MAKALAH

PEMBUATAN INDUSTRI SODA ABU

DI SUSUN OLEH:

ESMAWATY SABARIAH (2312092023)

SITI MAHMUDAH ( 2312092024)

BAB I

PENDAHULUAN

Pembuatan soda abu, soda kaustik dan klor merupakan salah satu industri

kimia dasar yang paling penting. Ketiga produk ini hampir seluruhnya dijual kepada

industri dimana kemudian digunakan untuk pembuatan sabun dan detergen, serat dan

plastic, kaca, petrokimia, pulp dan kertas, pupuk, bahan peledak, pelarut dan berbagai

bahan kimia lainnya.

Soda abu biasa juga disebut natrium karbonat yaitu suatu serbuk amorf putih

yang membentuk agregat di udara terbuka. Soda abu memiliki tl = 860 C, T transisi

= 450 C, P karbon dioksida = 1,2 mm pada 950 C dan d = 2,43.

Soda kaustik biasa juga disebut NaOH yaitu zat padat higroskopik, basah

leleh, berwarna putih, mudah larut dalam air dan gliserol, sedikit tembus cahaya, dan

bertekstur serat. NaOH merupakan elektrolit dan basa kuat yang dapat diperoleh

dengan cara elektrolisis NaCl dengan memakai kiatoda raksa atau dengan sel

diafragma. Dalam sel Castner Kellner, Na dibebaskan pada katoda Hg sehingga

mengamalgama dan akan bereaksi dengan air membentuk NaOH dan hidrogen.

Klor pada mulanya hampir seluruhnya digunakan sebagai pemutih, sekarang

sudah menjadi bahan kimia yang sangat penting. Hal ini disebabkan oleh

penggunaannya dalam sintesis bahan kimia organic, dimana biasanya ia tidak muncul

dalam produk akhir, tetapi hanya terlibat dalam langkah antara.

Amerika Serikat adalah produsen klor terbesar dengan laju produksi 10,4 juta

ton, diikuti oleh Eropa barat (9,5 juta ton), dan Jepang (3 juta ton). Baik klorin

maupun natrium hidroksida (biasanya diperdagangkan sebagai 50%w/w larutan)

harus dipertimbangkan sebagai produk utama. Hidrogen juga digunakan, jika

memungkinkan, sebagai bahan kimia atau sebagai bahan bakar.

BAB II

MATERI

Alkali dalam berbagai ragam dan konsentrasi banyak dipakai dalam industri

sesuai dengan kandungan NaOH, Na2HCO3 di dalamnya. Beberapa diantaranya

merupakan campuran mekanik, misalnya soda abu kaustisasi (causticized soda ash)

yaitu soda abu yangmengandung 10% sampai 50% kaustik untuk pencucian botol,

pembersihan logam dan soda modifikasi (modified soda), yaitu soda abu dengan 25%

sampai 75% NaHCO3, untuk alakli yang tidak terlalu keras sebagaimana dibutuhkan

dalam industri penyamakan. Natrium seskuikarbonat atau mineral trona alami, sangat

stabil dan dapat digunakan tanpa modifikasi. Bahan ini digunakan dalam pembuatan

wol dan dalam perpenatuan. Sal soda (Na2CO3.2H2O) juga dikenal sebagai soda cuci

atau kristal soda. Bahan ini cenderung melepaskan air ke udara pada waktu

pnyimpanan sehingga rupanya pun berubah dengan cepat.

2.1 Pembuatan Soda Abu

Bahan baku :

1. Garam

2. Batu gamping

3. Kokas atau gas bumi

4. Amonia sebagai reagen siklus

Batu gamping merupakan batuan sedimen karbonat yang terdapat di alam.

Tampak luar bahan tambang batu gamping berwarna putih, putih kekuningan, abu-

abu hingga hitam. Berdasarkan determinasi bahan tambang batu gamping merupakan

salah satu bahan galian industri yang potensinya sangat besar. Cadangan batu

gamping di seluruh Indonesia diperkirakan lebih dari 28 milyar ton yang tersebar

hampir diseluruh wilayah Indonesia, salah satu lokasi depositnya yang cukup besar

adalah di Tasikmalaya bagian Selatan.

Proses :

Proses Solvay, Amonia, Karbon dioksida dan air, dalam perbandingan yang

tepat, bereaksi membentuk amoniun karbonat. Amonium bikarbonat bereaksi dengan

natrium klorida membentuk natrium bikarbonat yang relative tidak larut di dalam

larutan yang digunakan dank arena itu dapat disaring keluar dan dipanggang menjadi

soda abu. Amonium klorida yang terbentuk dikonversikan kembali memjadi amonia

dengan mereaksikannya dengan gamping.

2.2 Pembuatan Natrium Bikarbonat

Natrium bikarbonat atau soda kue (baking soda) dibuat dari larutan jenuh soda

yang diberi CO2 di dalam menara kontak pada suhu 40ºC. Suspensi bikarbonat yang

terbentuk kemudian dikeluarkan dari dasar menara, disaring dan dicuci di dalam filter

daun putar. Ampas saringan disentrifugasi dan dikeringkan di dalam konveyer sabuk

pada suhu 70ºC. Bikarbonat yang dibuat dengan cara ini mempunyai kemurnian

99,9%. Natrium bikarbonat sangat banyak dipakai di dalam industri makanan, pada

pembuatan karet, dalam produk farmasi sebagai zat antiasam, dalam natrium api,

untuk pengurasan asap cerobong dan berbagai pemakaian kecil yang amat beragam.

2.3 Pembuatan Klor dan Soda Kaustik

Klor dan soda kaustik dibuat hampir seluruhnya dari elektrolit larutan akua

logam alkali klorida atau dari klorida lebur. Elektrolisis larutan garam menghasilkan

klor pada anode dan hidrigen bersama alkali hidroksida pada katode. Jika klor dan

alkali hidroksida yang diinginkan sebagai produk akhir, rancang sel harus dibuat

sedemikian rupa sehingga kedua bahan itu tidak dapat bercampur.

Amerika Serikat adalah produsen klor terbesar dengan laju produksi 10,4 juta

ton, diikuti oleh Eropa barat (9,5 juta ton), dan Jepang (3 juta ton). Baik klorin

maupun natrium hidroksida (biasanya diperdagangkan sebagai 50%w/w larutan)

harus dipertimbangkan sebagai produk utama. Hidrogen juga digunakan, jika

memungkinkan, sebagai bahan kimia atau sebagai bahan bakar. Terdapat tiga macam

teknologi elektrolitik berdasarkan sel merkuri, diafragma, dan membran.

Sejarah

1890 Sel elektrolitik pertama diperkenalkan

1970 Teknologi sel membran diperkenalkan

1987 memproduksi sekitar 10% dari total produksi dunia

2000 Diperkirakan menjadi dominan, dan mungkin menjadi satu-satunya teknologi

dalam industri klor-alkali

Konsep Dasar Elektrolisis Brine

Produksi tahunan dunia (1990) untuk klorin adalah sebesar 3,5 x 107 ton. Laju

produksi ini membutuhkan sekitar 2 km2 (atau sekitar satu mil persegi) anoda dan

mengkonsumsi 108 MWh listrik (sekitar 1-2% dari listrik yang dibangkitkan atau

keluaran lebih dari sepuluh pembangkit tenaga listrik besar)

Merupakan proses dengan intensitas energi tinggi, sehingga dibutuhkan:

1. Desain sel yang sederhana dan murah

2. Rapat arus tinggi untuk meminimasi investasi di pabrik

3. Komponen sel yang handal, mudah didapatkan dan mempunyai umur pakai

yang panjang, untuk meminimasi downtime

4. Efisiensi arus dan perolehan material yang baik, baik untuk reaksi anoda dan

katoda. Reaksi parasit tidak hanya menurunkan konsumsi energi dan

meningkatkan penggunaan material tetapi juga menimbulkan pengotor dalam

produk.

Konsumsi enegi rendah (kWh ton-1). Hal ini ditentukan oleh efisiensi arus

dan tegangan sel

Data dalam tabel 3.2. tidak menunjukkan keadaan sesungguhnya pada sel

dalam industri, karena koefisien aktivitas diasumsikan berharga 1 dan nilainya

dinyatakan pada tekanan dan temperatur kamar.

Overpotensial hidrogen sangat besar pada merkuri dan amalgam natrium.

Pada anoda, diinginkan klorin dengan kandungan oksigen yang sangat rendah, tetapi

menurut tabel di bawah reaksi B (i) lebih memungkinkan daripada reaksi A à harus

dipilih bahan anoda yang selektif

Perkembangan Teknologi Modern

Material Elektroda

Selain katoda dalam sel merkuri, persyaratan material elektroda sebagai berikut:

1. Material anoda yang menghasilkan klorin pada overpotensial rendah dan tidak

mendukung terjadinya oksidasi air menjadi oksigen.

2. Katoda yang menghasilkan hidrogen pada overpotensial rendah dalam larutan

alkali.

Jenis-jenis Sel

a. Sel Diafragma

Brine 30% dilewatkan pada ruang anoda, klorin terbentuk di anoda

Anoda umumnya Titanium berlapis katalis (e.g. DSA)

Katoda baja bisa juga dilapis dengan katalis (e.g. high-area Ni)

Beberapa masalah:

Soda kaustik yang terbentuk memiliki kandungan klorida yang tinggi.

Konsentrasi ion hidroksida yang terbentuk di katoda harus dibatasi di bawah

12%, agar tidak terjadi difusi OH- dari katoda ke anolit. Hal ini

mengakibatkan kehilangan klorin karena hidrolisis menjadi hipoklorit dan

pembentukan oksigen pada anoda. Evaporasi untuk menghilangkan 80% air

menyerap banyak energi. Pada pendinginan, banyak NaCl mengkristal dari

larutan NaOH 50%.

iR drop dari diafragma cukup besar. Potensial sel kesetimbangan adalah –2,2

V, tetapi sel beroperasi pada rentang –3,2 s/d -3,8 V. Proses pemurnian brine

harus lebih teliti.

Suatu segi yang paling menguntungkan mengenai sel diafragma adalah

bahwa sel itu dapat beroperasi dengan air garam encer (20%) yang kurang

murni. Air garam encer itu menghasilkan natrium hidroksida encer puloa yang

teremar dengan natrium klorida (biasanya 11% NaOH dan 15% NaCl) sebagai

produk. Untuk pengiriman, larutan itu perlu dipekatkan terlebih dahulu,

biasanya sampai 50% dan ini menelan banyak energi, biarpun dengan

menggunakan evavorator efek ganda.

b. Sel Membran

Membran yang digunakan adalah membran cation permeable, tidak

mampu menahan ion OH-.

membatasi konsentrasi natrium hidroksida yang diproduksi menjadi

dibawah 40%

kontaminasi klorida dalam NaOH rendah dan kandungan oksigen

dalam klorin lebih rendah dibandingkan sel diafragma

Sel bisa dioperasikan pada rapat arus lebih tinggi, sekitar 0,25-0,40

Acm-2

peningkatan energy cost

Tahanan membran rendah à untuk menurunkan kebutuhan energi à

‘zero gap’ cell

Model-model sel membran berdasarkan filterpress yang terdiri dari

plate and frame cells tersusun seri

Area membran bisa mencapai 2 x 2 m, walaupun normalnya 1 x 1 m

Ketebalan dari ruang elektrolit kurang dari 1 cm

Posisi elektroda vertikal

Ruang anoda dan katoda diberi umpan brine 25% dan NaOH encer

Potensial sel bisa mencapai –2,7 V

Konsumsi energi hanya sekitar 2200 kWh ton-1 NaOH

Temperatur 90oC

Brine harus mempunyai kemurnian tinggi untuk menghindarkan

masalah baik di anoda dan membran. Sel membran menggunakan membrane

semipermeabel untuk memisahkan kompartemen anode dari katode. Dengan

menggunakan sel diafragma, migrasi balik ion-ion itu dikendalikan oleh laju

aliran fluida melalui diafragma dan ini diatur dengan mengendalikan tinggi

permukaan zat cair di dalam kedua komartemen itu secara teliti. Dalam sel

membrane, kedua sel itu dipisahkan dengan lembaran plastik yang aktif kimia,

yang dapat melewatkan ion natrium, tetapi melewat ion hidroksil.

Konstruksi Sel Membran

c. Sel Merkuri

Sel raksa sangat berbeda operasinya dari sel-sel jenis lain. Anodenya

masih grafit juga atau titanium modifikasi seperti yang lain-lain, tetapi

katodenya adalah kolam aliran raksa. Elektrolisis menghasilkan paduan raksa

natrium (amalgama) yang tidak terdekomposisi karena adanya air garam.

Amalgama itu didekomposisi di dalam suatu bejana lain menurut reaksi:

Bila proses itu digunakan air dalam jumlah yang tepat maka hasilnya

adalah NaOH 50% dengan kandungan garam yang sangat rendah (30 rpm)

tanpa memerlukan penguapan. Tetapi kehilangan raksa ke lingkungan,

walaupun sedikit saja, akan menimbulkan masalah yang amat gawat.

Reaksi Elektroda : 2Cl- - 2e- ® Cl2

Na+ + Hg + e- ® NaHg

Natrium amalgam dihidrolisa dalam denuder dengan reaksi :

2 NaHg + 2H2O ® H2 + 2Na+ + 2OH- + 2Hg

Potensial sel kesetimbangan = -3,16 V

Anoda = DSA

Tegangan sel normal = - 4,50 V

Konfigurasi Sel : Horizontal parallel plate

Temperatur : 60oC

Skema Sel Merkuri dengan sirkuit Hg

Denuder adalah bejana berbentuk silindris diisi dengan bola-bola grafit

diimpregnasi dengan logam transisi (e.g. Fe atau Ni) Rapat Arus = 0,8-1,4

Acm-2

Logam golongan II harus dipisahkan karena logam tersebut

memberikan fenomena yang dikenal sebagai thick mercury atau mercury

butter. Brine kemudian diasamkan, untuk menghindarkan hidrolisis klorin

Proses Sel Merkuri untuk konversi garam menjadi klorin + 50% NaOH

Perbandingan Teknologi Sel

(a) Initial cost

Rapat arus menentukan ukuran dan jumlah sel yang dibutuhkan Sel merkuri

memerlukan pemurnian brine dengan persyaratan paling ringan Fasilitas sel

merkuri harus dilengkapi dengan pengolahan limbah untuk menangkap

merkuri ® meningkatkan persyaratan monitoring

(b) Operating cost

Kebutuhan untuk mengganti diafragma secara rutin meningkatkan labour cost

(c) Nilai tambah selama proses

Tergantung pada harga bahan baku dan harga produk

(d) Biaya energi

Terdapat hubungan antara konsumsi energi dan rapat arus Lebih

menguntungkan untuk meningkatkan rapat arus (i.e. laju produksi) daripada

menghemat energi

Kurva E vs I untuk ketiga jenis sel klor alkali

Kurva perbandingan konsumsi energi vs I untuk ketiga jenis sel klor alkali