pembuatan belerang & asam sulfat (endah ys_2013437030)

PEMBUATAN BELERANG DAN ASAM SULFAT

Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah

Proses Industri Kimia Anorganik

Disusun oleh :

Nama : Endah Yunita Sari

NIM : 2013437030

Dosen Pengajar :

Dr. Ir. Tri Yuni Hendrawati, MSc.

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH JAKARTA

2014

1

PEMBUATAN BELERANG

1. Pengertian Sulfur

Belerang atau sulfur adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang S

dan nomor atom 16. Belerang merupakan unsur non-logam yang tidak berasa. Belerang,

dalam bentuk aslinya, adalah sebuah zat padat kristalin kuning. Di alam, belerang dapat

ditemukan sebagai unsur murni atau sebagai mineral-mineral sulfida dan sulfat. Belerang

adalah unsur penting untuk kehidupan dan ditemukan dalam 2 asam amino.

Belerang atau sulfur di alam terdapat sebagai senyawa dan unsur bebas. Belerang juga

memiliki alotropi yaitu belerang rombis dan monoklin. Belerang rombis pada suhu kamar

lebih stabil yaitu dalam bentuk molekul S8. Bila belerang rombis dipanaskan di atas 120°C

kemudian didinginkan perlahan-lahan akan terbentuk kristal belerang monoklin.

2. Sifat dan Karakteristik Sulfur

Belerang (sulfur) adalah unsur non-logam multivalen, berlimpah, tidak berasa, dan

tidak berbau.

Dalam bentuk alami, belerang berbentuk kristal padat berwarna kuning. Meskipun

belerang terkenal karena baunya yang mirip telur busuk, bau ini sebenarnya berasal dari gas

hidrogen sulfida (H2S), bukan dari belerang murni.

Belerang memiliki kristalografi kompleks. Tergantung pada kondisinya, alotrop

belerang membentuk beberapa struktur kristal yang berbeda.

a. Sifat Fisika

Nomor atom : 16

Massa : 32,064

Konfigurasi elektron : 3s2 3p

4

2

Jurusan P2K Teknik Kimia

Universitas Muhammadiyah Jakarta


Proses Pembuatan Belerang dan Asam Sulfat

Titik beku : 1119oC

Titik didih : 444,6oC

Kerapatan : 2,06

Potensial elektron : -0,48

Berat jenis : 2,05 – 2,09

Kekerasan : 1,5 – 2,5 ( skala mohs )

Titik lebur : 129oC

b. Sifat Kimia

Sifat atom

Struktur Kristal orthorhombic

Bilangan oksidasi -1, ±2, 4, 6 (oksida asam kuat)

Keelektronegatifan 2.58 (skala pauling)

Energi ionisasi Pertama 999.6 kJ/mol,

Kedua :2252 kJ/mol,

Ketiga :3357 kJ/mol

Jari-jari atom 100 pm

Jari-jari atom (terhitung) 88 pm

Jari-jari kovalen 102 pm

Jari-jari vander waals 180 pm

Belerang merupakan unsur khalkogen. Keelektronegativannya lebih rendah dari

keelektronegativan oksigen, senyawa ini menunjukkan derajat ion yang lebih rendah

dan kenaikan derajat kekovalenan ikatan dan akibatnya derajat ikatan hidrogennya

menjadi lebih kecil. Unsur belerang mempunyai banyak alotrop yang mencerminkan

kemampuan katenasi atom belerang. Belerang tidak larut dalam air tetapi mudah larut

3





dalam pelarut organik misalnya CS2, CCl4, dan toluena. Apabila belerang dibakar

apinya berwarna biru dan menghasilkan gas-gas SO2 yang berbau busuk.

3. Kegunaan Sulfur

a. Sebagai bahan baku pembuatan asam sulfat H2SO4 (Proses Kontak dan Proses

Kamar Timbal).

b. Digunakan dalam baterai, deterjen, fungisida, pupuk, bubuk mesiu, korek api, dan

kembang api.

c. Untuk membuat beton tahan korosi yang memiliki kekuatan besar, untuk pelarut,

serta digunakan dalam industri kimia dan farmasi.

4. Sumber Belerang dan Cara Memperolehnya

a. Proses Farch

Belerang dialam terdapat dalam keadaan bebas dan dalam keadaan bentuk

senyawanya.

Cara frasch adalah mengambil belerang dari deposit belerang di bawah tanah,

pompa frasch dirancang oleh Herman Frasch dari Amerika Serikat tahun 1904.

Penambangan belerang dengan metode ini dilakukan untuk endapan belerang yang

ditutupi oleh lapisan tanah yang sangat tebal. Penambangan dengan cara ini dilakukan

dengan menginjeksikan air panas ( + 160 o

C ) kedalam pipa yang akan digunakan. Air

panas ini berfungsi untuk melarutkan belerang dari endapan kubah garam atau

sejenisnya pada kedalaman antara 150 - 170 m.

4





Dasar pengambilan sulfur menurut proses ini adalah pencairan sulfur di bawah

tanah / laut dengan air panas, lalu mamompanya ke atas permukaan bumi. Untuk

maksud itu digunakan 3 pipa konsentris 6”, 3”, dan 1”. Air panas (325oC) dipompakan

ke dalam batuan S melalui bagian pipa 6”, sehingga S akan meleleh (235oF). Lelehan S

yang lebih berat dari air akan masuk ke bagian bawah antara pipa 3” dan 1”, dan

dengan tekanan udara yang dipompakan melalui pipa 1”, air yang bercampur dengan S

akan naik ke atas sebagai “crude S”, untuk kemudian diolah menjadi “crude bright”

atau “refined S”.

b. Pengambilan S dari Sulfida

S dapat pula diambil dari batuan sulfida atau sulfat, seperti pyrite FeS2,

chalcopyrite CuFeS2, covelita CuS, galena PbS, Zn blende ZnS, gips CaSO4, barire

BaSO4, anglesite PbSO4, dan lain – lain.

c. Pengambilan Belerang dari Gas buang

Belerang diperoleh dari flue gas asal pembakaran batu bara atau penyilangan

minyak bumi, yang tidak boleh dibuang ke udara karena dapat menimbulkan

pencemaran. Gas-gas tersebut terlebih dahulu diabsorpsi dengan menggunakan

5





etanolamin, kemudian dipanaskan kembali untuk mendapatkan gasnya kembali untuk

diproses lebih lanjut. Reaksi yang terjadi sebagai berikut :

HOCH2CH2NH2(l) + H2S(g) ⇆ HOCH2CH2NH3+ + HS-

Setelah dipisahkan, campuran kemudian dipanaskan sehingga H2S dilepaskan

sebagai gas. Gas ini kemudian dicampur dengan gas oksigen untuk membakar sepertiga

H2S menjadi gas SO2 dan air. Gas SO2 bereaksi dengan H2S sisa membentuk belerang

dan air.

2H2S + 3O2→ 2SO2 + 2H2O4H2S + 2SO2 → 6S + 4H2O

d. Pengambilan Sulfur Alamiah dari deposit gunung berapi (Indonesia)

Deposit S di gunung berapi dapat berupa batuan, lumpur sedimen atau lumpur

6





sublimasi, kadarnya tidak begitu tinggi (30 – 60 %) dan jumlahnya tidak begitu banyak

(600 – 1000 juta ton, total).

Di gunung Talaga Bodas di dapat dalam bentuk lumpur dengan kadar S (30-70 %)

dan jumlah deposit 300 juta ton.

Tempat-tempat lainnya adalah : kawah Ijen, Gunung Welirang, Gunung Dieng

dan Gunung Tangkuban Perahu. Untuk pemanfaatan sumber alam ini diperlukan

peningkatan kadar S terlebih dahulu, antara lain dengan cara flotasi dan benefication.

Dalam flotasi dilakukan penambahan air dan „frother‟ sehingga S akan terapung dan

dapat dipisahkan. Sedangkan dalam „benefication process‟ S setelah ditambahkan air

dan reagen-reagen dipanaskan dalam autoclave selama ½ - ¾ jam pada 3 atm, setiap

partikel-partikel kecil S terkumpul, kemudian dilakukan pencucian dengan air untuk

menghilangkan tanah, lalu dipanaskan kembali dalam autoclave sehingga S terpisah

sebagai lapisan S dengan kadar 80-90 %.

e. Pembentukan dengan Ion Tiosulfat

Ion tiosulfat mirip ion sulfat namun salah satu atom oksigen diganti dengan atom

belerang. Ion tiosulfat tidak stabil oleh pemanasan dan mengalami disproporsionasi

menjadi tiga spesies dengan tingkat oksidasi belerang yang berbeda-beda yaitu sulfat,

sulfida, dan belerang menurut persamaan reksi :

4 Na2S2O3(s) → 3 Na2SO4(s) + Na2S(s)+ 4 S(s)

Tiosulfat bereaksi dengan asam membentuk endapan kuning belerang dan gas

belerang dioksida menurut persamaan reaksi:

S2O32-

(aq) +2 H3O+ (aq) → H2S2O3 (aq)+ 2 H2O (l)

H2S2O3 (aq) → H2O (l)+ S (s) + SO2(g)

7

PEMBUATAN ASAM SULFAT

1. Pengertian Asam Sulfat

Asam sulfat, H2SO4, merupakan asam mineral (anorganik) yang kuat. Zat ini larut

dalam air pada semua perbandingan. Asam sulfat mempunyai banyak kegunaan dan

merupakan salah satu produk utama industri kimia. Asam sulfat adalah zat cair kental, tak

berwarna, bersifat sangat higroskopis. Asam sulfat dapat menarik hidrogen dan oksigen dari

senyawanya dengan perbandingan 2 : 1.

2. Sifat Fisik dan Kimia Asam Sulfat

Keadaan fisik : cair (tebal cair berminyak)

Rasa : rasa asam marked

Berat molekul : 98,08 g/mol

Warna : tidak berwarna

pH : asam

Titik didih : 270⁰C (518⁰F)

Titik leleh : -35⁰C (-31⁰F)

Berat jenis cairan : 1,84

Tekanan uap : tidak tersedia

Kelarutan : mudah larut dalam air dingin

3. Kegunaan Asam Sulfat

http://id.wikipedia.org/wiki/Hidrogen

http://id.wikipedia.org/wiki/Belerang

http://id.wikipedia.org/wiki/Belerang

http://2.bp.blogspot.com/-BKPiWVKtt7s/Up66kefzZdI/AAAAAAAAATo/vwRqJw8tcuQ/s1600/asamsulfattangki.jpg

8





Beberapa manfaat asam sulfat adalah untuk pembuatan pupuk, di antaranya pupuk

superfosfat, detergen, cat kuku, cat warna, fiber, plastik, industri logam, dan pengisi aki.

Asam sulfat kuat 93% sampai dengan 99% digunakan untuk pembuatan berbagai bahan kimia

nitrogen, sintesis fenol, pemulihan asam lemak dalam pembuatan sabun, pembuatan asam

fosfat, dan tripel superfosfat. Oleum (H2S2O7) digunakan dalam pengolahan minyak bumi,

TNT (trinitrotoluena), dan zat warna serta untuk memperkuat asam lemah.

4. Proses Pembuatan Asam Sulfat

a. Pembuatan H2SO4 dengan proses Timbal (Pb)

Pada tahun 1746, Roebuck dari Birmingham Inggris, memperkenalkan proses

kamar timbal. Proses ini menarik, namun sudah kuno. Gas SO2 dan NO dimasukkan ke

menara Glover bersamaan dengan gas-gas dari menara Gay Lussac, gas yang keluar

dari menara Glover dimasukkan ke dalam kamar timbal dan disemprotkan dengan air

sehingga menghasilkan asam sulfat 60-67%. Hasil ini sebagian dikembalikan ke

menara Glover yang akan menghasilkan asam 77%. Asam ini sebagian dimasukkan ke

dalam menara Gay Lussac untuk menyerap gas-gas NO dan NO2 (katalisator). Gas

yang terserap ini dimasukkan kembali ke menara Glover kamar timbal berbentuk

silindris volumenya cukup luas. Permukaan dalamnya dilapisi timbal tipis dan disekat-

sekat agar panas dapat ditransfer dengan baik, dinding bagian luar diberi sirip-sirip.

Sehingga di dalam menara ini terjadi pengembunan uap asam sulfat. Menara Gay

Lussac berfungsi untuk memungut kembali katalisator gas NO dan NO2 di kamar

timbal dengan menggunakan asam sulfat 77%. Penyerapan dilakukan pada suhu rendah

9





antara 40-60°C. Menara Glover bertugas memekatkan hasil asam sulfat dari kamar

timbal. Pemekatan panas ini perlu panas dan ini dapat diambil dari panas yang dibawa

GHP (gas hasil pembakaran) belerang (400-600°C).

Proses tersebut menggunakan ruang reaktor yang dindingnya dilapisi timbal ( Pb )

oleh sebab itu dinamakan proses kamar timbal / bilik timbal. Bahan baku dalam proses

ini sama seperti pada proses kontak yaitu gas SO2. Katalis yang digunakan pada proses

ini ialah gas NO dan NO2.

Reaksi yang terjadi:

2S(s) + 2 O2(g) → 2 SO2(g)

2 SO2(g) + 2 NO2(g) → 2 SO3(g) + 2 NO(g)

Gas NO dialirkan ke suatu tempat reaksi ( reaktor ) dan dioksidasi kembali

menjadi NO2.

2 NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)

Gas SO3 di kamar timbal direaksikan dengan air yang disemprotkan.

SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(l)

Kepekatan H2SO4 yang dihasilkan kira-kira 62,5 % dan dipekatkan lagi hingga 77,6 %

10





b. Pembuatan H2SO4 dengan Proses Kontak

Proses kontak pertama kali ditemukan pada tahun 1831 oleh Peregrine Philips,

seorang negarawan Inggris, yang patennya mencakup aspek-aspek penting dari proses

kontak yang modern, yaitu dengan melewatkan campuran sulfur dioksida dan udara

melalui katalis, kemudian diikuti dengan absorbsi sulfur trioksida di dalam asam sulfat

98,5 – 99%. Pada tahun 1889 diketahui bahwa proses kontak dapat ditingkatkan dengan

menggunakan oksigen berlebihan di dalam campuran gas reaksi. Proses kontak

sekarang telah banyak mengalami penyempurnaan dalam rinciannya dan dewasa ini

telah menjadi suatu proses industri yang murah, kontinyu dan dikendalikan otomatis.

Sampai tahun 1900, belum ada pabrik dengan proses kontak yang dibangun di Eropa, di

mana terdapat kebutuhan terhadap oleum dan asam konsentrasi tinggi untuk digunakan

pada sulfonasi, terutama pada industri zat warna. Dalam periode 1900 sampai 1925,

banyak pabrik asam sulfat dengan proses kontak telah dapat bersaing dengan proses

kamar pada segala konsentrasi asam yang dihasilkan. Sejak pertengahan tahun 1920-an,

kebanyakan fasilitas yang baru dibangun dengan menggunakan proses kontak dengan

katalis hidrogen biasanya berupa zat padat, antara lain Pt, V2O5 dan Fe2O3. Katalis ini

berpori-pori sehingga cocok untuk pembuatan asam sulfat, karena memiliki bidang

kontak yang besar. Udara yang digunakan untuk membakar belerang dibersihkan

dahulu dengan asam sulfat dalam menara absorber, hasil pembakaran dibersihkan

11





dalam Waste Heat Boiler kemudian dimasukkan ke dalam konverter bersama O2, gas

hasil konverter atau reaktor dimasukkan ke dalam menara penyerap atau absorber.

Penyerap yang digunakan adalah asam sulfat 98,5%.

Bahan baku asam sulfat adalah gas SO2 yang diperoleh dengan pemanggangan

pirit atau pembakaran arang. Gas belerang dioksidasi yang terjadi dicampur dengan

udara dialirkan melalui katalisator kontak(V2O5) pada suhu ± 400 °C.

Dalam tanur kontak, gas SO2 + O2 diembuskan ke dalam tanur hingga

bersentuhan dengan lempenglempeng yang dilapis V2O5 dalam tanur tersebut sebagai

zat kontak.

Reaksi yang terjadi :

S(s) + O2(g) → SO2(g)

2 SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g) ΔH = - 98,3 KJ

Reaksi tersebut berlangsung hebat sekali dan menghasilkan asam sulfat yang

sangat korosif. Untuk mengatasi hal ini, gas SO3 dialirkan melalui menara yang di

dalamnya terdapat aliran H2SO4 pekat, sehingga terbentuk asam pirosulfat (H2S2O7)

atau disebut “oleum”. Asam pirosulfat direaksikan dengan air sampai menghasilkan

asam sulfat.

Sulfur trioksida diserap ke dalam 97-98% H2SO4 menjadioleum (H2S2O7), juga

dikenal sebagai asam sulfat berasap. Oleum kemudian diencerkan ke dalam air menjadi

asam sulfat pekat.

H2SO4 (l) + SO3(g) → H2S2O7 (l)

H2S2O7 (l) + H2O (l) → 2 H2SO4 (l)

Kondisi Proses dilakukan dalam suhu 500 C dan tekanan 1 atm. Tekanan

dilakukan pada 1 atm karena pada tekanan tinggi Asam sulfat yang dihasilkan sedikit.

12





Proses kontak. Sumber: Austin, Goerge T. E. Jasjfi. 1996.

DAFTAR PUSTAKA

http://kebaikanpembawaberkah.blogspot.com/2013/06/sejarah-dan-karakteristik-belerang.html

http://caesarvery.blogspot.com/2013/07/proses-pembuatan-asam-sulfat-h2so4.html

http://www.amazine.co/27072/belerang-s-fakta-sifat-kegunaan-efek-kesehatannya/

http://nurhidayatsnotes.blogspot.com/2013/12/industri-sulfur-dan-asam-sulfat.html

http://oktafianaoka.blogspot.com/2012/12/belerang.html

http://perpustakaancyber.blogspot.com/2013/08/cara-proses-pembuatan-belerang-sulfur.html

http://kebaikanpembawaberkah.blogspot.com/2013/06/sejarah-dan-karakteristik-belerang.html

http://caesarvery.blogspot.com/2013/07/proses-pembuatan-asam-sulfat-h2so4.html

http://www.amazine.co/27072/belerang-s-fakta-sifat-kegunaan-efek-kesehatannya/

http://nurhidayatsnotes.blogspot.com/2013/12/industri-sulfur-dan-asam-sulfat.html

http://oktafianaoka.blogspot.com/2012/12/belerang.html

http://perpustakaancyber.blogspot.com/2013/08/cara-proses-pembuatan-belerang-sulfur.html

pembuatan belerang & asam sulfat (endah ys_2013437030)

Documents