Makalah Gelas Botol - PIK (Proses Industri Kimia) [PDF]

Citation preview

MAKALAH PROSES INDUSTRI KIMIA “INDUSTRI GELAS BOTOL”



DISUSUN OLEH ;



ALIFAH PUSPITA DEWI DELFIRA YUDITH TOMASILA IRMA ZAHROTUL MAHSUNAH M. YUSUF RAMADHANI SANIA



1641420001 1641420007 1641420075 1641420053 1641420023



D-IV TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI MALANG 2017/2018



DAFTAR ISI DAFTAR ISI...............................................................................................................................ii KATA PENGANTAR................................................................................................................iii 1.1



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



1.2



Rumusan Masalah........................................................................................................2



1.3



Tujuan...........................................................................................................................2



BAB II PEMBAHASAN............................................................................................................3 2.1



BAHAN BAKU PEMBUATAN KACA......................................................................3



2.1.1



Komponen Utama.................................................................................................3



2.1.2



Komponen Sekunder.............................................................................................4



2.2



PROSES PEMBUATAN..............................................................................................6



2.2.1



Persiapan bahan baku (batching)..........................................................................6



2.2.2



Pencairan (melting/fusing)....................................................................................6



2.2.3



Pembentukan (forming/shaping)...........................................................................7



2.2.4



Annealing..............................................................................................................8



2.2.5



Finishing dan pengendalian kualitas (Quality Control)........................................8



2.3



SIFAT SIFAT................................................................................................................9



2.4



KETAHANAN KIMIA..............................................................................................10



BAB III PENUTUP...................................................................................................................11 3.1



Kesimpulan.................................................................................................................11



DAFTAR PUSTAKA................................................................................................................12



ii | I n d u s t r i G e l a s B o t o l



KATA PENGANTAR



Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Panyayang, dengan ini kami panjatkan puji syukur atas kehadirat-Nya, yang telah melimpahkan rahmat-Nya kepada kami, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah Proses Industri Kimia dengan judul "Industri Gelas Botol". Adapun makalah Proses Industri Kimia tentang " Industri Gelas Botol " ini telah kami usahakan semaksimal mungkin dan tentunya dengan bantuan dari banyak pihak, sehingga dapat memperlancar proses pembuatan makalah ini. Oleh sebab itu, kami juga ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu kami dalam pembuatan makalah Proses Industri Kimia ini. Akhirnya penyusun mengharapkan semoga dari makalah Proses Industri Kimia tentang "Industri Gelas Botol" ini dapat diambil manfaatnya sehingga dapat memberikan inpirasi terhadap pembaca. Selain itu, kritik dan saran dari Anda kami tunggu untuk perbaikan makalah ini nantinya.



Malang, November 2017 Penyusun iii | I n d u s t r i G e l a s B o t o l



BAB I PENDAHULUAN



1.1



Latar Belakang Seiring dengan perkembangan zaman, kebutuhan manusia akan



kaca semakin meningkat. Begitu pula dengan negara kita. Kaca banyak sekali digunakan oleh umat manusia karena sifatnya yang khas yaitu transparan, tahan terhadap serangan kimia, efektif sebagai isolator listrik dan lain-lain. Akan tetapi pengetahuan manusia tentang proses pembuatan kaca dari mulai bahan baku sampai dengan hasil akhir jarang sekali yang mengetahuinya. Menilik perkembangan produksi kaca di luar negeri jika dibandingkan dengan di negara kita sangatlah jauh berbeda, pengetahuan tentng glass menjadikan industri-industri kaca di sana terpacu untuk melakukan inovasi setiap saat. industri kaca di indonesia baru mampu memproduksi kaca-kaca plat biasa (windows glass), tapi coba kita tengok di luar sana, inovasi kaca sangatlah luar biasa, mulai dari botol minuman sampai kepada layar anti gores pada iPad, layar LCD, layar LED, dan inovasi-inovasi luar biasa lainnya. Itulah yang menjadi tantangan bagi negara kita mengapa tidak mampu berinovasi sampai ke sana. Sehingga jelaslah bahwa pengetahuan akan cara-cara produksi kaca sangatlah penting, guna menunjang inovasi-inovasi baru mengenai kaca itu sendiri. Bahkan suatu perusahaan besar kaca dunia Corning Corp. dalam promosinya telah memikirkan beberapa tahun ke depan bisa jadi semua perkakas dan aktivitas kita semua berhubungan dengan glass/kaca. mulai dari dinding rumah, kompor, lemari, pintu, semuanya dari kaca. semua itu tidak mustahil untuk terjadi, melihat inovasi-inovasi dunia tentang kaca yang setiap hari makin berkembang.



1 |I n d u s t r i G e l a s K i m i a



1.2 Rumusan Masalah a.



Apa saja bahan baku untuk membuat gelas dan kaca?



b.



Bagaimana cara mengolah bahan baku menjadi gelas dan kaca?



c.



Bagaimana cara mengolah gelas dan kaca? 1.3 Tujuan



A. B.



Mengetahui bahan baku yang digunakan dalam industri gelas dan kaca. Menginformasikan cara pengolahan bahan baku menjadi gelas dan kaca.



2 |I n d u s t r i G e l a s K i m i a



BAB II PEMBAHASAN



2.1



BAHAN BAKU PEMBUATAN KACA 2.1.1



Komponen Utama



1. Pasir Kuarsa (SiO2) Jenis pasir yang dikenal untuk pembuatan kaca adalah jenis quartz Kandungan besinya tidak boleh melebihi 0,45% untuk barang gelas pecah belah atau 0,015% untuk kaca optic, sebab kandungan besi ini bersifat merusak warna kaca pada umumnya. 2. Soda Ash (Na2O) Soda (Na2O) terutama didapat dari soda abu padat (Na2CO3). Fungsi dari Na2O adalah menurunkan titik lebur bahan-bahan ketika proses peleburan bahan baku. Secara umum, penggunaan Soda Ash adalah mempercepat pembakaran, menurunkan titik lebur, mempermudah pembersihan gelembung dan mengoksidasi besi. 3. Limestone (CaCO3) Fungsi utama dari CaCO3 adalah mempercepat proses pendinginan kaca. selain itu saat proses pelelehan bahan baku CaCO3 juga dapat mempermudah peleburan (menurunkan temperatur peleburan). 4. Feldspar Feldspar mempunyai rumus umum R2O. Al2O3.6SiO2, dimana R2O dapat berupa Na2O atau K2O atau campuran keduanya. Sebagai sumber Al2O3, feldspar mempunyai banyak keunggulan dibanding produk lain, karena murah, murni, dan dapat dilebur dan seluruhnya terdiri dari oksida pembentuk kaca. Feldspar juga merupakan sumber Na2O atau K2O dan SiO2. Kandungan aluminanya dapat menurunkan titik cair kaca dan memperlambat terjadinya devitrifikasi. 5. Borax Borax adalah bahan campuran yang menambahkan Na2O dan boron oksida kepada kaca. boraks sekarang banyak digunakan didalam berbagai jenis kaca pengemas. Ada pula kaca borat berindeks tinggi yang mempunyai nilai dispersi lebih rendah dan indeks refraksi lebih tinggi dari semua kaca yang telah dikenal. Kaca ini banyak digunakan sebagai kaca optik. Disamping daya 3 |I n d u s t r i G e l a s K i m i a



fluksnya yang kuat, boraks tidak saja bersifat menurunkan koefisien ekspansi tetapi juga meningkatkan ketahana terhadap reaksi kimia 6. Cullet merupakan pecahan-pecahan kaca atau kaca yang berasal dari produk tak lolos quality control. Cullet berfungsi untuk menurunkan temperatur leleh dari bahan baku. Cullet yang diumpankan sebanyak 25% dari total bahan baku.



2.1.2 Komponen Sekunder 1. Refining agent, menghilangkan gelembung-gelembung gas pada saat pelelehan bahan baku. Bahan yang biasa digunakan sebagai refining agent pada industri gelas adalah sodium nitrat dan sodium sulfat atau arsen oksida (As2O3). 2. Penghilang warna (decolorant), menghilangkan warna yang biasanya diakibatkan oleh kehadiran senyawa besi oksida yang masuk bersama bahan baku. Bahan penghilang warna yang digunakan adalah mangan dioksida (MnO2), logam selenium (Se), atau nikel oksida (NiO). 3. Pewarna (colorant), digunakan untuk membuat gelas khusus sesuai dengan warna yang dikehendaki. 4. Opacifiers, Bahan yang digunakan sebagai opacifier adalah fluorite (CaF2), kriolit (Na3AlF6), sodium fluorosilika (Na2SiF6), timah phospat, seng phospat (Zn3(PO4)2), dan kalsium phospat (Ca3(PO4)2). 5. Kerak



garam



Kerak garam ini di perkirakan dapat membersihkan buih yang mengganggu pada tanur tangki. Sulfat ini harus di pakai bersama karbon agar tereduksi menjadi



sulfit.



Arsen



trioksida



dapat



pula



ditambahkan



untuk



menghilangkan gelombang- gelombang dalam kaca. Nitrat, baik dari natrium maupun kalium digunakan untuk mengoksidasi besi sehingga tidak terlalu kelihatan pada kaca produk. Kalium nitrat atau karbonat digunakan pada berbagai jenis kaca meja, kaca dekorasi, dan kaca optik. 6. Blok refraktori Blok refraktori untuk industri kaca dikembangkan khusus berhubung dengan kondisi yang hebat yang harus dialami dalam penggunaannya. Zirkon, alumina, mulit (mullite), mulit aluminasinter dan zirkonia alumina-silika, alumina, krom-alumina elektrokast banyak digunakan sebagai refraktor pada tangki kaca. Kandungan Senyawa Produk Kaca Dalam % 4 |I n d u s t r i G e l a s K i m i a



No



SiO2



B2O3



Al2O3



Fe2O3



CaO



MgO



NaO



1



71.8



1.4



0.1



8.9



3.3



14.3



2



72.4



0.8



0.4



5.3



3.7



17.4



3



81.0



4



67.2



5



100



12.5



2.0



4.5 0.9



9.5



Keterangan : 1. Jendela amerika dan eropa 2. Bola Lampu 3. Pyrex 4. Alat makan minum 5. Silika Murni Berbagai macam produk yang dihasilkan dari industri kaca yang membedakan dari masing masing produk ialah komposisi. Misalnya jendela kaca, bola lampu, dan pyrex. Komposisi jendela di negara tropis dan subtropis berbeda. Hal ini dikarenan musim yang berbeda dari masing-masing negara. Namun, hal yang tepenting terdapat silikat, kalsium dan natrium oksida. Komponen lainnya yaitu berupa senyawa tambahan. Untuk membuat suatu bahan kaca yang tahan panas dapat ditambahakan B2O3. Seperti dalam bola lambu dan alat laboratorium. Hal yang menarik dari kaca yaitu adanya warna. Warna pada kaca membuat telihat lebih indah, elegant, dan menambah harga jualnya. Pewarnaan dihasilkan oleh penyerapan langsung dari cahaya yang dipantulkan melalu cahaya. Zat warna yang digunakan berupa golongan transisi, terutama grup pertama Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, dan Cu. Contonya kaca yang ditambahkan berupa garam besi Fe 2+ ataupun Fe3+ dapat berwarna hijau dan coklat. Jika ditambahkan mangan dalam Mn2O3 bewarna putih mengkilap seperti perak. Jika ditambahkan Copper dalam Cu2+ bewarna biru.



5 |I n d u s t r i G e l a s K i m i a



2.2



PROSES PEMBUATAN 2.2.1 Persiapan bahan baku (batching) Pada tahap ini dilakukan penggilingan, pengayakan bahan baku serta pemisahan dari pengotor-pengotornya. Serbuk bahan baku ditimbang sesuai komposisi, termasuk bahan-bahan aditif lain yang diperlukan seperti zat pewarna atau zat-zat sesuai dengan produk kaca yang dikendaki. Pengadukan campuran bahan baku dalam suatu mixer dilakukan agar campuran menjadi homogen sebelum dicairkan. 2.2.2



Pencairan (melting/fusing)



Bahan baku yang sudah homogen, diayak dahulu sebelum dimasukkan ke dalam tungku (furnace) bersuhu sekitar 1500oC sehingga campuran akan mencair. Reaksi kimia : 1) Na2CO3 + aSiO2 → Na2O.aSiO2 + CO2 2) CaCO3 + bSiO2 → CaO.bSiO2 + CO2 3) Na2SO4 + cSiO2 → Na2O.cSiO2 + SO2 + SO3 + CO



Tungku sebagai tempat mencairkan campuran bahan baku kaca, terbagi menjadi 3 jenis, yaitu : a. Pot furnace, biasanya dipakai untuk menghasilkan kaca-kaca khusus (special glass) seperti kaca seni, kaca optik dengan skala produksi yang kecil sekitar 2 ton atau lebih rendah. Pot terbuat dari bata silica-alumina (lempung) khusus atau platina. b. Tank furnace, digunakan pada industri gelas skala besar dan terbuat dari bata refraktori (bata tahan panas). Furnace ini mampu menampung sekitar 1350 ton cairan gelas yang membentuk kolam di jantung furnace. c. Regenerative furnace, Suhu tanur yang baru mulai berproduksi hanya dapat di naikkan sedikit demi sedikit setiap hari, tergantung kepada kemampuan reflaktorinya menampung ekspansi. Bila tanur regenerasi itu sudah di panaskan, suhunya harus di pertahankan sekurang-kurangnya 12000C setiap waktu. Kebanyakan kalor hilang dari tanur melalui radiasi, dan hanya 6 |I n d u s t r i G e l a s K i m i a



sebagian kecil yang termanfaatkan untuk pencairan. Tanpa membiarkan dindingnya sedikit karena radiasi, suhu akan menjadi terlalu tinggi sehingga kaca cair itu dapat menyerang dinding dan melarutkannya. Untuk mengurangi aksi kaca cair, pada dinding tanur kadang-kadang di pasang pipa air pendingin. 2.2.3



Pembentukan (forming/shaping)



Bahan kaca yang berbentuk cair lalu dialirkan ke dalam alat-alat yang berfungsi untuk membentuk kaca padat sesuai yang diinginkan. Ada beberapa jenis proses pembentukkan kaca, di antaranya adalah : a. Proses Fourcault. Bahan cair dialirkan secara vertikal ke atas melalui sebuah bagian yang dinamakan "debiteuse". Bagian ini terapung di permukaan kaca cair dengan celah sesuai dengan ketebalan kaca yang diinginkan. Di atas debiteuse terdapat bagian sirkulasi air pendingin yang akan mendinginkan kaca hingga 650 – 670oC. Pada suhu tersebut kaca berubah menjadi pelat padat dan akan bergerak dengan didukung oleh roda pemutar (roller) yang menarik kaca tersebut ke atas. Gambar di bawah ini melukiskan skema proses Fourcault. b. Proses Colburn (Libbey-Owens). Jika proses Fourcault , gerakan kaca berlangsung secara vertikal, maka pada proses Colburn kaca akan bergerak secara vertical kemudian diikuti gerakan horizontal setelah melewati roda-roda penjepit yang membentuk leburan gelas menjadi lembaran-lembaran. c. Proses Pilkington (float process). Bahan cair dialirkan ke dalam sebuah kolam berisi cairan timah (Sn) panas. Kecepatan aliran bahan cair ini merupakan pengatur tebal tipisnya kaca lembaran yang akan diproses. Kaca akan mengapung di atas cairan timah karena perbedaan densitas di antara keduanya. Kaca ini tetap berupa cairan dengan pasokan panas yang berasal dari pembakar di bagian atas kolam. Pengendalian temperatur di dalam kolam dilakukan agar kaca tetap rata di kedua sisinya serta pararel. Bahan yang biaanya digunakan untuk keperluan ini adalah gas nitrogen murni. Selanjutnya, aliran kaca melewati daerah pendinginan (masih di dalam kolam) dan keluar dalam bentuk kaca lembaran bersuhu ±600oC. d. Proses tiup (blow). Proses ini digunakan untuk membuat botol kaca, gelas kemasan, atau aneka bentuk kaca seni lainnya.



7 |I n d u s t r i G e l a s K i m i a



2.2.4



Annealing



Bahan yang sudah dibentuk kemudian didinginkan secara bertahap dalam suatu alat glass tempering machine, alat ini bekerja menurunkan suhu secara bertahap sampai didapatkan bahan berbentuk kaca. Fungsi tahapan ini adalah untuk mencegah timbulnya tegangan-tegangan antar molekul pada kaca yang tidak merata sehingga dapat menimbulkan kepecahan. Proses annealing kaca terdiri dari 2 aktivitas, yaitu : 1) menahan kaca dengan waktu yang cukup di atas temperatur kritik tertentu untuk menurunkan regangan internal 2) mendinginkan kaca sampai temperatur ruang secara perlahan-lahan untuk menahan regangan sampai titik maksimumnya. Proses ini berlangsung di dalam "annealing lehr". Untuk jenis kaca lembaran, annealing lehr ini dilewati oleh kaca-kaca yang bergerak di atas roda berjalan. 2.2.5



Finishing dan pengendalian kualitas (Quality Control)



Semua kaca yang sudah disangai harus mengalami operasi penyelesaian yang relative sederhana tetapi sangat penting. Beberapa proses penyelesaian akhir pada industri gelas adalah cleaning and polishing, cutting, enameling, dan grading.



2.3



SIFAT SIFAT Gelas merupakan bahan yang dapat ditembus oleh cahaya tampak



dan sinar infra merah, tetapi tidak oleh sinar ultraviolet. Gelas yang mengandung Pb tidak dapat dilewati oleh sinar Rontgen. Pemanasan akan menyebabkan pemuaian gelas yang besarnya sangat berbeda satu sama lain (tergantung koefisien pemuaian). Bila pemanasan atau pendinginan berlangsung terlalu cepat atau terkonsentrasi pada satu titik, akan terjadi tegangan.



Karena



gelas



bersifat



rapuh,



tegangan



tersebut



dapat



menimbulkan retakan. Bahan aditif khusus seperti boron oksida dapat membuat gelas kimia lebih tahan terhadap bahan kimia dan perubahan temperatur. Kuarsa memiliki sifat tennis yang lebih baik karena koefisien 8 |I n d u s t r i G e l a s K i m i a



pemuaiannya sangat kecil. Gelas merupakan isolator listrik yang baik dan penghantar panas yang buruk (terutama glass wool). Gelas kimia akan berubah sifatnya setelah digunakan bertahun-tahun atau dalam waktu yang lebih singkat lagi bila dipakai untuk temperatur yang lebih dari 150 oC. Perubahan ini dimulai dengan teradinya kristalisasi pada beberapa tempat dan akhimya pada seluruh tempat. Dengan demikian, gelas menjadi lebih rapuh dan tidak dapat digunakan. Sifat khas bahan gelas sangat tergantung pada jenis komposisi serta pengolahan pada tahap finishingnya, seperti :



Sifat fisik Softening point, oF



Soft glass 1285



Pyrex 1508



vycor 2732



Annealing point, oF



750



1027



1710



Strain point, oF



887



950



1575



Maximum temperature oenggunaan



-



932 – 1022



1830 – 1990



Spesifiv gravity



2,47



2,23



2,18



Expansi linier, x 107/oF



92



18



4,4



Modulus of rupture, x 10-3, psi



-



6 – 10



5–9



Kapasitras panas rata- rata, 77 – 572oF



-



0,233



0,244



Knoop hardness, 100 g



-



481



532



2.4



KETAHANAN KIMIA Gelas sangat mudah rusak oleh lelehan alkali, alkali karbonat, (pH 10),



hidrogen, fluorida, dan agak mudah rusak oleh basa panas dengan pH 7 – 10, serta larutan panas asam anorganik yang mengandung air, misalnya HCl 30%.  Pengolahan dan penggunaan: Gelas dapat dibentuk dengan cara memanaskannya lagi (peniupan kaca). Selain itu gelas dapat digerinda



9 |I n d u s t r i G e l a s K i m i a



dingin, dibor, dipotong, direkat, diperkuat (dengan plastik/serat gelas) dan bisa diberi tegangan (kaca pengaman) dengan pengerjaan panas.  Penggunaan: Gelas digunakan sebagai bahan bila dibutuhkan peralatan yang tembus pandang dan mempunyai ketahanan kimia yang tinggi. Contohnya pipa, kaca pengintip, organ penyekat, bejana kecil dalam operasi, botol keranjang, botol kecil, alat penukar panas, pompa,siklon, filter sinter, dan alat laboratorium. Secara khusus, gelas dapat digunakan sebagai kaca pengaman, bahan isolasi, kaca optik (misalnya untuk filter), kaca jendela, dan cermin.



BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Kaca atau gelas adalah salah satu alat rumah tangga yang terdiri dari 3 bahan baku utama antara lain pasir kuarsa (SiO2), Soda ash (Na2O), dan Limestone (CaCO3), serta bahan baku tambahan yang mulanya di proses pada reaktor suhu tinggi (10000C-15000C). Reaksi pembuatan kaca atau gelas secara umum: 10 |I n d u s t r i G e l a s K i m i a







Na2CO3 + aSiO2 → Na2O.aSiO2 + CO2







CaCO3 + bSiO2 → CaO.bSiO2 + CO2







Na2SO4 + cSiO2 → Na2O.cSiO2 + SO2 + SO3 + CO



Produk-produk yang berbasis kaca/gelas antara lain layar LCD, kaca berwarna, kaca antipeluru, fiberglass, kaca keramik, kaca antigores, lambu bohlam, alat-alat laboratorium, plat kaca, kaca jendala, dan lain sebagai.



DAFTAR PUSTAKA Austin, George T ,"Shreve's Chemical Process Industries".McGraw Hill Book Company, Singapore, 1984 Stocchi, E ,"Industrial Chemistry Vol. 1", Ellis Horwood, Englnad, 1990 Othmer, Kirk ,"Encyclopedia of Chemical Technology".



11 |I n d u s t r i G e l a s K i m i a



Austin GT. 2005. Shreve's Chemical Process Industries, 5th ed. New York: McGraw-Hill Book Co. tech.groups.yahoo.com/group/Teknik-Kimia/message/5567 www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia.../gelas-dan-kuarsa/ id.wikipedia.org/wiki/Gelas



12 |I n d u s t r i G e l a s K i m i a