian larutan CaCl2 dengan air dipekatkan dengan evaporator. Setelah dari evaporator, larutan masuk ke kristalizer untuk dikristalkan. Kemudian kristal di alirkan ke rotary dryer, sedangkan sisa cairan hasil kristalisasi di-recycle kembali menuju tangki penetralan. Produk kristal yang dihasilkan kemudian dialirkan ke rotary cooler. Produk keluaran rotary cooler dengan suhu rendah masuk kedalam gudang CaCl2 untuk pasarkan. Laporan I



10



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi 2.2



1.4.2020



Analisa Pemilihan Proses Dari ketiga proses pembuatan kalsium klorida yang telah dijelaskan diatas,



dilakukan seleksi terhadap macam proses yang ada. Aspek yang dipertimbangkan adalah aspek ekonomi, mutu produk, teknis, pengaruh terhadap lingkungan, dan aspek lainnya. Berdasarkan perbandingan tersebut, berikut adalah kelebihan dan kekurangan berbagai proses sintesis kalsium klorida. Tabel 2.2 Perbandingan Antara Berbagai Proses Sintesis Kalsium Klorida (CaCl2)



Bahan Baku



Proses



Asidifaksi



Solvay



• Batu kapur dan asam klorida • Biaya bahan baku sangat murah • Bahan baku mudah didapat di pasar (HCl, batu kapur) • Biaya investasi dan operasi rendah dan kondisi operasi tidak terlalu ekstrim • Proses pembuatan lebih sederhana pada tekana 1 atm dan suhu 30-110oC dengan konversi sebesar 80-99%



• Batu kapur dan air laut



• Adanya senyawa Mg(OH)2 yang bersifat basa pada produk CaCl2 sehingga perlu diolah lebih lanjut.



Produk



Laporan I



• Kalsium klorida



Air Laut • Air laut • Murah



• Biaya bahan baku mudah didapat



• Biaya investasi dan operasi sangat mahal karena banyaknya proses dan instalasi alat • Proses pembuatan panjang dan rumit karena banyaknya proses dan instalasi alat pada tekanan 17 atm dan suhu 32250oC dengan konversi sebesar 97%.



• Biaya investasi dan proses sangat murah dan kondisi operasi tidak terlalu ekstrim • Proses pembuatan lebih sederhana dibandingkan dengan proses lainnya pada tekanan 1 atm dan suhu 32oC dengan nilai konversi sebesar 80% • Banyaknya komponen minor pada laut yang perlu diproses lebih lanjut



• Kalsium klorida



• Kalsium klorida



11



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi (CaCl2) sebagai produk utama dengan kemurnian 78%-98%



2.3



(CaCl2) hanya diproduksi sebagai produk samping dengan kemurnian 14%-55%



1.4.2020



(CaCl2) sebagai produk utama dengan kemurnian 1015%



Analisa Proses Terpilih Dengan mempertimbangkan proses produksi, kelebihan dan kekurangan



dari berbagai proses, maka proses asidifikasi dengan asam dipilih untuk perancangan pabrik kalsium klorida ini. Pemilihan metode ini didasarkan pada aspek jumlah proses yang tidak terlalu rumit, biaya bahan baku yang lebih terjangkau, serta dengan konversi yang cukup baik. Proses produksi padatan kalsium klorida (CaCl2) dari batu kapur dan larutan asam klorida dengan metode asidifikasi diawali dengan penghancuran batu kapur, reaksi asidifikasi batu kapur, netralisasi produk, peyaringan, pemekatan, drying (pengeringan), serta screening produk.



Laporan I



12



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



Mixer P1 T 30 CaO + H2O → Ca(OH)2



Ca



CaCO3



H2O



inert



CaO H2O



Reaktor P1 T 30 CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + H2O + CO2 MgCO3 + 2 HCl → MgCl2 + H2O + CO2



Ca(OH)2 CaCO3 CaCO3 HCl



HCL



CaCl2 H2O CO2 MgCO3



HCl Reaktor Netralisasi P1 T 40



CaCl2 H2O



MgCl2 + Ca(OH)2 → CaCl2 + Mg(OH)2



CO2



Evaporator P1 T 110



MgCO3



HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 + H2O



MgCl2



MgCl2



CO2



CO2



Inert



CaCO3 HCl CaCl2 H2O



Inert



CO2 CaCO3



MgCO3



HCl



MgCl2



CO2



CO2



MgCO3



Inert



MgCl2 CO2 Inert CaCl2



Gambar 2.2 Blok Diagram Kualitatif Prarancangan Kalsium Klorida dengan Proses Asidifikasi Laporan I



13



Kristalisator P1 T 70



Kondensat



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



Gambar 2.3 PFD Pembuatan Kalsium Klorida dengan Proses Asidifikasi



Laporan I



14



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



Keterangan Gambar 2.3 :



Keterangan Alat:



Keterangan simbol :



R



Reaktor



Nomor Arus



N



Neutralizer



Temperatur (⁰C)



M



Mixer



V



Evaporator



CR



Crystalizer



Tekanan (atm) Sinyal Listrik



CRU Crushier



Arus Proses



BM



Ball Mill



Arus Utilitas



E



Heater



RC



Rotary Cooler



RD



Rotary Dryer



RDF



Rotary Drum Filter



CF



Centrifuge



TK



Tangki Penyimpanan



BC



Belt Conveyor



FC



Flow Controller



BE



Bucket Elevator



TC



Temperature Controller



SC



Screw Conveyor



LC



Level Controller



S



Screen



BL



Blower



LI



Level Indikator



P



Pompa



GD



Gudang



Laporan I



Control Valve Udara Tekan



Keterangan Instrument :



15



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi 2.4



1.4.2020



Deskripsi Uraian Proses Proses pembuatan kalsium klorida dengan bahan baku kalsium karbonat dan



hidrogen klorida dibagi dalam 4 tahapan proses, yaitu :



2.4.1 Persiapan Bahan Baku Mengacu pantent US4299809 dan US4299809, batu kapur dari gudang penyimpanan (GD-101) yang berukuran 5-10 cm diangkut oleh belt conveyor menuju crusher (CRU-101) untuk dihaluskan. Batu kapur selanjutnya diayak pada vibrating screen untuk mendapatkan batu kapur dengan ukuran ±0,074 mm. Batu kapur yang tidak lolos ayakan akan dikembalikan ke dalam crusher untuk dihaluskan kembali. Material yang lolos berukuran 0,074 mm selanjutnya diangkut menggunakan bucket elevator menuju hopper, lalu dari hopper menuju reaktor asam (R-101). Asam klorida dari tangki penampung (TK- 102) dipompa ke dalam reaktor asam untuk direkasikan dengan batu kapur. Bahan baku kalsium klorida sebelum direaksikan dalan reaktor neutralizer dilarutkan menggunakan air hingga mencapai konsentrasi 46% menggunakan alat mixer (M- 101). 2.4.2 Proses Reaksi Antara Batu Kapur dan Asam Klorida Dalam reaktor (R-101), batu kapur dan asam klorida akan bereaksi menghasilkan CaCl2, MgCl2, CO2 dan H2O dengan konversi reaksi 99% pada suhu 30oC dan tekanan 1 atm. Reaksi yang terjadi pada reaktor adalah : CaCO3(s)



+ 2HCl(l)



CO2(g) 2HCl(l) + MgCO3(s)



CaCl2(aq) + H2O(l) MgCl2(aq)+H2O(l) + CO2(g)



2.4.3 Proses Netralisasi dan Pengkristalan Aliran produk dari reaktor asam dan larutan kalsium hidroksida keluaran mixer (M-101), direkasikan dalam neutralizer (N-101) unutk menetralkan kandungan MgCl2 pada suhu 40oC dan tekanan 1 atm. 2 HCl(l)



+ Ca(OH)2(aq)



MgCl2(aq) + Ca(OH)2(aq)



CaCl2(aq) + 2 H2O(l) CaCl2(aq) + Mg(OH)2(s)



Setelah dari neutralizer masuk ke rotary drum filter (RDF-101) untuk memisahkan cake (Mg(OH)2) dengan filtrat. Filtrat kemudian dipompa menuju evaporator (V-101) untuk dijenuhkan. Kemudian filtrat masuk ke crystallizer (CR101) untuk dikristalkan. Kristal basah yang keluar dari crystalizer kemudian Laporan I



16



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



dipisahkan dari mother liquor nya menggunakan centrifuge (CF-101) sedangkan mother liquor nya dipompa menuju unit pengolahan limbah (UPL) dan kristalnya dialirkan melalui screw conveyor menuju rotary dryer (RD-101). Setelah itu didinginkan oleh rotary cooler (RC-101). Kristal yang telah didinginkan kemudian diangkut menggunakan belt conveyor



menuju ball mill (BM-101) untuk



dihaluskan, lalu diayak pada vibrating screen untuk mendapatkan kristal dengan ukuran ±200 mesh. Kristal yang tidak lolos ayakan akan dikembalikan ke dalam ball mill untuk dihaluskan kembali. Material yang lolos berukuran 200 mesh selanjutnya diangkutmenggunakan bucket elevator menuju silo (TK-105). 2.4.4



Penanganan Produk Produk berupa kristal kering CaCl2 diangkut dari vibrating screen



menuju silo dengan menggunakan bucket elevator untuk dikemas dan siap didistribusikan.



Laporan I



17



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



DAFTAR PUSTAKA Adina D,A,K,. 2015. Penerapan Sistem Osmotic Dehydration Untuk Mengurangi Kadar Lemak Keripik Buah Pada Penggorengan Tekanan Hampa Udara Jurnal Pendidikan Teknologi Pertanian, Vol. 1: 22-29 Anthony, Robert, and Vijay Govindarajan. 2000. Management Control System, 10th Edition, Boston: Irwin McGraw-Hill. Badan Pusat Statistik. (2020). Buletin Statistik Perdagangan Luar Negeri. Jakarta, Indonesia. Dow, 2001. Calcium Chloride Handbook: “A Gude to Properties, Forms, Storage and Handling” Faith, Keyes & Clark.. 1955. ndustrial Chemical., 4th ed, John Wiley and Sons, Inc., New York. Krupka, K. M., Cantrell, K. J., & McGrail, B. P. (2010). Thermodynamic data for geochemical modeling of carbonate reactions associated with CO2 sequestration–Literature review. Kuleasan, S., & Tekin, A. (2008). Alkaline neutralization of crude soybean oil by various adsorbents. European journal of lipid science and technology, 110(3), 261-265. Mc. Ketta, J.J., 1978. Encyclopedia of Chemical Processing and Design. Volume 8, Marcell Decker Inc. New York. Perindustrian, K. (2018). Making Indonesia 4.0. Kementerian Perindustrian. Perry, R.H., dan Green, D.W., 1990, Chemical Engineer’s Handbook, 3rd edition, Tokyo: McGraw Hill Book Company Perry, Robert H et al. 1999. Perry’s Chemical Engineers’ Rigby JH, Aasuml M. 2003. Synthesis of benzoxepins via rearrangement of dihydrofurans derived from carbonyl ylide cycloaddition Tetrahedron Letters. 44: 5029-5031. Tetra, O.N.; Hermansyah, A.; Emriadi.; Hanif, W.; Admin, A. (2010) Performance of TiO2- carbon on ceramic template with sodium hydroxide activation as supercapacitor electrode materials. Der Pharma Chemica 8(17), 26-30. Tutorvista. 2010. https://e27.co/startups/tutorvista-com/ (Diakses 01 Maret 2021)



Laporan I



18



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



LAMPIRAN A DESKRIPSI URAIAN PROSES ASIDIFIKASI A.1



Deskripsi Uraian Proses Asidifikasi Mengacu pada patent US4299809 dan US4299809 Asumsi yang



digunakan dalam perancangan pabrik dapat dilihat pada tabel berikut. Tabel A.1 Asumsi yang digunakan dalam perancangan pabrik No 1



Nama Screener



Asumsi yang Digunakan 99,5%



batu



kapur



berhasil



terayak 2



Reaktor Asidifikasi



Pengadukan sempurna &tunak



3



Reaktor Penetralan



Pengadukan sempurna &tunak



4



Tangki pelarutan Ca(OH)2



Reaksi adiabatik



5



Rotary drum filter



95% endapan tersaring



6



Kristalisator



75%



CaCl2



mengkristal



dalam



larutan



menjadi



kristal



CaCl2.2H2O 7



Rotary drum filter



95% mother liquor terpisah dari kristal



1.



8



Rotary Dryer



50% air teruapkan dari kristal



9



Rotary Cooler



Pendinginan hingga 35°C



Tangki penghancuran batu kapur (Crusher) Alat ini digunakan dalam proses pre-treatment batu kapur (limestone)



sebelum direaksikan untuk menghasilkan produk kristal kalsium klorida. Batu kapur yang berasal dari silo dengan diameter sekitar 5-10 cm kemudian dihancurkan hingga menghasilkan serbuk berukuran 200 mesh (0,074 mm). Laporan I



19



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



Tujuan penghancuran (grinding) batu kapur bertujuan untuk memperkecil ukuran partikel sehingga memiliki luas kontak reaksi yang lebih besar sehingga dapat meningkatkan yield. Komposisi dari batu kapur terdiri dari CaCO3 98,65% ; MgCO3 0,54% ; Al2O3 0,05% ; Fe2O3 0,09% ; Cr2O3 0,01% ; K2O 0,01% SiO2 0,52% ; MnO2 0,01% ; Na2O 0,01% ; H2O 0,11%.



Gambar A.1 Tangki Penghancuran Batu Kapur (crusher) 2.



Alat pengayakan batu kapur (Screener) Screener digunakan untuk menyaring dan menyeleksi batu kapur yang



lolos ayakan maupun tidak. Efisiensi pemisahan batu kapur untuk ukuran 200 mesh adalah 99,5%. Batu kapur yang lolos screening akan dibawa oleh belt conveyor untuk dimasukkan ke dalam tangki asidifikasi. Komponen batu kapur dianggap tidak mengalami perubahan karena hanya mengalami perlakuan fisik dan tidak mengubah komposisi reaksi. Skema proses pengayakan dan screening batu kapur dapat dilihat pada gambar A.2 Batu kapur hasil penghancuran masuk alur 3, pada alur 2 berupa unit recycle batu kapur tidak lolos screening sedangkan pada alur 4 adalah komposisi batu kapur lolos screening yang keluar menuju reaktor asidifikasi.



Gambar A.2 Alat pengayakan batu kapur (Screener) 3.



Reaktor Asidifikasi Reaktor ini digunakan untuk mereaksikan kalsium karbonat (CaCO3) dan



Laporan I



20



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



magnesium karbonat (MgCO3) sebagai penyusun batu kapur dengan larutan asam klorida. Reaksi ini menghasilkan produk larutan kalsium klorida yang akan diolah lebih lanjut menghasilkan kristal kalsium klorida. Reaksi ini disebut dengan proses asidifikasi, berbagai reaksiyang terjadi adalah sebagai berikut: I.



CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + H2O + CO2



II.



MgCO3 + 2 HCl → MgCl2 + H2O + CO2



Pada reaktor ini dapat diasumsikan bahwa kalsium karbonat dan magnesium karbonat bereaksi dengan larutan asam klorida berlebih mampu bereaksi sempurna dengan konversi 100% menghasilkan CaCl2 dan MgCl2. Larutan HCl berlebih yang digunakan



adalah lebih besar 20% dari kebutuhan stoikiometris reaksi pembatas



dengan batu kapur. Larutan HCl yang tersisa dapat bereaksi total hingga meningkatkan yield larutan CaCl2 yang dihasilkan. Temperatur reaksi asidifikasi adalah 30°C dan tekanan 1 atm (Asalim, 2011). Larutan HCl yang dibeli langsung dari produsen masih mengandung banyak pengotor(inert) seperti ion sulfat (SO42-3), ion sulfit (SO2-), timbal (Pb), dan lainnya sebesar 0,0108%. Komponen ini dianggap inert karena jumlahnya sedikit dan dianggap tidak mempengaruhi reaksi dalam perancangan pabrik ini. Kandungan gas karbon dioksida hasil reaksi dapat langsung dikeluarkan dari atas reaktor karena dianggap aman bagi lingkungan. Magnesium klorida merupakan kristal produk samping yang dihasilkan dari kandungan dolomit pada batu kapur (limestone) yang bereaksi dengan larutan HCl. Magnesium klorida ini kemudian akan masuk melewati reaktor netralisasi untuk direaksikan dengan Ca(OH)2 menghasilkan kristal CaCl2. Gas karbon dioksida adalah salah satu produk keluaran reaktor asidifikasi. Gas karbon dioksida mampu membentuk asam lemah H2CO3 jika terlarut bersama air yang mudah teruapkan dari reaktor (Ucar, 2016). Gas ini bersifat tidak mudah terbakar serta banyak digunakan sebagai gas rumah kaca. Berdasarkan manfaatnya terhadap atmosfer dengan menjaga suhu rata-rata bumi pada jumlah tertentu, maka gas ini aman untuk dibuang langsung ke lingkungan. Skema proses asidifikasi batu kapur dengan larutan HCl dapat dilihat pada Laporan I



21



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



gambar A.3 dibawah. Batu kapur hasil screening masuk melalui alur 5, larutan asam klorida yang dipasok dari produsen masuk melalui alur 6. produk larutan jernih hasil asidifikasi keluar pada alur 7.



Gambar A.3 Reaktor Asidifikasi 4.



Reaktor Penetralan Pada reaktor ini terjadi reaksi dari produk keluaran reaktor asidifikasi



dengan larutan Ca(OH)2 20% (Rigby dkk., 2003). Proses ini mampu meningkatkan perolehan kalsium klorida yang digunakan melalui reaksi penetralan asam klorida sisa keluaran reaktor asidifikasi, penetralan larutan magnesium klorida. Larutan kalsium hidroksida dipatok pada 20% dari keluaran reaktor pelarutan Ca(OH)2 karena ketika larutan ini bercampur dengan feed maka akan menurunkan konsentrasi Ca(OH)2 yang bereaksi sehingga menjaga kondisi terbaik untuk netralisasi produk. Berbagai reaksi yang terjadi pada reaktor ini adalah sebagai berikut: I



MgCl2 + Ca(OH)2 → CaCl2 + Mg(OH)2



II



HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 + H2O



Dalam reaktor penetralan diperoleh berbagai referensi data konversi dari setiap reaksi penetralan pada jumlah mol tertentu. Konversi penguraian MgCl2 menjadi CaCl2 diasumsikan mencapai nilai 70% . Konversi penguraian sisa HCl berlebih menghasilkan larutan CaCl2 adalah sebesar 100% atau terkonversi secara sempurna hingga habis bereaksi melalui reaksi pembatas (Tutorvista, 2010). Larutan basa Ca(OH)2 yang digunakan mula-mula adalah sebesar 10% berlebih terhadap jumlah kebutuhan stoikiometrisnya (Asalim,2011). Hal ini dilakukan untuk mencegah terjadinya penurunan perolehan produk karena kinerja reaktor Laporan I



22



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



penetralan yang menurun seiring bertambahnya umur pabrik. Produk kalsium klorida dalam bentuk larutan dengan kemurnian sangat tinggi dapat diperoleh dari proses ini jika konsentrasi HCl dan batu kapur sesuai secara stoikiometri. Proses ini juga cukup ramah lingkungan untuk menghasilkan asam klorida, karena menghasilkan limbah gas yang tidak berbahaya (gas CO2) serta limbah padat yang cenderung memiliki pH netral dengan komposisi air sebesar 54,8% sehingga tidak memerlukan perawatan yang signifikan. Padatan yang mengendap sebagai produk hasil reaktor netralisasi terdiri dari magnesium hidroksida (Mg(OH)2), sisa kalsium hidroksida(Ca(OH)2) yang tidak bereaksi,dan zat yang tidak bereaksi. Kalsium hidroksida dalam sintesis kristal CaCl2 berfungsi dalam mereaksikan sisa MgCl2, HCl, yang merupakan produk samping keluaran reaktor asam. Senyawa tersebut berasal dari kandungan 6% dolomit yang terdapat pada batu kapur sebagai pengotor reaksi. Larutan Ca(OH)2 berfungsi untuk meningkatkan konversi produk CaCl2 yang dihasilkan. Skema proses netralisasi produk keluaran reaktor asidifikasi dengan kalsium hidroksida dapat dilihat pada gambar A.4. Larutan CaCl2, air dan komponen lain keluaran asidifikasi masuk melalui alur 7, larutan kalsium hidroksida dari hasil pelarutan kapur tohor dalam air masuk melalui alur 10. Berbagai endapan produk samping, larutan CaCl2, air dan lainnya keluar melalui alur 11. Keluaran produk hasil netralisasi selanjutnya akan masuk dalam rotary drum filter untuk memisahkan kandungan endapan terlarut dalam cairan.



Gambar A.4 Reaktor penetralan



Laporan I



23



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi 5.



1.4.2020



Tangki pelarutan Ca(OH)2 / Mixer Tangki ini digunakan untuk memproduksi larutan kalisum hidroksida



(Ca(OH)2) yang digunakan dalam reaktor penetralan. Pada proses ini diharapkan dapat dihasilkan larutan Ca(OH)2 dengan konsentrasi hanya 20% karena memiliki nilai perolehan CaCl2 tinggi dari komponen tersisa lainnya. Pada reaksi pelarutan juga diasumsikan semua komponen kapur tohor terhidrolisis secara sempurna menghasilkan larutan Ca(OH)2 dalam air secara eksotermis. Reaksi yang terjadi dalam unit ini adalah CaO + H2O → Ca(OH)2 Berbeda dengan kedua reaktor sebelumnya, pada tangki pelarutan tidak dilakukan penggunaan sistem insulasi pengambil kalor reaksi seperti jacket reaktor dan lainnya. Seluruh panas reaksi dialirkan langsung ke aliran 10 sehingga mengalami perubahan temperatur. Sistem Tangki pelarutan dijalankan secara adiabatik. Bahan baku yang diperlukan untuk reaksi pelarutan dalam Tangki pelarutan terdiri dari air (H2O) dan padatan kapur tohor, yang dikenal dengan kalsium oksida (CaO). Air merupakan salah satu bahan baku pendukung dalam pembuatan CaCl2, yang fungsinya untuk menghasilkan larutan Ca(OH)2 yang dipakai untuk peningkatan produksi pabrik. Ketersediaan air diperoleh dari pihak ketiga terdekat seperti. Sedangkan padatan kapur tohor mengandung pengotor seperti 1,8% inert yang dianggap tidak bereaksi dalam proses selain 98,2% CaO murni yang akan larut menghasilkan larutan Ca(OH)2. Skema proses pelarutan Ca(OH)2 dari kapur tohor dan air dapat dilihat pada gambar A.5 Air yang berasal dari pengolahan/ produsen masuk ke alur 9, kalsium oksida (CaO) masuk ke alur 8. Sedangkan alur 10 merupakan aliran keluaran tangki pelarutan menuju tangki netralisasi.



Laporan I



24



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



Gambar A.5 Tangki Pelarutan Ca(OH)2 6.



Separator Produk Samping (Rotary drum filter) Alat ini digunakan untuk separasi produk samping yang berupa magnesium



hidroksida (Mg(OH)2), kalsium hidroksida (Ca(OH)2), magnesium klorida (Mg(Cl)2), dan inert dari produk utama. Alat separator yang digunakan adalah rotary drum filter yang bekerja berdasarkan perbedaan ukuran partikel. Produk samping berupa padatan ini diasumsikan terpisah 95%. Gambar skema separasi produk samping dapat dilihat pada gambar A.6. Alur 11 merupakan masukan dari reaktor penetralan, alur 12 padatan produk samping keluar menuju instalasi untuk pengolahan limbah, dan alur 13 produk keluar evaporator.



Gambar A.6 Separator Produk Samping 7.



Evaporator Evaporator digunakan untuk mengurangi kadar air larutan hingga 35%



(Asalim, 2011; Ely, 2006). Tujuan evaporator ini adalah untuk meringankan beban kristalisasi. Suhu operasi pada evaporator adalah suhu didih larutan yaitu 110˚C. Kalor yang dibutuhkan pada proses evaporasi adalah +5998824,95 KJ/jam dengan alur 13 yang masuk bersuhu 40˚C, alur 14 yang keluar bersuhu 110˚C, dan alur 15 yang keluar bersuhu 110˚C. Gambar skema evaporator dapat dilihat pada gambar A.7. Alur 13 masukan dari tangki pencampur, alur 14 keluaran uap airdari evaporator, dan alur 15 keluar menuju kristalisator. Laporan I



25



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



Gambar A.7 Evaporator 8.



Kristalisator Kristalisator digunakan untuk mengkristalkan produk utama yaitu larutan



kalsium klorida menjadi kristal kalsium klorida. Proses kristalisasi bekerja berdasarkan prinsip beda kelarutan (solubility) senyawa CaCl2 dalam air. Nilai kelarutan CaCl2 akan cenderung berkurang seiring penurunan suhu kristalisasi. Konversi kalsium klorida yang menjadi kristal kalsium klorida adalah 75 %. Berdasarkan suhu yang diperlukan untuk proses kristalisasi menghasilkan kalsium klorida, pertimbangan suhu terbaik adalah 70˚C (CaCl2 handbook, 2003). Kalor yang perlu dilepaskan pada proses kristalisasi pada alur 15 yang masuk bersuhu 110˚C dan alur 16 yang keluar bersuhu 70˚C. Gambar skema kristalisator dapat dilihat pada gambar A.8. Alur 15 masukan dari evaporator dan alur 16 keluar menuju separator kristal kalsium klorida.



Gambar A.8 Unit Kristalisator 9.



Screw Conveyor dan Centrifuge Screw conveyor berfungsi untuk mengangkut produk keluaran crystallizer



menuju centrifuge. Gambar skema screw conveyor dapat dilihat pada gambar A.9. Alur 16 masukan dari kristalisator. Centrifuge berfungsi untuk memisahkan kristal kalsium klorida dengan mother liquor-nya alur 18 berupa sebagian besar mother Laporan I



26



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



liquor menuju belt conveyor, dan alur 17 keluar menuju unit pengelola limbah (UPL).



Gambar A.9 Screw Conveyor dan Centrifuge 10.



Rotary Dryer Unit rotary dryer digunakan untuk mengeringkan kristal kalsium klorida



(CaCl2) yang yang berasal dari rotary drum filter. Kondisi operasi dryer dilakukan pada suhu 100oC. Kristal yang diumpankan dengan kondisi temperatur 70oC dan tekanan 1 atm (Perry, 1999). Gambar skema dryer disajikan pada gambar A.10.



Gambar A.10 Unit Rotary Dryer Alur 19 adalah masukan dari separator kristal CaCl2 alur 20 adalah keluaran keluaran menuju rotary cooler. 11.



Rotary Cooler Unit rotary cooler digunakan untuk mendinginkan kristal kalsium klorida



(CaCl2). Suhu yang ingin diturunkan yaitu dari 100oC ke 35oC. Kondisi operasi untuk rotary cooler adalah temperatur 35oC dan tekanan 1 atm. Gambar skema dari rotary cooler disajikan pada Gambar A.11. Alur 20 merupakan masukan produk kristal dari rotary dryer, alur 22 merupakan keluaran produk yang telah didinginkan.



Laporan I



27



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



Gambar A.11 Unit Rotary Cooler 12.



Alat pengayakan kristal kalsium klorida (Screener) Unit screener digunakan untuk mengayak partikel yang keluar dari unit



rotary cooler agar mempunyai diameter partikel yang seragam. Umpan yang masuk, kemudian keluaran dari screener terdiri dari dua keluaran. Keluaran pertama merupakan fraksi massa produk yang tidak terhancurkan sempurna dan diumpankan ke unit ball mill pada alur 21 dan keluaran kedua kristal kalsium klorida lolos screening yang memiliki kemurnian 94% pada alur 24. Gambar skema dari unit screener disajikan pada gambar A.12. Alur 21 adalah masukan produk dari rotary cooler, alur 23 adalah komponen produk yang tidak lolos screening keluar menuju ball mill, dan alur 22 adalah aliran daur ulang hasil keluaran ball mill. Alur 24 merupakan produk yang lolos screening dan digunakan sebagai produk utamaindustri CaCl2.



Gambar A.12 Alat Pengayakan Kristal Kalsium Klorida 13.



Ball Mill Unit ball mill digunakan untuk menggiling kalsium klorida yang tertahan



pada bagian atas unit screening menjadi partikel yang lebih halus. Keluaran ball mill dimasukkan kembali ke screening setelah partikel dibuat lebih halus dengan proses penghancuran (grinding). Laporan I



28



Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Klorida dari Kalsium Karbonat dan Hidrogen Klorida dengan Proses Reaksi Asidifikasi



1.4.2020



Gambar skema dari unit ball mill disajikan pada gambar A.13, alur 22 merupakan masukan produk kristal yang tertahan pada ayakan dari screener dan alur 23 adalah produk kristal yang telah dihaluskan untuk masuk ke dalam screener. Melalui screener maka dapat diperoleh produk kristal kalsium klorida yang dapat dipasarkan langsung ke konsumen.



Gambar A.13 Ball Mill



Laporan I



29