Makalah Nitrogen - Kelompok 2 - PIK 1-B [PDF]

Citation preview

MAKALAH PROSES INDUSTRI KIMIA I NITROGEN



Disusun oleh : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.



Khusnil Mar’ah Ananda Ranu B. Radita Krisna S. Arya Sona Dhela Trinanda Shindy Trintiyanti Annita Auliyasari Bridha Strina R. Agus Fajrin



(1800020052) (1900020069) (1900020071) (1900020089) (1900020092) (1900020095) (1900020099) (1900020104) (1900020107)



PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS AHMAD DAHLAN 2020



KATA PENGANTAR



Assalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatuh Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan makalah Proses Industri Kimia I ini yang berjudul “Nitrogen”. Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Proses Industri Kimia I. Selain itu, kami berharap penulisan makalah ini dapat menambah wawasan tentang proses pembuatan nitrogen. Kami mengucapkan terima kasih kepada Ibu Shinta Amelia, S.T.,M.Eng. selaku dosen pengampu mata kuliah Proses Industri Kimia I. Kami menyadari bahwa makalah ini sangat jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat kami harapkan agar penyusunan makalah selanjutnya menjadi lebih baik. Billahifii Shabillihaq Fastabiqul Khoirot Wassalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatuh



Yogyakarta, 1 Desember 2020



Kelompok 2



i



DAFTAR ISI



KATA PENGANTAR .................................................................................. i DAFTAR ISI ................................................................................................. ii BAB I PENDAHULUAN …………………………………………………. 1 1.1 Latar Belakang .................................................................................



1



1.2 Rumusan Masalah ............................................................................



2



1.3 Tujuan ............................................................................................... 3 BAB II PEMBAHASAN ………………………………………………….. 4 2.1 Pengertian Nitrogen .......................................................................... 4 2.2 Sifat Fisika dan Kimia Nitrogen ....................................................... 4 2.3 Manfaat Gas Nitrogen dan Dampaknya Terhadap Lingkungan ....... 5 2.4 Peranan Nitrogen .............................................................................. 9 2.5 Cara Memperoleh Nitrogen .............................................................. 11 2.6 Konsep Proses Industri Nitrogen ...................................................... 12 BAB III PENUTUP ……………………………………………………….. 21 3.1 Kesimpulan ....................................................................................... 21 3.2 Kritik dan Saran ...............................................................................



21



DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 22



ii



BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Nitrogen merupakan salah satu unsur yang paling luas penyebaranya di alam. Sekitar 3,8  1015 ton N2 molekul terdapat di atmosfer, sedangkan pada litosfer terdapat sekitar 4,74 kalinya. Diperkirakan setiap tahun biosfer menerima tambahan N netto sebesar 9 jutametrik ton, dari selisih total tambahan melalui fiksasi biologis dengan total kehilangan akibat denitrifikasi. Siklus nitrogen dari fiksasi N2 atmosfer secara fisik/kimiawi yang menyuplai tanah bersama presipitasi, dan oleh mikroorganisme baik secara simbiotik maupun nonsimbiotik yang menyuplai tanah baik melalui inangnya maupun setelah mati. Sel-sel mati ini besama dengan sisa tanaman/hewan akan menjadi bahan organik yang siap didekomposisi dan melalui serangkaian proses mineralisasi (aminisasi, amonifikasi, dan nitrifikasi) akan melepaskan N-mineral (NH4+ dan NO3-) yang kemudian di immobilisasi oleh tanaman atau mikrobia. Gas amoniak hasil proses aminisasi apabila tidak segera mengalami amonifikasi akan segera tervolatilisasi ke udara, begitu pula dengan gas N2 hasil denitrifikasi nitrat, keduanya merupakan sumber utama N2 atmosfer. Kehilangan nitrat dan ammonium melalui mekanisme pelinding (leaching) merupakan salah satu penyebab penurunan kadar N di dalam tanah. Unsur nitrogen didalam tanah dijumpai dalam bentuk anorganik atau organic yang bergabung dengan C, H, O dan kadangkala dengan S untuk membentuk asam amino, asam nukleat, klorofil, alkanoid dan basa purin. Unsur N tersebut berkorelsi sangat erat dengan perkembangan jaringan



1



meristem, sehingga sangat menetukan pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Nitrogen adalah bagian penting dari kehidupan. Tanaman, hewan dan bakteri semuanya menggunakan nitrogen dalam satuan pembentukan fundamental yang disebut asam amino, dan asam-asam amino ini Bersatu membentuk protein. Protein tidak hanya memungkinkan kita untuk tumbuh dan berfungsi dengan baik, tetapi juga membentuk basis dari hamper setiap reaksi kimia dalam tubuh manusia. Sumber nitrogen kita yang utama dalam atmosfer, dimana nitrogen terdapat sebagai gas nitrogen (N2). Akan tetapi, dalam bentuk gas, nitrogen sangat lembam (tidak reaktif) dan hanya sedikit organisme yang mampu memanfaatkanya. Proses alami pengambilam gas nitrogen dan konversinya menjadi senyawa-senyawa yang bermanfaat dikenal sebagai fiksasi nitrogen, dan dilakukan oleh bakteri pengikat nitrogen. Bakteri ini mengikat nitrogen menjadi senyawa yang mengandung nitrogen lainya seperti amonia (NH3). Senyawa KMNO3 dan senyawa NaNO3 menjadi 2 mineral yang merupakan sumber senyawa nitrogen di alam.



1.2 Rumusan Masalah Adapun permasalahan yang akan dibahas pada makalah ini antara lain: 1. Apa definisi nitrogen? 2. Apa sifat fisika dan kimia nitrogen? 3. Apa manfaat gas nitrogen dan dampak yang ditimbulkan di lingkungan? 4. Apa peranan nitrogen? 5. Bagaimana cara memperoleh nitrogen? 6. Bagaimana proses industri nitrogen?



2



1.3 Tujuan Bersumber pada rumusan permasalahan yang disusun, sehingga tujuan dalam penyusunan makalah ini sebagai berikut: 1. Mengetahui definisi nitrogen 2. Mengetahui sifat fisika dan kimia nitrogen 3. Mengetahui manfaat nitrogen dan dampak yang ditimbulkan di lingkungan 4. Mengetahui peranan nitrogen 5. Mengetahui cara memperoleh nitrogen 6. Mengetahui proses industri nitrogen



3



BAB II PEMBAHASAN



2.1 Pengertian Nitrogen Nitrogen adalah unsur yang diperlukan untuk membentuk senyawa penting di dalam sel, termasuk protein, DNA, dan RNA. Nitrogen adalah komponen utama dalam semua asam amino, yang nantinya dimasukkan ke dalam protein, protein adalah zat yang sangat kita butuhkan dalam pertumbuhan. Nitrogen juga hadir di basis pembentuk asam nukleat, seperti DNA dan RNA yang nantinya membawa hereditas. Nitrogen adalah unsur yang paling berlimpah di atmosfer (78% gas di atmosfer adalah nitrogen). Meskipun demikian, penggunaan nitrogen pada bidang biologis sangatlah terbatas. Nitrogen merupakan unsur yang tidak reaktif



(sulit



bereaksi



dengan



unsur



lain)



sehingga



dalam



penggunaan nitrogen pada makhluk hidup diperlukan berbagai proses, yaitu fiksasi nitrogen, mineralisasi, nitrifikasi, denitrifikasi. Nitrogen adalah komponen penting bagi tumbuhan terdapat dalam banyak senyawa. Protein dan asam nukledit yang biasanya diserap dari tanah dalam bentuk sangat teroksidasi dan harus direduksi oleh proses yang bergantung pada energi sebelum bergabung menjadi protein dan senyawa lain dalam sel.



2.2 Sifat Fisika dan Kimia Nitrogen Nitrogen adalah zat komponen penyusun utama atmosfer bumi. Udara terdiri atas 78% volume nitrogen (N2). Nitrogen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa. Nitrogen dalam deret kimia termasuk kedalam nonmetals, termasuk golongan VA, periode 2, dan blok p.



4



Penampilanya berupa colorless. Memiliki massa atom 14,0067 dengan massa atom 7 (1s2, 2s2, 3p3). Selain itu adapun ciri fisik dari nitrogen seperti berfasa gas, bermassa jenis 1,251 ; titik leburnya 63,15 K ; titik didih 77,36 dan titik kritisnya 126,21 K. Nitrogen cair mendidih pada (-196) ¬ 00C, dan membeku pada -21000C. Sruktur dari gas nitrogen adalah berupa kristal hexagonal. Kelektronegatifan gas nitrogen menduduki peringkat ke-3 setelah flour dan oksigen. Gas nitrogen termasuk ke dalam gas yang inert (tidak reaktif). Hal ini disebabkan oleh besarnya energi ikatan antara ikatan rangkap tiga N≡N. Nitrogen digunakan sebagai atmosfer inert untuk suatu proses atau sistem yang terganggu oleh oksigen, misalnya dalam industri elektronika dan juga bilangan okdidasi nitrogen bervariasi dari -3 sampai +5.



2.3 Manfaat Gas Nitrogen dan Dampaknya Terhadap Lingkungan a. Manfaat Gas Nitrogen Adapun manfaat dari senyawa-senyawa nitrogen antara lain: • Dalam Dunia Medis Nitrogen cair (-196oC) digunakan untuk membekukan dan menjaga embrio, sperma, darah, sel sumsum tulang, dan sampel jaringan hidup untuk jangka waktu yang cukup lama, sehingga jaringanjaringan tersebut agar tidak mudah rusak. Nitrogen cair juga digunakan dalam bidang dermatologi, penggunaan nitrogen ini efektif untuk membakar tumor jinak yang menular. • Industri Kimia Dalam industri kimia Nitrogen digunakan sebagai gas tekan, biasanya digunakan untuk mendorong cairan dalam pipa. Gas nitrogen juga digunakan untuk melindung bahan yang sensitive terhadap udara, hal ini juga digunakan



5



untuk mehilangkan bahan yang mudah menguap dari berbagai proses dalam industri kimia. • Pesawat dan Kedirgantaraan Nitrogen digunakan untuk membangun terowongan angina high Reynolds, panas untuk tungku dan autoklaf sebagai pembantu untuk membuat bahan yang sangat kuat namun ringan dalam industri pesawat. Nitrogen juga digunakan untuk membantu aplikasi laser cutting. • Otomotif dan Transportasi Dalam dunia otomotif Nitrogen digunakan untuk pengelasan suku cadang mobil, frame, muffler dan komponen lain bersama engan gas lain. Nitrogen juga diguanakan sebagai alat keselamatan pada mobil, yaitu digunakan pada air bag yang ada di mobil. Gas nitrogen juga dimanfaatkan untuk mengisi ban motor maupun mobil, hal ini dikarenakan jika ban diisi dengan nitrogen maka ban tersebut menjadi lebih elastis, terutama jika digunakan pada jalan yang berkerikil. •



Energi dan Lingkungan Hidup Nitrogen digunakan sebagai gas yang dapat memisahkan molekul yang sensitif terhadap udara, selain itu nitrogen juga digunakan di dalam pipa untuk mencegah berbagai kontaminasi yang mungkin terjadi.



•



Makanan dan Minuman Untuk melindungi bahan makanan dari gangguan bakteri dan jamur. Nitrogen digunakan sebagai sumber kriogenik yang membantu proses pendinginan, pembekuan makanan dan minuman. Untuk membekukan makanan digunakan nitrogen cair yang memiliki suhu (916oC), penggunaan nitrogen cair merupakan metode tercepat untuk mendinginkan dan membekukan makanan. Salah satu aplikasi



6



penggunaan nitrogen pada makanan dan minuman adalah untuk pengemasan roti, agar memperlambat pertumbuhan bakteri pada roti. •



Produksi Baja Dalam Produksi Baja Nitrogen digunakan untuk membersihkan gas lain. Nitrogen juga digunakan sebagai pencegahan oksidasi dan sebagai komponen utama dalam pendinginan produksi baja.



•



Industri Minyak dan Gas pada Industri Minyak dan Gas Nitrogen digunakan sebagai reservoir formasi faktur hidrokarbonbearing untuk meningkatkan produksi minyak dan gas serta meningkatkan efisiensi operasional.



•



Farmasi dan Bioteknologi Nitrogen dalam bidang ini dipergunakan untuk membersihkan, mentrasfer tekanan,pencampuran dan melindungi proses intrusi kelembaban oksidasi, degradasi dan kontaminasi.



•



Pengilangan Nitrogen sebagai gas industri yang dimanfaatkan untuk tanki penyimpanan dan pipa pembersihan, serta sebagai strip Volatile Organic Compounds (VOC) dari aliran proses kimia dan air limbah, juga mengurangi emisi VOC.



•



Pengelasan dan Fabrikasi Logam Nitrogen sebagai gas pembersih dan membantu gas untuk laser cutting serta meningkatkan plasma cutting.



•



Dalam Bentuk Amonia Nitrogen digunakan sebagai bahan pupuk, obat-obatan, asam nitrat, urea, hidrasin, amin, dan pendingin.



7



b. Dampak Nitrogen Terhadap Lingkungan Gas nitrogen oksida (NOx) ada dua macam yaitu gas nitrogen monoksida dan gas nitrogen dioksida. Kedua macam gas tersebut mempunyai sifat yang sangat berbeda dan keduanya sangat berbahaya bagi kesehatan. Udara yang mengandung gas NO dalam batas normal relatif aman dan tidak berbahaya, kecuali bila gas NO berada dalam konsentrasi tinggi. Sifat racun (toksisitas) gas NO2 empat kali lebih kuat daripada toksisitas gas NO. Organ tubuh yang paling peka terhadap pencemaran gas NO2 adalah paruparu. Paru-paru yang terkontaminasi oleh gas NO2 akan membengkak sehingga penderita sulit bernafas yang dapat mengakibatkan kematian. Konsentrasi NO2 lebih tinggi dari 100 ppm bersifat letal pada hewan percobaan, dan 90% dari kematian tersebut disebabkan oleh gejala edema pulmonary. Pemberian sebanyak 5 ppm NO2 selama 10 menit terhadap manusia mengakibatkan sedikit kesukaran dalam bernafas. Pencemaran udara oleh gas NOx juga dapat menyebabkan timbulnya Peroxy Acetil Nitrates (PAN). PAN ini menyebabkan iritasi pada mata yang menyebabkan mata terasa pedih dan berair. Campuran PAN bersama senyawa kimia lainnya yang ada di udara dapat menyebabkan terjadinya kanut foto kimia atau Photo Chemistry Smog yang sangat mengganggu lingkungan. Jika oksida nitrat (N2O) mencapai stratosfer, ia membantu merusak lapisan ozon, sehingga menghasilkan tingkat radiasi UV yang lebih tinggi dan risiko kanker kulit serta katarak yang meningkat. Nitrogen oksida (N2O) yang terlarut dalam air atmosferik membentuk hujan asam, yang mengkorosi batuan dan barang logam dan merusak bangunan-bangunan.



8



Nitrogen



oksida



(N2O)



berkontribusi



bagi



pemanasan



global.Walaupun konsentrasi oksida nitrat di atmosfer sangat rendah dibanding karbon dioksida, potensi pemanasan global oksida nitrat adalah sekitar 300 kali lebih besar. Kelebihan nitrogen di perairan menyebabkan berkurangnya kadar oksigen dalam air sehingga menyebabkan kepunahan kehidupan di perairan.



2.4 Peranan Nitrogen a. Peranan biologi nitrogen Nitrogen merupakan unsur kunci dalam asam amino dan asam nukleat, dan ini menjadikan nitrogen penting bagi semua kehidupan. Proteindisusun dari asam-asam amino, sementara asam nukleat menjadi salah satu komponen pembentuk DNA dan RNA. Polong-polongan, seperti kedelai, mampu menangkap nitrogen secara langsung dari atmosfer karena bersimbiosis dengan bakteri bintil akar. b. Peranan Nitrogen Dalam Perindustrian Peranan nitrogen dalam perindustrian relatif besar dan industri yang menggunakan unsur dasar nitrogen sebagai bahan baku utamanya disebut pula sebagai industri nitrogen. Nitrogen yang berasal dari udara merupakan komponen utama dalam pembuatan pupuk dan telah banyak membantu intensifikasi produksi bahan makanan di seluruh dunia. Pengembangan proses fiksasi nitrogen telah berhasil memperjelas berbagai asas proses kimia dan proses tekanan tinggi serta telah menyumbang banyak perkembangan di bidang teknik kimia. Sebelum adanya proses fiksasi (pengikatan) nitrogen secara sintetik, sumber utama nitogen untuk keperluan pertanian hanyalah bahan limbah dan kotoran hewan, hasil dekomposisi dari bahan-bahan tersebut serta



9



amonium sulfat yang didapatkan dari hasil sampingan pembuatan kokas daribatubara. Bahan-bahan seperti ini tidak mudah ditangani belum lagi jumlahnya yang tidak mencukupi semua kebutuhan yang diperlukan. Salpeter chili, salpeter dari air kencing hewan dan manusia, dan amonia yang dikumpulkan dari pembuatan kokas menjadi penting belakangan ini tetapi akhirnya disisihkan lagi oleh amonia sintetik dan nitrat. Amonia merupakan bahan dasar bagi pembuatan hampir semua jenis produk yang memakai nitrogen. c. Peranan Nitrogen Dalam Kuliner Penggunaan nitrogen cair dalam memasak sudah ada sejak lama, dan tercatat di buku resep bernama Fancy Ices oleh Agnes Marshall di tahun 1890. Pada dasarnya, nitrogen cair digunakan untuk membekukan bahan makanan dengan cepat, dan biasanya digunakan dalam makanan penutup seperti kue dan es krim. Hal ini bisa terjadi karena Nitrogen cair sangatlah dingin dan akan mendidih serta menguap dalam temperatur -196o celcius. Dengan menuangkan nitrogen cair yang sangat dingin ini, kristalisasi es akan berjalan dengan sangat cepat terhadap bahan pembuatan es krim seperti protein susu dan gula. Karena bersentuhan dengan udara hangat (lebih dari -196o celcius), maka Nitrogen cair pun menguap dan menghasilkan uap putih yang membuat banyak orang terkesan. Karena proses pendinginan berlangsung dengan sangat cepat dan Nitrogen cair menghasilkan kristal es dalam jumlah yang sangat banyak, tekstur es krim nitrogen ini lebih lembut dari es krim biasanya. d. Peranan Nitrogen Pada Tanaman Nitrogen adalah unsur yang sangat penting bagi pertumbuhan tanaman. Nitrogen merupakan bagian dari protein, bagian penting konstituen dari protoplasma, enzim, agen katalis biologis yang 10



mempercepat proses kehidupan. Nitrogen juga hadir sebagai bagian dari nukleoprotein, asam amino, amina, asam gula, polipeptidadan senyawa organik dalam tumbuhan. Dalam rangka untuk menyiapkan makanan untuk tanaman, tanaman diperlukan klorofil, energi sinar matahari untuk membentuk karbohidrat dan lemak dari cair dan senyawa nitrogen. Adapun peranan Nitrogen yang lain bagi tanaman adalah : • Berperan dalam pertumbuhan vegetatif tanaman • Memberikan warna pada tanaman • Panjang umur tanaman • Penggunaan karbohidrat



2.5 Cara Memperoleh Nitrogen a. Di Laboratorium Beberapa reaksi berikut dapat digunakan untuk memperoleh gas nitrogen di labratorium. • 3CuO(s) + 2NH3(g) → 3Cu(s) + 3H2O(g) + N2(g) // dengan pemanasan • NaNO2(s) + NH4(s) → NaCL(s) + 2H2O(g) + N2(g) // dengan pemanasan • (NH4)2Cr2O7(s) → Cr2O3(s) + 3H2O(g) + 4H2O(g) + N2(g) // dengan pemanasan • NH4NO3(s) → 2H2O(g) + N2(g) //dengan pemanasan b. Dalam Industri Secara komersil nitrogen dipisahkan dari udara dengan cara distilasi bertngkat udara cair. Mula – mula udara dibersihkan dari debu dan partikelpartikel padat lainya, semua dialirkan ke dalam KOH atau NaOH untuk mengikat gas CO2 dan uap air. Udara kering yang bebeas CO2 dan uap air. Udara kering yang bebas CO2 di mampatkan didalam ruangan dengan



11



kompresorsampai tekanannya 200 atm, sambil sambil didinginkan di dalam ruangan penukar panas. Udara dingin dengan tekanan tinggi diekspansikan (diturunkan tekanannya) sampai pada tekananya 20 atm, sehingga suhunya turun dan mencair. selanjutnya udara cair ini dinaikan suhunya secara bertahap .Pada suhu sedikit di atas -196°C (titik didih N2 = -196°C) akan diperoleh gas nitrogen. Gas nitrogen ini dicairkan kembali dan ditampung pada botol Dewar (terbuat dari baja). Pada saat suhu mencapai -183°C gas oksigen akan menguap dan dipisahkan tersendiri kemudian dicairkan kemabali dan diperoleh oksigen cair.



2.6 Konsep Proses Industri Nitrogen Sebagian besar nitrogen dan oksigen dalam industri diproduksi dengan cara proses pemisahan udara pada suhu rendah atau proses adsorpsi. Produksi oksigen dan nitrogen cair pada kebanyakan industri digunakan proses pemisahan udara pada suhu rendah. Proses produksi nitrogen dan oksigen cair terdiri dari tiga tahapan proses yaitu proses pemurnian awal, proses pencairan, dan proses pemisahan. Selanjutnya sebagai tahapan akhir dilakukan proses pengisian gas ke dalam tabung pada unit filling station. a. Proses Pemurnian Awal Proses pemurnian awal bertujuan untuk menghilangkan pengotor dari udara yang akan menyebabkan gangguan terhadap proses pemisahan udara pada suhu rendah. Udara dihisap oleh blower kemudian disaring dengan air filter. Lalu dikompresi sampai tekanan 5,8 barG pada air compressor dan didinginkan pada reactivation exchanger dari suhu 110oC hingga suhu 77oC, kemudian didinginkan kembali pada after cooler hingga suhu 40oC.



12



Selanjutnya udara yang telah dikompresi didinginkan sampai 20oC pada high level freon refrigerator dan hasil kondensat dipisahkan. Lalu udara dialirkan melewati unit molecular sieves untuk menghilangkan air (H2O) dan gas karbondioksida yang terdapat dalam udara. Unit molecular sieves terdiri dari dua menara (tower) yang bekerja secara bergantian. Pada masing-masing menara berisi ayakan (molecular sieves) pada bagian atas dan alumina gel pada bagian bawah. Udara yang telah bebas dari air, gas karbondioksida, dan pengotor lainnya masuk ke dalam cold box. b. Proses Pencairan Udara yang telah bebas dari air, gas karbondioksida, dan pengotor lainnya didinginkan dalam Heat Exchanger sampai mendekati suhu pencairan sebesar -166oC dengan tekanan 5,2 barG. Kemudian udara yang telah didinginkan dipisahkan menjadi komponen-komponenya pada kolom rektifikasi (distilasi terfraksi). c. Proses Pemisahan Rektifikasi atau distilasi terfraksi adalah salah satu metode yang digunakan untuk memisahkan komponen-komponen yang terdapat dalam suatu cairan yang mengandung dua atau lebih penyusun berdasarkan perbedaaan tekanan uap pada masing-masing penyusunnya. Udara yang telah didinginkan pada Heat Exchanger dikirim ke bagian bawah dari High Pressure Column. Pada High Pressure Column udara dipisahkan menjadi gas nitrogen murni di bagian atas, nitrogen tidak murni di bagian tengah, dan cairan yang kaya oksigen (rich liquid) di bagian bawah. Gas nitrogen murni dikondensasi dalam Main Condenser. Sebagian nitrogen cair digunakan sebagai cairan refluks pada High Pressure Column, sedangkan sisa cairan nitrogen dikirim ke Reflux Pure Nitrogen Subcooler dan didinginkan oleh gas nitrogen pada tekanan rendah, kemudian cairan 13



tersebut digunakan sebagai cairan refluks pada Low Pressure Column. Produk nitrogen cair diambil dari bagian atas High Pressure Column dan didinginkan oleh nitrogen tidak murni dalam Product Liquid Nitrogen Subcooler, lalu nitrogen cair yang telah didinginkan dikeluarkan secara langsung dari cold box dan dialirkan menuju tangki penyimpan nitrogen cair. Produk gas nitrogen diambil dari bagian atas Low Pressure Column dan dipanaskan pada suhu lingkungan di dalam Reflux Pure Nitrogen Subcooler dan Heat Exchanger. Udara cair pada bagian bawah High Pressure Column didinginkan dalam Rich Liquid Subcooler lalu diekspansi sampai tekanan rendah. Cairan tersebut dikirim ke bagian tengah dari Low Pressure Column sebagai cairan umpan. Pemisahan terakhir dilakukan dalam Low Pressure Column. Gas nitrogen berada di bagian atas, gas buang dan crude argon (O2 = 88-90% ; Ar = 12-10%) di bagian tengah, dan gas oksigen di bagian bawah kolom. Oksigen cair diambil dari bagian bawah High Pressure Column, lalu melewati Oxygen Filter dimana asetilen dan hidrokarbon lainnya yang terkandung dalam cairan dihilangkan, kemudian dialirkan ke dalam Main Condenser dan dievaporasi oleh penukar panas dengan cairan nitrogen murni. Oksigen cair yang telah dievaporasi digunakan sebagai reboil gas pada Low Pressure Column. Oksigen cair diambil dari bagian bawah Low Pressure Column, lalu dipompa oleh Liquid Oxygen Process Pump dan didinginkan dalam Product Oxygen Subcooler. Kemudian oksigen cair yang telah didinginkan dikeluarkan secara langsung dari cold box dan dialirkan menuju tangki penyimpan oksigen cair.



14



d. Proses Pengisian Pada Unit Filling Station, oksigen cair dan nitrogen cair yang telah dievaporasi dialirkan melalui pipa-pipa gas, lalu diisikan ke dalam tabung. Proses pengisian gas dilakukan dengan cara menekan (kompresi) gas tersebut sampai tekanan 165 barG ke dalam tabung-tabung gas dalam rak. Pada Unit Filling Station dilakukan pengisian untuk gas nitrogen, gas oksigen, gas argon, gas argon shield, karbondioksida, dan udara tekan. e. Proses Daur Ulang Nitrogen Pendingin yang diperlukan untuk operasi pada cold box disediakan oleh siklus pencairan. Nitrogen pada tekanan rendah (low pressure) dari cold box dikompresi oleh Nitrogen Makeup Compressor. Nitrogen dengan tekanan menengah (middle pressure) dari cold box dan Nitrogen Makeup Compressor dikompresi oleh Nitrogen Recycle Compressor sampai diperoleh tekanan nitrogen sebesar 40,4 barG dan suhu nitrogen sebesar 40oC. Kemudian nitrogen didinginkan pada Low Level Freon Cooler sampai diperoleh suhu keluaran nitrogen sebesar -40oC. Setelah itu nitrogen didinginkan kembali pada Recycle Exchanger dengan tekanan tetap sampai diperoleh suhu keluaran nitrogen sebesar -101oC lalu dimasukkan ke dalam Expansion Turbine sampai diperoleh tekan sebesar 4,9 barG dan suhu pencairan nitrogen sebesar -166oC dengan tekanan 40 barG. Kemudian nitrogen cair dikirim ke bagian atas High Pressure Column. f. Bahan Baku Industri Nitrogen Bahan baku dalam proses industri nitrogen adalah udara. Gas inert biasanya adalah nitrogen. Nitrogen biasa diambil dari udara bebas. Alasan mengapa mengambil dari udara bebas adalah karena kandungan Nitrogen dalam udara sangat besar, nitrogen adalah komponen yang paling besar



15



diantara komponen lainnya. Nitrogen dalam udara kering bisa mencapai 78%-V g. Flow Sheet Pembuatan Industri Nitrogen



Keterangan: 1. Filtrasi Udara bebas yang menjadi feed atau umpan sebagai bahan baku pembuatan gas nitrogen terlebih dahulu disaring dengan menggunakan filter dengan kerapatan (mesh) tertentu sesuai dengan spesifikasi tekanan dan flow compressor. Pada saat udara dihisap oleh compressor, 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 batasbatas tertentu dilarang terkandung dalam spesifikasi produk akhir.



16



2. Kompressi Udara yang telah difilter diumpankan ke inlet kompresor untuk dinaikkan tekanannya. Efisiensi kompresor sangatlah penting, oleh karena itu dibutuhkan pemilihan jenis kompresor yang tepat. Umumnya digunakan kompresor tipe turbo (sentrifugal) multi stage dengan pendingin diantara stagenya. Energi yang digunakan akan sebanding dengan besar energi output produk ditambah cold production. 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 industry 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 temperature yang biasanya dialaminya. System penguapan terbuka merupakan tipe system pendingin yang umumnya digunakan dalam plant pemisahan udara. Outlet compressor akan sangat panas, ini akan mengurangi efisiensi pada proses selanjutnya, maka dibutuhkan pendinginan sampai pada temperature desain (tergantung dari spesifikasi alat dan bahan yang digunakan pada proses). 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 temperature yang bisa dicapai yaitu 2ºC, sedang pada tube atau shell cooler hanya sekitar 8ºC, efek pengguyuran (scrubbing) dari air juga



17



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 temperature 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 industry, 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. Air, CO2, Hidrokarbon adalah unsur pengotor udara yang akan menggangu proses, air dan CO2 akan membeku lebih awal (titik beku lebih tinggi dari pada Nitrogen sehingga berpotensi menyumbat di bagian-bagian



tertentu



dalam



proses).



Sedangkan



Hidrokarbon



berpotensi menyebabkan ledakan di daerah bagian bawah kolom distilasi (tempat terjadinya penumpukan hidrokarbon). Di PPU (pre purification unit) terdapat beberapa lapisan, umumnya terdiri dari molecular shieve (butiran ukuran mikro berlubang yang seukuran dengan dimensi partikel CO2, H2O dan beberapa jenis hidrokarbon), tujuannya untuk memerangkap CO2, H2O dan hidrokarbon. lapisan lainnya adalah alumina yang bertujuan untuk memerangkap H2O yang lolos dari lapisan pertama.



18



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 Sebagian udara diumpankan ke expander untuk memproduksi dingin yang dibutuhkan proses (reflux dan heat loss recovery) sehingga keluarannya berbentuk cairan yang di umpankan ke atas kolom melewati heat exchanger sebagai reflux. Untuk ini, expander membutuhkan penyerap energi sebesar cold production yang diinginkan, bisa dicouple dengan alat oil brake, generator, kompressor atau yang lainnya. Udara yang dingin tersebut diekspansikan atau diturunkan pressure nya 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. 19



Kolom yang telah diumpani oleh feedgas dan reflux dengan proporsional akan menghasilkan homogenitas di area2 tertentu, bagian atas kolom akan homogen dengan Nitrogen, bawah kolom dengan oksigen, ini dikarenakan beda titik cair, pada temperatur kolom sebesar -170 DegC, oksigen lebih cenderung untuk berubah menjadi cairan (titik cair O2 = 183 DegC pada atm pressure) dan menuju bawah kolom, sedangkan nitrogen cenderung bertahan pada bentuk gas (titik cair N2 = -195,8 DegC pada atm pressure) dan menuju bagian atas kolom. Pada kolom terdapat tray bertingkat yang memungkinkan terjadinya lebih banyak pergesekan antara feed gas dan reflux sehingga lebih memungkinkan bagi kedua jenis stream untuk bertukar properti. Feed gas akan diserap sebagian energinya sehingga menjadi lebih dingin dan membuat O2 melambat dan cenderung mencair, sedangkan N2 karena masih jauh dari titik cairnya akan tetap berupa gas.



20



BAB III PENUTUP



3.1 Kesimpulan Nitrogen adalah komponen penyusun utama atmosfer bumi dan udara terdiri atas 78% volume nitrogen. Nitrogen merupakan gas tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa. Gas nitrogen termasuk gas inert (tidak reaktif) hal ini disebabkan oleh besarnya energi ikatan antara ikatan rangkap tiga. Nitrogen digunakan sebagai atmosfer inert untuk suatu prosess yang terganggu oleh oksigen, misalnya dalam industri elektronika. Nitrogen dapat diperoleh melalui berbagai cara baik di laboratorium dan dalam industri. 3.2 Kritik dan Saran Dalam pembuatan makalah ini mungkin masih dalam tahap penyempurnaan. Oleh karena itu, saran dan kritik para pembaca sangat kami harapkan untuk melengkapi kesempurnaan makalah ini.



21



DAFTAR PUSTAKA Achamd, Hiskia. 2001. Kimia Unsur dan Radiokimia. Bandung: Citra Aditya Bakti. Afrimirza, Frengki. 2013. Proses Industri Nitrogen. Padang : Akademi Teknologi Industri Padang. Hernanto, Ari dan Ruminten. 2009. Kimia 2. Jakarta: Erlangga Keenan, UK, Kleinfester DC, Demwood JA. 1989. Kimia untuk Universitas. Jakarta: Erlangga Nitropratamaindonesia.com. 2020. Apa itu Nitrogen?. Diakses pada 1 Desember 2020, dari https://nitropratamaindonesia.com/ufaqs/apa-itu-nitrogen/ Ratnaningsih, Baiq Julia. 2014. Makalah Kimia “Unsur Senyawa Nitrogen”. Slamanto.wordpress.com. 2011. Proses Industri Pembuatan Nitrogen. Diakses pada



1



Desember



2020,



dari



https://slamanto.wordpress.com



/2011/12/27/proses-industri-pembuatan-nitrogen/ Utami, Budi dan Nugroho, Agung. 2009. Kimia Dasar Universitas. Jakarta : Erlangga. Yasminto, Bambang. 2012. Makalah Nitrogen.



22