MG CL 2 [PDF]

Citation preview

TUGAS PROSES INDUSTRI KIMIA GARAM MEJA MgCl2



Disusun Oleh: Apsari Puspita



L2C009135



Felicia Ruth



L2C009149



Puspita Firsty L.



L2C009126



Hilmy Muhammad



L2C009167



Cindy K. Putri



L2C009165



TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2010



1



DAFTAR ISI Halaman Judul ............................................................................................................................1 Daftar Isi



............................................................................................................................2



Latar Belakang ...........................................................................................................................3 Kegunaan MgCl2........................................................................................................................................................................................................... 3 Sifat-Sifat Bahan Baku dan Produk pada kondisi 250C, 1 atm....................................................3 Proses-proses pembuatan Magnesium klorida ............................................................................5 1..............................................................................................................................................Pe mbuatan dari air laut dan kapur (Ca(OH)2) .......................................................................5 2..............................................................................................................................................Pe mbuatan dari Dolomite dan Air Laut .................................................................................6 3..............................................................................................................................................Pe mbuatan dari Bittern ..........................................................................................................6 4..............................................................................................................................................Pe mbuatan dari Carnallitte .....................................................................................................6 5..............................................................................................................................................Pe mbuatan dari Air Garam Bawah Tanah ..............................................................................6 6..............................................................................................................................................Pe mbuatan dari Magnesium Hidroksida ................................................................................7 7..............................................................................................................................................Pro ses Pembuatan dan Mekanisme Reaksi ..............................................................................8 Seleksi Proses ..............................................................................................................................8 Deskripsi Proses ..........................................................................................................................9 Tinjauan Thermodinamika ..........................................................................................................9 Tinjauan Kinetika ........................................................................................................................10 Langkah Proses dan Diagram Alir ..............................................................................................12 Daftar pustaka .............................................................................................................................15



2



Latar Belakang Dalam ilmu kimia, garam adalah senyawa ionik yang terdiri dari ion positif (kation) dan ion negatif (anion), sehingga membentuk senyawa netral (tanpa bermuatan). Garam terbentuk dari hasil reaksi asam dan basa. Larutan garam dalam air merupakan larutan elektrolit, yaitu larutan yang dapat menghantarkan arus listrik. Cairan dalam tubuh makhluk hidup mengandung larutan garam, misalnya sitoplasma dan darah. Garam meja yatu jenis garam lain yang kurang populer penggunaannya di Indonesia biasanya disebut sebagai salt low sodium (garam rendah natrium) merupakan garam dengan kandungan NaCl yang lebih rendah daripada garam konsumsi biasa. Garam ini mempunyai komposisi terdiri dari campuran Nacl, MgCl2, dan KCl dengan perbandingan tertentu. Susunan utama garam meja tersusun dari MgCl 2. Oleh karena itu garam meja bisa disebut garam Magnesium klorida. Kegunaan MgCl2 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.



Bahan tambahan pada industri tekstil, kertas, fireproofing agent, dan semen. Bahan aplikasi medis, yaitu sebagai anestesi pada spesies crustacea. Sebagai koagulan dalam pembuatan tahu dari susu kedelai di Cina dan Jepang. Mencegah pembekuan air di jalan pada saat musim dingin. Mengendalikan erosi debu pada industri tambang. Bahan penyimpanan hidrogen Menurunkan kolestrol dan trigliserida pada tubuh. Mempertahankan alkalinitas di dalam air laut



Sifat-Sifat Bahan Baku dan Produk pada kondisi 250C, 1 atm. 1.



Magnesium Hidroksida Sifat fisik Rumus molekul : Mg(OH)2 3



Massa molekul : 58,32 g/mol System kristal : Hexagonal Densitas : 2,36 g/cm3 Warna : Tidak berwarna Titik lebur : 350 0C Sifat kimia : - Mudah larut dalam HCl - Tidak larut dalam air - Mudah larut dalam garam-garam ammonium - Tidak bereaksi dengan HCl jika pada Mg(OH)2 terdapat garam-garam ammonium (Vogel, 1979) 2. Asam Klorida Sifat fisik : Rumus molekul : HCl Massa molekul : 36,5 gr/mol Warna : Tidak berwarna Titik didih : -85 0C Titik Beku : -114 0C Sifat kimia : - Larut dalam air - Larut dalam alkohol - Larut dalam eter - Melarutkan magnesium hidroksida 3. Kalsium oksida Sifat fisik : Rumus molekul : CaO Massa molekul : 56.077 g/mol Titik didih : 2850 °C (3123 K) Titik Beku : 2572 °C (2845 K)



4



4. Magnesium klorida Sifat fisik Rumus molekul : MgCl2 Massa molekul :



95,211 g/mol (anhidrat) 203,31 g/mol (hexahidrat)



Warna : Putih atau kristal padat tidak berwarna Densitas : 2,32 g/cm3 (anhidrat) 1,56 g/cm3 (hexahidrat) Titik lebur : 714 0C Titik didih : 1412 0C Kelarutan didalam air : 54,3 g/100 ml (200C) Sifat kimia : - Larut dalam air dan alkohol - Mudah terbakar - Cukup Mengandung racun - Rumus Bangun :



Mg



C C l l - Reaksi Pembentukan : Mg(OH)2 (s) + 2 HCl → MgCl2 (aq) + 2 H2O (l) - Reaksi Hidrolisa : MgCl2 (l) → Mg (l) + Cl2 (g) Sumber : (www. Wikipedia.com,1998) Proses-proses pembuatan Magnesium klorida 1. Pembuatan dari air laut dan kapur (Ca(OH)2) Sebagai bahan baku utama pembuatan magnesium klorida dipilih air laut, kapur dan asam klorida. Garam magnesium yang terkandung didalam air laut dimanfaatkan untuk memperoleh magnesium hidroksida pada temperatur 45 0C dan tekanan 1 atm dengan cara mereaksikan air laut dengan kapur, kemudian magnesium hidroksida dipisahkan dari larutannya dan direaksikan dengan HCl menghasilkan magnesium klorida. Dari proses ini 5



dihasilkan magnesium klorida heksahidrat yang kemudian didehidrasi menghasilkan magnesium klorida anhidrat. (Kirk-Othmer, 1964) 2. Pembuatan dari Dolomite dan Air Laut Pada proses ini, Dolomite digunakan sebagai bahan untuk menyediakan magnesium hidroksida pada temperatur 480C dan tekanan 1 atm. Proses selanjutnya sama dengan proses pembuatan magnesium klorida dari air laut. Pabrik yang menggunakan teknologi ini adalah Moss Landing California milik Kaiser Chemical Division. Di Pascagoula, Missisipi, Corning Glass Work membuat garam magnesium dari sumber yang sama.(Kainer, 2003) 3.



Pembuatan dari Bittern Bittern adalah larutan sisa proses pembuatan garam dari air laut dengan menggunakan energi matahari. Dalam proses pembuatan garam, komponen yang diambil dari air laut adalah natrium klorida. Perlakuan yang diterapkan pada bittern untuk memperoleh magnesium klorida ini sama dengan perlakuan yang diterapkan pada air laut seperti pada penjelasan sebelumnya. Perbedaan yang ada adalah kandungan magnesium yang terdapat dalam bittern lebih besar dibandingkan dengan kandungan magnesium yang terdapat didalam air laut , komposisi bittern sebesar 18,4 % CaCl 2, 30,1 % MgCl2, 3,73 % NaCl dan komposisi air laut sebesar 18,4 % CaCl2, 28,1 % MgCl2, 26,8 % NaCl.



4. Pembuatan dari Carnallitte Carnallitte adalah salah satu mineral magnesium yang banyak terdapat di kerak bumi. Proses utama yang terjadi pada pembuatan magnesium klorida dari carnallite (KCl MgCl 2 6H2O) pada temperatur 46 0C dan tekanan 1 atm adalah dekomposisi KCl dari mineral Carnalitte dengan cara pemanasan. Dari proses ini akan diperoleh larutan MgCl2 28 %. Proses selanjutnya adalah menaikkan konsentrasi MgCl2 dan menghilangkan pengotor yang masih ada dengan cara evaporasi. Logam besi yang masih terdapat didalam larutan dapat dipisahkan dengan cara oksidasi dengan menggunakan KCl pada akhir evaporasi dilanjutkan dengan pemisahan menggunakan Ca(OH)2. (Ettouney, 2002) 5. Pembuatan dari Air Garam Bawah Tanah Proses ini sedang dikembangkan oleh Dow Chemical Co. yaitu dengan menggunakan air garam bawah tanah di Michigan dengan komposisi 20,7 % CaCl 2, 3,9 % MgCl2, 5,73 % NaCl pada temperatur 42 0C dan tekanan 1 atm . Proses ini diawali dengan menambahkan 6



sedikit bromine dan chlorine kedalam air garam. Setelah itu Mg(OH) 2 diendapkan dengan slaker dolomite. Larutan Mg(OH)2 yang dihasilkan diendapkan, disaring dan dicuci untuk menghasilkan lumpur yang mengandung 45 % Mg(OH)2, selanjutnya magnesium hidroksida direaksikan dengan HCl untuk menghasilkan MgCl2. Metode lain untuk memperoleh magnesium klorida dari air garam ini adalah dengan pengendapan menggunakan kalsium hidroksida dan karbonasi lumpur hasil proses dengan karbon dioksida untuk membentuk magnesium klorida dan magnesium karbonat. Selanjutnya magnesium klorida dengan magnesium karbonat dipisahkan. (Ettouney, 2002) 6. Pembuatan dari Magnesium Hidroksida Magnesium hidroksida terdiri dari Fe2O3, SiO2, CaO untuk membentuk produk magnesium klorida.. Dari proses ini dihasilkan magnesium klorida heksahidrat yang kemudian didehidrasi menghasilkan magnesium klorida anhidrat seperti terlihat pada tabel 2.3 dibawah ini. Tabel 2.2 Reaksi yang terjadi selama dehidrasi MgCl2.6H2O No 1 2 3 4



Range Temperatur 95-115 0C 0



135-180 C 0



185-230 C >230 0C



Reaksi MgCl2.6H2O MgCl2.4H2O + 2H2O MgCl2.4H2O MgCl2.2H2O + 2H2O MgCl2.4H2O MgOHCl + HCl +2H2O MgCl2.2H2O MgCl2.H2O + H2O MgCl2.4H2O MgOHCl + HCl +2H2O MgCl2.H2O MgCl2 + H2O MgCl2.4H2O MgOHCl + HCl



( Sumber : Kirk-Othmer, 1964) Cara ini sudah diterapkan di Dow Chemical Co di Freepot dan Velasco, Texas oleh Marine Magnesium Product Co di San Fransisco Selatan. Pembuatan magnesium klorida di Dow Chemical Co dilakukan dengan menambahkan magnesium hidroksida dengan HCl 10% untuk memperoleh magnesium klorida. Selanjutnya magnesium klorida dipekatkan dengan cara evaporasi melalui pemanasan langsung. Hasil akhir adalah magnesium klorida 50% dengan temperatur 120 0C pada tekanan 1 atm . 7. Proses Pembuatan dan Mekanisme Reaksi 7



Pembuatan garam meja yang berasal dari senyawa magnesium pada air laut sudah lama dilaksanakan di Jerman. Hasil penelitian kimia dan fisika, International Minerals and Chemical Corp. adalah pembuatan magnesium klorida dari langbeinit dengan mengeluarkan kristal kranalit (KCl.MgCl2.6H2O). Garam rangkap ini kemudian diuraikan sehingga menghasilkan magnesium klorida. Senyawa magnesium dapat diperoleh dari air laut oleh karena magnesium hidroksida sukar larut di dalam air. Keberhasilan mendapatkan senyawa magnesium dari proses tersebut bergantung pada 1. Cara melunakkan air laut yang murah, biasanya dengan gamping atau dolomit kalsinasi. 2. Pembuatan bubur gamping murni atau dolomit dengan sifat-sifat tertentu 3. Pengeluaran endapan hidroksida secara ekonomis dari sejumlah besar air. 4. Pemurnian endapan hidro secara murah 5. Pengembangan cara penyaringan lendir Air laut merupakan sumber utama bagi magnesium dan kalsium. Dalam setiap m3 air laut diperkirakan terdapat 5.443.080 kg magnesium dan 1.723.642 kg kalsium (Kirk dan Othmer, 1967). Senyawa magnesium yang terdapat dalam air laut umumnya adalah MgCl 2 dan MgSO4 sedangkan senyawa kalsium adalah CaSO4. Seleksi Proses Pada prarancangan pabrik pembuatan magnesium klorida ini, proses yang dipilih adalah pembuatan magnesium klorida dari magnesium hidroksida yang direaksikan dengan HCl untuk menghasilkan MgCl2. Alasan pemilihan ini karena produk yang dihasilkan menghasilkan kemurnian produk yang lebih tinggi. Hal ini sesuai dengan proses Dow dimana reaksinya dapat ditunjukkan sebagai berikut : Mg(OH)2 (s) + 2 HCl (aq) MgCl2 (aq) + 2 H2O (l) Magnesium klorida ini juga dapat dibuat dari magnesium karbonat dengan reaksi yang sama. (Sumber : www. Wikipedia.com,1998) Karena beberapa alasan tersebut maka proses inilah yang dipilih dalam perancangan pabrik ini.



Deskripsi Proses 8



Mula-mula, ion Magnesium yang terdapat di air laut di presipitasi sebagai Magnesium hidroksida dengan menambahkan slaked lime, atau Ca(OH)2 pada air laut. Kemudian Magnesium hidroksida dipisahkan, dan direaksikan dengan Asam klorida untuk mendapatkan MgCl2. Proses ini dikenal dengan nama Dow Process. Reaksi: Mg(OH)2 (s) + 2 HCl (aq) MgCl2 (aq) + 2 H2O (l) Pada temperatur 50oC, tekanan 1 atm. Konversi 64 % Tinjauan Thermodinamika Reaksi: Mg(OH)2 (s) + 2 HCl (aq) MgCl2 (aq) + 2 H2O (l) Diketahui data-data sebagai berikut: ΔH298 Mg(OH)2 (s)



: -223,9 kcal/mol



Cp: 18,2



ΔH298 HCl (aq)



: -39,85 kcal/mol



Cp: 6,7+0,00084T



ΔH298 MgCl2 (aq)



: -189,76 kcal/mol



Cp: 17,3+0,00377T



ΔH298 H2O (l)



: -68,3178 kcal/mol



Cp: 4,1840



ΔHReaksi= ∑ΔH298 + ∑m ∫Cp dT ΔHReaksi= (ΔH298 Mg(OH)2 (s) + 2 ΔH298 HCl (aq)) - (ΔH298 MgCl2 (aq) + 2 ΔH298 H2O (l)) + ∑ m ∫Cp dT ΔHReaksi= 4307,74 kcal/mol Dari hasil perhitungan ΔH reaksi pada suhu 50oC 1 atm di atas, diperoleh ΔH reaksi = 4307,74 kcal/mol. Reaksi termasuk eksotermis. Diketahui data-data sebagai berikut: ΔG298 Mg(OH)2 (s)



: -193,3 kcal/mol



ΔG298 HCl (aq)



: -31,33 kcal/mol



ΔG298 MgCl2 (aq)



: -143,77 kcal/mol



ΔG298 H2O (l)



: -56,6899 kcal/mol



ΔGReaksi= ∑ΔG298 produk - ∑ΔG298 reaktan ΔGReaksi= (ΔG298 Mg(OH)2 (s) + 2 ΔG298 HCl (aq)) - (ΔG298 MgCl2 (aq) + 2 ΔG298 H2O (l)) ΔGReaksi= -1,1898 kcal/mol



9



Konstanta kesetimbangan reaksi pada suhu 25oC dapat dihitung, dengan:   G  K  exp   RT 



  1,1898 cal   mol K  exp   1,987 cal o  o mol K  298 K  







K  exp 2,009  10 3







K  1,002



Pada konsidi operasi (50oC, 1 atm):  H  K   R  K'



ln



 1 1     T T'



 4307,73  1 1   1,002       1,987  298 323   K' 



ln



K '  1,759



Dari perhitungan tersebut, diketahui bahwa reaksi bersifat irreversible. Tinjauan Kinetika Tinjauan kinetika ini bertujua untuk mengetahui harga konstanta kecepatan reaksi pembentukan magnesium chloride, yag dapat diprediksi dengan persamaan berikut : 1. Persaman Arhenius:



Dengan : k



= Konstanta kecepatan reaksi



A



= Faktor frekuensi tumbukan,17.9kJ/mol



Ea



= Energi aktivasi,13.5kJ/mol



R



= Konstanta gas ideal, 8.314 J/mol K



T



= Suhu, 323 K



Dari persamaan diatas, harga A, Ea, R adalah tetap, sehingga harga k hanya dipengaruhi oleh suhu, dengan kenaikan suhu maka kecepatan reaksi akan semakin besar, pembentukan 10



MgCl2 juga makin besar (konversi makin besar). Dari pertihungan menggunakan persamaan arhenius diatas, didapat harga k = 1,6789. Karena harg k> 1, maka reaksi bersifat irreversible. 2. Kecepatan reaksi : ra = k Cam Cb n Molaritas : Hubungan dengan laju rekasi adalah, semakin besar molaritas maka semakin cepat suatu reksi berlangsung.Dengan demikian pada molaritas yang rendah suatu reasi akan berjalan lebih lambat daripada molaritas yang tinggi. Konsentrasi : Naiknya konsentrasi maka naik pula kecepatan reaksinya. Artinya semakin tinggi konsentrasi maka semakin banyak molekul reakan yang tersedia dengan demikian kemungkinan bertumbukan akan semakin banyak juga sehingga kecepatan reaksi meningkat *Hubungan antara nilai konstanta reaksi (k) dengan konversi (XA), dapat diperoleh dari rumus sebagai berikut :



11



Dengan data percobaan yang diperoleh melalui rumus hubungan antara nilai konstanta kecepatan reaksi (k) dengan konversi (XA) dan diasumsikan t (waktu) berlangsung 60 menit dapat diperoleh grafik sebagai berikut :



Langkah Proses dan Diagram Alir Mula-mula Magnesium Hidroksida padat 98% (aliran1) dalam tangki penyimpanan (F-101) dialirkan ke reaktor (R-201) melalui elevator yang beroperasi 50 C dan tekanan 1 bar dengan 0



penambahan HCl 10 % dalam tangki HCl 10% (F-103) dengan perbandingan mol 1:2 (Anonim, 2001a), disini impurity seperti CaO, Fe2O3, SiO2 tidak ikut larut dengan penambahan asam klorida encer tersebut (Vogel, 1979) sehingga terbentuk magnesium klorida dengan konversi 94,5%, dengan reaksi sebagai berikut : Mg(OH)2(s) + 2 HCl(aq) MgCl2(aq) + 2 H2O(l) Umpan dialirkan ke filter press (H-301) untuk memisahkan padatan dan cairan. Setelah padatan dipisahkan, diumpankan ke tangki pencampur (M-302) yang digunakan untuk melarutkan MgCl2 yang tersisa dengan penambahan air, lalu dialirkan ke filter press (H-303) untuk mendapatkan MgCl2 yang dilarutkan oleh air. Sisa padatan (alur 13) dialirkan ke tanki penampung (F-304). Aliran cairan yang keluar dari filter press 2 (aliran 8 dan 12) diumpankan ke evaporator 1 (V401) dengan temperatur 230 0C dan tekanan 5,4 bar sehingga HCl dan air teruapkan, kemudian HCl dan air yang teruapkan (aliran 15) dikondensasikan pada kondensor (E-403) dan aliran HCl dan air tersebut dinetralkan pada perlakuan pengolahan limbah. Selanjutnya cairan yang keluar dari



12



evaporator 1 (aliran 16) diumpankan ke evaporator 2 (V-404) pada temperatur 250 0C pada tekanan 3,6 bar yang uap panasnya digunakan kembali untuk memanaskan reaktor. Cairan yang berasal dari evaporator 2 (aliran 19) dialirkan ke spray drier (D-601) dengan temperatur 263,78 0C dengan menggunakan gas HCl dan udara panas dengan temperatur 320 0C (aliran 20) . Produksi gas HCl mula-mula dari tangki HCl 37 % (F-105) dialirkan ke flash drum (D501) dengan suhu 34 0C dengan tekanan 5 bar sehingga terpisah dua aliran. Aliran bawah yang berupa cairan dinetralkan pada perlakuan pengolahan limbah, aliran atas berupa gas HCl dan uap air serta udara yang berasal dari blower (G-503) bersama-sama dengan gas HCl recycle yang berasal dari adsorber (D-701) dialirkan ke furnace (Q-602) dimana temperatur aliran meningkat menjaci 320 0C



yang dialirkan ke spray drier (aliran20). Produk pembakaran (aliran gas) yang dihasilkan furnace digunakan untuk



memanaskan evaporator 1 dan evaporator 2 Aliran gas dan padatan yang berasal dari spray drier dialirkan ke cyclone 1 (B-604) dan cyclone 2 (B-605),aliran gas dialirkan ke adsorber untuk di recycle ke spray drier yang sebelumnya dipanaskan didalam furnace (aliran 26) dan adsorber yang diregenerasi untuk menghilangkan air dan HCl yang tertinggal didalam. . Padatan yang keluar dari kedua cyclone (aliran 23 dan 25) didinginkan oleh udara yang bertujuan menurunkan suhu MgCl 2 padatan, lalu dialirkan ke Tanki penyimpan MgCl2 (F-802) yang merupakan produk dari MgCl2 yang siap untuk dipasarkan.



13



F-103



F-101



1



R-201



H-301



M-302



8



E-403



15



H-303 12



13 F-304



V-401



G 503 V-404



F-105 D-501



Q-602



20



19 D-601



B-604



B-605 25



23 F-802



Diagram Alir Proses



14



DAFTAR PUSTAKA



Hydrogen chloride. http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_chloride (24/05/2011) Magnesium chloride. http://en.wikipedia.org/wiki/MgCl2 (24/05/2011) Magnesium hydroxide. http://en.wikipedia.org/wiki/Mg%28OH%292 (24/05/2011) Perry, Robert H. 1997. Perry’s Chemical Engineering Handbook, 7th edition. New York: Mc. Graw Hill Book. Properties



of



Magnesium



Chloride.



http://www.ehow.com/about_5063749_properties-



magnesium-chloride.html (16/05/2011) Robinson,



Allan.



2010.



How



to



Make



Magnesium



Chloride



Flakes.



http://www.ehow.com/how_5598497_make-magnesium-chloride-flakes.html (16/05/2011) Sitahang, S.L. 2010. Pra Rancangan Pabrik. Sumatra Utara: Universitas Sumatra Utara. (http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16979/4/Chapter%20II.pdf.) Tutor Vista. Magnesium. http://www.tutorvista.com/content/chemistry/chemistry-iii/s-blockelements/magnesium.php (24/05/2011) http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1471531701000049



15



16