sintesis ammonia
DESCRIPTION
sTRANSCRIPT
Sintesis Ammonia dengan Katalis Ru/VulcanTugas Presentasi Teknik Reaksi Kimia I
Disusun Oleh Kelompok 2 :
Annifah
Achmad Ezra Garnida
Eka Hertanto Syafei
Kezia Elkardiana
Tri Ali Herviansyah
Pendahuluan : Ammonia (NH3)Karakteristik Nilai
Rumus molekul NH3
Berat molekul 17,03 g/gmol
Titik didih -33,35oC
Titik beku -77oC
Temperatur kritik -133oC
Tekanan kritik 1657 Psia
Panas pembentukan
(kkal/mol)-9,368 (0oC), -11,04 (25oC)
Kelarutan dalam air pada 1
atm42,8 (0oC), 33,1 (20oC), 14,1 (60o
Kebutuhan Pupuk Ammonia
• Pupuk ammonia dikenal dengan pupuk sintesis yang terdiri dari 3 bahan penyusun utama (N, P, S)
• Penambahan unsur N pada pupuk sintesis merupakan tahap yang paling sulit
• Produksi pupuk sintesis dengan kandungan N2 membutuhkan katalis dan biaya produksi yang mahal karena kebutuhan Suhu dan Tekanan tinggi yang dibutuhkan.
• Kebutuhan pupuk meningkat seiring
meningkatnya kebutuhan pangan dunia
• Dibutuhkan katalis untuk meningkatkan efektifitas produksi (%konversi)
PROSES SINTESIS AMMONIA
• Proses sintesis mengharapkan laju konversi yang tinggi dengan
memperbesar volume katalis
• Sintesis ammonia merupakan reaksi kesetimbangan secara termodinamika
• Sintesis amonia memiliki konversi maksimum 30%
• Proses membutuhkan tekanan yang tinggi
• Proses sintesis membutuhkan kelebihan H2
PROSES SINTESIS AMMONIA
Feedstock Purificatio
n
Primary Reforming
Secondary Reforming
Methanation
CO2 Removal
Shift Conversio
n
Ammonia Synthesis
Natural Gas
T = 400oCC = Cobalt Oxide
steam
T = 800oCP = 25-40 barC = Nickel Oxide
air
T = 1000oCC = Cobalt Oxide
Stage 1T = 500oCC = Iron OxideStage 2T = 250oCC = Alumina
T = 300oCC = Supported Nickel Oxide
T = 550oCP = 100-350 barC = Ruthenium
Pemilihan Katalis• Ru/Vulcan stabil pada kondisi operasi
reaksi sintesis NH3 (ditunjukkan oleh
perubahan ukuran partikel pada kondisi
operasi).
• Ru/Vulcan memiliki ketahanan walau zat
H2(g) memiliki poisoning effect karena
menghalangi sisi tertentu untuk
dissosiasi N2.
• Konversi reaktan yang dihasilkan 2 kali
dari konversi dengan katalis magnetite.
• Aktifitas Ru/Vulcan yang tinggi karena
jumlah atom hidrogen yang lebih rendah.
Struktur Ruthenium
• Memiliki B5 Active Site• Active site berada pada bagian edge dan
corner pada elemen logam Ru.Number of Energy Levels: 5First Energy Level: 2 Second Energy Level: 8 Third Energy Level: 18 Fourth Energy Level: 15 Fifth Energy Level: 1
Absorbsi N dengan katalis Ru
1. Atom N terdifusi kedalam
B5-type site
2. Asosiasi N
3. Desorpsi N2
Struktur Katalis Ru/Vulcan• Menentukan Mean Particle Diameter
• Menentukan jumlah rata-rata partikel Ru pada 1cm2 permukaan Vulcan
• Perhitungan densitas partikel Ru
• Perhitungan jarak antar partikel▫ Memisalkan bahwa semua partikel Ru dalam bentuk persegi
apabila jarak antar partikel = a
Kondisi OperasiOverall process
Keterangan Katalis
• Pada tekanan tinggi, konversi dalam jumlah besar dapat dicapai
dengan temperatur yang rendah
• Pada suhu yang terlalu tinggi, tidak dapat dicapai kesetimbangan
walaupun laju reaksi sangat tinggi (Dipilih 500oK-700oK)
Tinjauan Termodinamika
Reaksi EksotermisApabila suhu reaktor naik, maka nilai K akan naikNamun konversi kesetimbangan akan menurun
Pemilihan Reaktor
Dipilih reactor jenis Uhde three bed ammonia converter dengan pertimbangan sebagai berikut:
a. Reaksi yang berlangsung adalah fase gas dengan katalis
padat
b. Kebutuhan volume katalis yang besar
c. Diameter katalis (Ru) yang sangat kecil
d. Membutuhkan reaktor dengan aliran radial
e. Kuantitas gas balik menurun
f. Kebutuhan daya untuk sirkulator lebih rendah
g. Permukaan heat exchanger lebih kecil
h. Tidak perlu pemisahan katalis dari gas keluaran reaktor.
Pemilihan Reaktor
•Tinjauan pada packed bed▫ Rule of thumb :
Diameter bed =/> 10 kali diameter partikel Panjang bed =/> 50 kali diameter partikel
▫Realisasi : Diameter bed = 7,2 mm Panjang bed = 18 mm
Mekanisme Reaksi yang Diusulkan
N2 + 2S ⇌ 2N.S
2N.S + 2H.S ⇌ 2NH.S + 2S
2NH.S + 2H.S ⇌ 2NH2.S + 2S
2NH2.S + 2H.S ⇌ 2NH3.S + 2S
2NH3.S ⇌ 2NH3 + 2S
3H2 + 6S ⇌ 6H.S
Mekanisme Rate of Reaction
Menentukan TPL (Reaksi Absorpsi)
Mengapa Adsorpsi dipilih sebagai TPL?(halaman 17 jurnal : SUPPORTED Ru BASED AMMONIA SYNTHESIS CATALYSTS)
Karena energi yang dibutuhkan untuk terjadinya disosiasi molekul N2.S sangat besar dibanding yang lain
TPL: reaksi adsorbsi disosiasi molekul N2
Reaksi yang lain akan berjalan jauh lebih cepat dibandingkan dengan reaksi ini.
Kontanta reaksi selain reaksi pada adsorbsi disosiasi N2 (kS1,
kS2, kS3, kI, kD) bernilai sangat besar, karena reaksi-reaksi tersebut berlangsung sangat cepat.
Mekanisme Reaksi (Menentukan TPL)
• Mengasumsikan bila TPL = ABSORBSI (Pers.1)
• Meninjau tiap persamaan elementer▫ Persamaan 6 (Inhibitor)
▫ Persamaan 5 (Desorpsi)
▫ Persamaan 4 (Reaksi Permukaan)
▫ Persamaan 3 (Reaksi Permukaan)
▫ Persamaan 2 (Reaksi Permukaan)
• Menentukan Persamaan Vacant Sites
• Mensubtitusi nilai Cv pada persamaan 1 (Absorpsi) ▫ Metode initial rate ( Tekanan parsial produk <NH3> = 0)
▫ Asumsi yang digunakan : K1 = kA . Ct2
K2 = (KS1KS2KS3KD)1/2
K3 = (KS3KS2KD)1/2
K4 = (KS3KD)1/2
• Mendapatkan rA menggunakan konstanta asumsi
Merupakan rate of reactiondari reaksi sintesis NH3menggunakan katalis Ru
“ “
Selesai