Muh Didik Setyawan1111096000019KatalisKimia 5A

Pembuatan Asam Sulfat dengan Proses Kontak (Katalis Vanadium Oksida V2O5)

Proses KontakProses kontak pertama kali ditemukan pada tahun 1831 oleh PeregrinePhilips, seorang negarawan Inggris, yang patennya mencakup aspekaspekpenting dari proses kontak yang modern, yaitu denganmelewatkan 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 yangdibangun di Eropa, di mana terdapat kebutuhan terhadap oleum dan asam konsentrasi tinggi untuk digunakan pada sulfonasi, terutama pada industri zat warna. Dalam periode 1900 sampai1925, 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 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 digunakanadalah asam sulfat 98,5%.

(Sherve, 1967)

Proses kontak pembuatan asam sulfat dapat menghasilkan H2SO4 dengan kepekatan yang berbeda-beda dari H2SO4 encer sampai oleum dan mutunya lebih tinggi,ruangan yang dibutuhkan tidak seluas pada proses kamar timbal (katalisatornya zat padat yaitu : Pt,Oleum,Va)

Proses Pembuatan Asam Sulfat Dapat dibagi Atas Beberapa Tingkatan

a. Pengambilan dan Pengolahan bahan dasar

Untuk membuat H2SO4 dibutuhkan 3 bahan dasar utama :

- Udara : merupakan sumber O2

- Air: mengembangkan H2 dan O2

- Belerang,senyawa-senyawa yang mengandung belerang : merupakan sumber belerang (S) dalam H2SO4

b. Pembuatan gas SO2c. Pembuatan gas SO3d. Pembentukan gas H2SO4

Pada proses kamar timbal,pembentukan SO3 dan H2SO4 terjadi bersama-sama pada tempat yang sama yaitu : menara glover dan kamar timbal. Tingkatan-tingkatan lainnya kecuali pembersih gas SO2 tidak ada perbedaannya dengan kedua proses.Proses kontak membutuhkan pembersihan dan penyaringan gas SO2 yang lebih sempurna agar katalisator yang dipakai tidak terlalu lekas rusak.Pada proses pembuatan H2SO4 masih dibutuhkan bahan-bahan lain yang umumnya tidak terlihat pada hasil akhir,termasukdiantaranya katalisator misal: ammonia,asam nitrat,platina,planadium. Penambahan bahan-bahan ini hanya untuk mengganti yang hilang selama proses berlangsung.The use of vanadium(V) oxide in the Contact ProcessDuring the Contact Process for manufacturing sulphuric acid, sulphur dioxide has to be converted into sulphur trioxide. This is done by passing sulphur dioxide and oxygen over a solid vanadium(V) oxide catalyst.

This example is slightly different from the previous ones because the gases actually react with the surface of the catalyst, temporarily changing it. It is a good example of the ability of transition metals and their compounds to act as catalysts because of their ability to change their oxidation stateThe sulphur dioxide is oxidised to sulphur trioxide by the vanadium(V) oxide. In the process, the vanadium(V) oxide is reduced to vanadium(IV) oxide.

The vanadium(IV) oxide is then re-oxidised by the oxygen

This is a good example of the way that a catalyst can be changed during the course of a reaction. At the end of the reaction, though, it will be chemically the same as it started.Pembuatan Amoniak (Proses Haber-Bosch)Frite Haber (186-1984) dari Jerman adalah orang yang mula-mula berhasil, mensintesa amoniak dari gas-gas nitrogen dan hidrogen, sehingga ia mendapat hadiah nobel tahun 1918. Proses pembuatan amoniak ini lalu disempurnakan oleh rekan senegaranya, Karl Bosch (1874-1940) yang juga meraih hadiah Nobel tahun 1931. Itulah sebabnya proses pembuatan amoniak dikenal sebagai proses Haber-Bosch.Reaksi yang berlangsung adalah:N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) + 22 k kalPada suhu biasa, reaksi ini berjalan lambat sekali. Jika suhu dinaikkan reaksi akan berlangsung jauh lebih cepat. Akan tetapi, penaikan suhu menyebabkan reaksi bergeser ke kiri sehingga mengurangi hasil NH3. Dengan memperhitungkan, faktor-faktor waktu dan hasil, maka suhu yang digunakan adalah 500oC.Untuk mempercepat tercapainya keseimbangan, dipakai katalis oksida-oksida besi. Agar reaksi bergeser ke kanan, tekanan yang digunakan haruslah tinggi. Tekanan 200 atm akan memberikan hasil NH3 15% tekanan 350 atm menghasilkan NH3 30% dan tekanan 1000 atm akan menghasilkan NH3 40%. Selama proses berlangsung, gas-gas nitrogen dan hidrogen terus-menerus ditambahkan ke dalam campuran apapun, sedangkan NH3 yang terbentuk harus segera dipisahkan dari campuran dengan cara menggemburkannya, sebab titik didih NH3 jauh lebih tinggi dari titik didih N2 dan H2O.Proses Haber Bosch merupakan proses yang cukup penting dalam dunia industri, sebab amoniak merupakan bahan utama dalam pembuatan berbagai barang, misalnya pupuk urea, asam nitrat dan senyawa-senyawa nitrogen lainnya. Amoniak juga sering dipakai sebagai pelarut, karena kepolaran amonia cair hampir menyamai kepolaran air.

Diagram alur dari proses Haber-bosch untuk sintesis amonia

Pembuatan Asam Nitrat dengan Proses Oswald (Katalis Platina/Rodium)Sifat-sifat Asam NitratAsam nitrat adalah cairan jernih tidak berwarna jika masih baru, akan menjadi kekuning-kuningan jika terkena cahaya atau sering terbuka botolnya karena sebagian kecil memecah :4 HNO3 2 H2O + 4 NO2 + O2Oleh karena itu harus selalu disimpan di dalam botol yang berwarna gelap (coklat, biru, hijau). Sebagai pengoksidasi harus ditangani secara hati-hati, jika tertumpah dapat membakar kertas, jerami atau kayu. Dapat meledak botolnya jika disimpan di tempat panas, uapnya beracun. HNO3 pekat memiliki kadar antara 50-75%. Asam nitrat berasap memiliki kadar 95% dan titik didih 86 oC.Proses pembuatan asam nitrat di industri dipelopori oleh Oswald (1901) dengan mengkonversi ammonia menjadi asam nitrat dengan membakar ammonia ditambah dengan katalis platina.

Pada proses ini dibutuhkan suhu tinggi, NH3 dengan penambahan katalis diubah menjadi NO, yang kemudian didinginkan dan dioksidasi oleh udara menghasilkan NO2. Nitrogen dioksida bereaksi dengan H2O untuk memproduksi HNO3 dan sedikit NO. NO diproduksi pada tahap 3 kemudian direcycle ke tahap 2.Metode Oswald Oksidasi amoniak dengan Pt sebagai katalis4 NH3 + 5 O2 4 NO + 6 H2O4 NO + 2 O2 4 NO24 NO2 + 2 H2O 2 HNO2 + 2 HNO3 (pada suhu rendah)2 HNO2 NO2 + NO + H2OPembuatan Margarin dengan Katalis Nikel / Platina.Margarin dapat dibuat dari lemak hewani, yakni salah satunya diproduksi dari lemak beef yang disebut oleo-margarine. Margarin sedikitnya mengandung 80% lemak dari total beratnya. Sisanya (kurang lebih 17-18%) terdiri dari turunan susu skim, air, atau protein kedelai cair. Dan sisanya 1-3% merupakan garam, yang ditambahkan sebagai flavor.Proses Pembuatan:1. Tahap Netralisasi Netralisasi adalah suatu proses untuk memisahkan asam lemak bebas dari minyak atau lemak dengan cara mereaksikan asam lemak bebas dengan basa atau pereaksi lainnya sehingga membentuk sabun (soap stock). Netralisasi dengan kaustik soda (NaOH) banyak dilakukan dalam skala industri, karena lebih efisien dan lebih murah dibandingkan dengan cara netralisasi lainnya.2. Tahap Bleaching (pemucatan) Pemucatan ialah suatu proses pemurnian untuk menghilangkan zat-zat warna yang tidak disukai dalam minyak. Pemucatan dilakukan dengan mencampur minyak dengan sejumlah kecil adsorben, seperti bleaching earth (tanah pemucat), dan karbon aktif. Zat warna dalam minyak akan diserap oleh permukaan adsorben dan juga menyerap suspensi koloid (gum dan resin) serta hasil degradasi minyak misalnya peroksida. (Ketaren,1986). 3. Tahap Hidrogenasi adalah proses pengolahan minyak atau lemak dengan jalan menambahkan hidrogen pada ikatan rangkap dari asam lemak, sehingga akan mengurangi ketidakjenuhan minyak atau lemak, dan membuat lemak bersifat plastis. Proses hidrogenasi bertujuan untuk menjenuhkan ikatan rangkap dari rantai karbon asam lemak pada minyak atau lemak. Proses hidrogenasi dilakukan dengan menggunakan hydrogen murni dan ditambahkan serbuk nikel sebagai katalisator. Nikel merupakan katalis yang sering digunakan dalam proses hidrogenasi daripada katalis yang lain (palladium, platina, copper chromite). Hal ini karena nikel lebih ekonomis dan lebih efisien daripada logam lainnya. Nikel juga mengandung sejumlah kecil Al dan Cu yang berfungsi sebagai promoter dalam proses hidrogenasi minyak.4. Tahap EmulsifikasiProses Emulsifikasi ini bertujuan untuk mengemulsikan minyak dengan cara penambahan emulsifier fase cair dan fase minyak pada suhu 80oC dengan tekanan 1 atm. Terdapat dua tahap pada proses Emulsifikasi yaitu

a.Proses pencampuran emulsifier fase minyak.Emulsifier fase minyak merupakan bahan tambahan yang dapat larut dalam minyak yang berguna untuk menghindari terpisahnya air dari emulsi air minyak terutama dalam penyimpanan. Emulsifier ini contohnya Lechitin sedangkan penambahan b- karoten pada margarine sebagai zat warna serta vitamin A dan D untuk menambah gizi.b.Proses pencampuran emulsifier fase cair.Emulsifier fase cair merupakan bahan tambahan yang tidak larut dalam minyak. Bahan tambahan ini dicampurkan ke dalam air yang akan dipakai untuk membuat emulsi dengan minyak. Emulsifier fase cair ini adalah : garam untuk memberikan rasa asin TBHQ sebagai bahan anti oksidan yang mencegah teroksidasinya minyak yang mengakibatkan minyak menjadi rusak dan berbau tengik Natrium Benzoat sebagai bahan pengawet (Baileys,1950). Vitamin A dan D akan bertambah dalam minyak. Selain itu minyak akan berbentuk emulsi dengan air dan membentuk margarin. Beberapa bahan tambahan seperti garam, anti oksidan dan Natrium benzoat juga akan teremulsi dalam margarin dalam bentuk emulsifier fase cair. (Baileys,1950).

Katalis Di industri petrokimiaCatalytic crackingCracking adalah nama yang diberikan untuk memecah molekul hidrokarbon besar menjadi potongan-potongan yang lebih kecil dan lebih berguna. Hal ini dicapai dengan menggunakan tekanan tinggi dan suhu tanpa katalis, atau suhu rendah dan tekanan dengan adanya katalis.Sumber dari molekul hidrokarbon besar sering fraksi nafta atau fraksi minyak gas dari distilasi fraksional minyak mentah (minyak bumi). Fraksi ini diperoleh dari proses destilasi sebagai cairan, tetapi kembali menguap sebelum retak.Hidrokarbon dicampur dengan bubuk katalis yang sangat halus. Hari-hari ini katalis zeolit (aluminosilikat kompleks) - ini lebih efisien daripada campuran tua aluminium oksida dan silikon dioksida.Seluruh campuran ditiup bukan seperti cairan melalui ruang reaksi pada suhu sekitar 500 C. Karena campuran berperilaku seperti cairan, ini dikenal sebagai cairan catalytic cracking (atau fluidised catalytic cracking).Meskipun campuran gas dan denda padat berperilaku sebagai cairan, ini contoh katalisis heterogen - katalis berada dalam fase berbeda dari reaktan.Setelah katalis pulih, dan campuran retak dipisahkan dengan pendinginan dan selanjutnya distilasi fraksional.Tidak ada reaksi unik tunggal terjadi di cracker. Molekul-molekul hidrokarbon dipecah dalam cara yang cukup acak untuk menghasilkan campuran hidrokarbon yang lebih kecil, beberapa di antaranya memiliki ikatan ganda karbon-karbon. Salah satu kemungkinan reaksi yang melibatkan hidrokarbon C 15 H 32 mungkin:

Atau, menunjukkan lebih jelas apa yang terjadi pada berbagai atom dan obligasi:

Ini hanya salah satu cara di mana molekul tertentu mungkin putus. Para etena dan propena adalah bahan penting untuk membuat plastik atau memproduksi bahan kimia organik lainnya. Oktan adalah salah satu molekul ditemukan dalam bensin (bensin).IsomerisasiHidrokarbon yang digunakan dalam bensin (bensin) diberi nilai oktan yang berhubungan dengan seberapa efektif mereka tampil di mesin. Sebuah hidrokarbon dengan nilai oktan tinggi membakar lebih lancar dari satu dengan oktan rendah.Molekul dengan "rantai lurus" memiliki kecenderungan untuk pra-penyalaan . Ketika campuran bensin / udara dikompresi mereka cenderung meledak, dan kemudian meledak untuk kedua kalinya ketika percikan dilewatkan melalui mereka. Ledakan ganda menghasilkan mengetuk di mesin.Octane peringkat didasarkan pada skala yang heptana diberi nilai 0, dan 2,2,4-trimethylpentane (suatu isomer oktan) peringkat 100.

Dalam rangka untuk meningkatkan nilai oktan dari molekul ditemukan dalam bensin (bensin) dan sehingga membuat bensin terbakar lebih baik di mesin modern, industri minyak menata lurus rantai molekul dalam isomer mereka dengan rantai bercabang.Satu proses menggunakan katalis platina pada dasar zeolit pada suhu sekitar 250 C dan tekanan 13-30 atmosfer. Hal ini digunakan terutama untuk mengubah rantai lurus yang mengandung 5 atau 6 atom karbon ke isomer bercabang mereka.

Sebagai contoh:

Katalis Pt untuk industri mobil dalam rangka mencegah pencemaran lingkunganKatalitik konverter berfungsi untuk mengubah polutan yang membahayakan pada gas buang menjadi gas yang tidak membahayakan. Alat ini dipasang pada sistem pembuangan, sehingga semua gas buang harus mengalir melaluinya. Katalis adalah suatu bahan pada katalitik konverter yang mendorong saling bereaksi antara satu dengan yang lainnya tanpa menggunakan reaksi kimia pada bagian tersebut. Gas buang yang keluar dari katalitik konverter kandungan HC, CO, dan NOxnya lebih rendah dibandingkan yang masuk. Di dalam katalitik konverter , gas buang melewati suatu permukaan luas yang dilapisi katalis. Lapisan ini berbentuk butiran kecil atau pelet yang ditempatkan pada sebuah alas atau pada keramik berbentuk sarang madu. Katalitik konverter ini terdiri dari dua bagian utama, yaitu penyangga dan inti logam aktif yang berfungsi sebagai katalis. Bahan yang sering dipakai sebagai inti logam aktif adalah platina (Pt), rhodium (Rh), paladium (Pd) dan keramik monolith. Logam Pt dan Pd sangat efektif untuk mereduksi CO dan HC, sedangkan logam Rh mampu menjinakkan NO. Paduan Rhodium (Rh) dan platina (Pt) akan membentuk catalytic converter yang disebut Three Way Catalyist (TWC) yang sangat efektif mereduksi sekaligus mengoksidasi CO, NOx maupun HC. Logam-logam aktif pada katalitik ini sangat sensitif terhadap timbal yang terkandung dalam bahan bakar (terutama BBM di Indonesia), hal ini perlu diperhatikan untuk menjaga efisiensi kerja katalis, karena itu TWC hanya bisa dipakai untuk mesin berbahan bakar tanpa timbal.

Kendaraan yang menggunakan katalitik konverter harus menggunakan bensin tanpa timbal. Alasannya, timbal pada bensin akan menempel pada katalis yang mengakibatkan katalisator tersebut tidak efektif.. Agar katalitik konverter tersebut lebih efektif, campuran udara-bahan bakar harus dalam perbandingan stokiometri. Perubahan yang paling kecil pada perbandingan udara-bahan bakar mengakibatkan kenaikan yang besar pada emisi gas buangnya. Agar lebih akurat jumlah perbandingan udara-bahan bakarnya, maka sistem bahan bakar pada motor tersebut dikontrol secara elektronik. Pada saat motor dilakukan pemanasan, udara sekunder dari pompa didorong menuju ruang udara pembatas. Udara tersebut membantu untuk mengoksidasi katalis mengubah HC dan CO menjadi karbon dioksida dan air. Cara yang sama dilakukan juga pada konverter katalis sarang lebah tiga jalur. Tahap awal dari proses yang dilakukan pada katalitik konverter adalah reduction catalyst. Tahap ini menggunakan platinum dan rhodium untuk membantu mengurangi emisi NOx. Ketika molekul NO atau NO2 bersinggungan dengan katalis, sirip katalis mengeluarkan atom nitrogen dari molekul dan menahannya. Sementara oksigen yang ada diubah ke bentuk O2. Atom nitrogen yang terperangkap dalam katalis tersebut diikat dengan atom nitrogen lainnya sehingga terbentuk format N2. Rumus kimianya sebagai berikut: 2NO => N2 + O2 atau 2NO2 => N2 + 2O2. Tahap kedua dari proses di dalam katalitik konverter adalah oxidization catalyst. Proses ini mengurangi hidrokarbon yang tidak terbakar di ruang bakar dan CO dengan membakarnya (oxidizing) melalui katalis platinum dan palladium. Katalis ini membantu reaksi CO dan HC dengan oksigen yang ada di dalam gas buang. Reaksinya sebagai berikut; 2CO + O2 => 2CO2. Tahap ketiga adalah pengendalian sistem yang memonitor arus gas buang. Informasi yang diperoleh dipakai lagi sebagai kendali sistem injeksi bahan bakar. Ada sensor oksigen yang diletakkan sebelum katalitik konverter dan cenderung lebih dekat ke mesin ketimbang konverter itu sendiri. Sensor ini memberi informasi ke Electronic Control System (ECS) seberapa banyak oksigen yang ada di saluran gas buang. ECS akan mengurangi atau menambah jumlah oksigen sesuai rasio udara-bahan bakar. Skema pengendalian membuat ECS memastikan kondisi mesin mendekati rasio stoikiometri dan memastikan ketersediaan oksigen di dalam saluran buang untuk proses oxidization HC dan CO yang belum terbakar.Sistem pengendalian lamda loop tertutup bersama-sama dengan katalitik konverter sampai saat ini adalah metode yang paling efektif untuk membersihkan gas buang motor bensin.