TUGAS KELOMPOK V dan KELOMPOK IX
PROSES INDUSTRI KIMIA II
INDUSTRI PUPUK UREADosen Pengampu :Ir. Wahyuningsih, M.SiDisusun
Oleh :
Fitri Muliawati
21030112060037Ekanisa Tri Lestari
21030112060038Amalia Khoirunnisa
21030112060039Novia Kartika Candra P21030112060041Hasanudin
Siregar
21030112060042Restu Ayu Sella
21030112060043Herman Felani
21030112060044Widya Wahyu Tonica
21030112060045Fendi Saefulah
21030112060065PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
PROGRAM DIPLOMA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
2014KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami panjatkan kepada Allah SWT atas segala
rahmat-Nya sehingga Makalah Industri Pupuk Urea dapat
diselesaikan.Terima kasih penyusun ucapkan kepada :1. Ir.
Wahyuningsih, M.Si, sebagai dosen pengampu mata kuliah Proses
Industri Kimia II2. Teman teman yang telah membantu dalam
penyusunan makalah ini.
Kami berharap makalah ini dapat memberikan manfaat. Sekalipun
demikian kami menyadari bahwa penyusunan makalah ini masih terdapat
banyak kekurangan baik dalam tata bahasa maupun isinya. Oleh karena
itu kami sangat mengharapkan saran, kritik, maupun masukan dari
pembaca yang bersifat membangun.
Semarang, 07 April 2014
Penyusun
DAFTAR PUSTAKA
KATA PENGANTAR..2DAFTAR ISI3BAB I PENDAHULUAN 1.1 Pengertian
Urea.41.2 Pembuatan dan Sifat-sifat Urea..41.3 Bentuk Urea...7
1.4 Syarat Mutu Standart Pupuk Urea.91.5 Kegunaan Urea.10BAB II
ISI
2.1 Bahan Baku.............112.2 Bahan
Penunjang....................................................12BAB
III DESKRIPSI PROSES3.1 Tahap Sintesis..133.2 Tahap Purifikasi163.3
Tahap Konsentrasi17
3.4 Tahap Pembutiram18
3.5 Tahap Recovery.19
3.6 Tahap Pengolahan Kondesat20
BAB IV21DAFTAR PUSTAKA ........22BAB IPENDAHULUAN
1.1 Pengertian Urea
Urea merupakan persenyawaan organik, tidak bermuatan listrik,
titik leleh sebesar 132,7oC, panas leleh 60 kal/gram, titik didih
dalam air 115 oC, berbentuk butiran berwarna putih, rumus kimia
CO(NH2)2 secara kimiawi maupun fisiologis urea merupakan pupuk
netral, tidak menyebabkan tanah menjadi asam, dan urea juga
bersifat higroskopis. (Sumaryo, 1983). Urea pertama kali ditemukan
oleh Roulle di tahun 1773 didalam urine. Kemudian pada tahun 1823
Provost dan Dumas mengatakan bahwa urea dikeluarkan dari ginjal
yang berasal dari dalam hati. Penemuan-penemuan ini diikuti oleh
Wohler tahun 1823 dengan mensintesis urea dari ammoniak dan asam
sianida. Kemudian pada tahun 1870 Bassarow memproduksi urea dengan
memanaskan ammonium karbamat ( NH4COONH4) yang merupakan sintesis
urea pertama kali dilakukan secara dehidrasi yang merupakan dasar
dari pembuatan proses pembuatan urea secara industry atau komersil.
Pabrik urea yang pertama kali berdiri di Jerman tahun 1920 oleh
I.G. Faber berdasarkan cara pembuatan yang dilakukan Bassarow.
(Considine,1970) Urea merupakan padatan butiran atau prill yang
diperoleh dari hasil sintesa reaksi antara ammonia (NH3) dengan
karbondioksida (CO2). Pupuk ini mengandung nitrogen minimal 46%
diantara semua pupuk padatan. Pupuk nitrogen ini digunakan untuk
pertumbuhan batang dan daun. Urea mudah larut dalam air dan tidak
mempunyai residu garam sesudah pemakaian untuk tanaman. (Austin,
1996).
(sumber:Anonim.2013PengertianUrea.http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/27998/3/Chapter%20II.pdf.Diakses
tanggal 01 April 2014)
1.2 Pembuatan dan Sifat-sifat UreaUrea diperoleh dari reaksi
eksotermis antara ammonia dan CO2 yang menghasilkan karbamat,
selanjutnya ammonia karbamat diuraikan dengan reaksi endotermis
menjadi urea dan air.
Reaksi yang terjadi adalah :
2NH3 + CO2 NH2COONH4
NH2COONH4 NH2CONH2 + NH3
Reaksi antar CO2 dan NH3 menjadi urea berlangsung secara bolak
balik dan sangat dipengaruhi oleh tekanan, temperatur, komposisi
dan waktu reaksi. Perubahan ammonium karbamat menjadi urea dalam
fase cair, sehingga dibutuhkan temperature dan tekanan yang tinggi.
Dalam reactor, reaksi akan berlangsung selama 25 menit yang
dibutuhkan residence time (waktu tinggal).
Faktor-faktor yang mempengaruhi pembuatan urea, antara lain:
a. Temperatur
Perubahan temperatur akan mengakibatkan bergesernya tetapan
kesetimbangan reaksi. Naiknya temperatur akan mengakibatkan reaksi
bergeser ke arah kiri (endothermis) atau menurunkan konversi
pembentukan urea. Disamping itu, kenaikan temperatur juga akan
mengakibatkan kecepatan reaksi pembentukan urea. Kondisi yang
paling optimal dalam reaktor adalah sekitar 200oC yaitu temperatur
di mana konversi mendekati kesetimbangan dengan waktu tinggal 0,3-1
jam.
Bila temperatur reaktor turun, maka konversi ammonium karbamat
menjadi urea akan berkurang sehingga memberi beban lebih berat pada
seksi-seksi berikutnya. Jika temperatur turun sampai 1500C akan
menyebabkan timbulnya ammonium karbamat menempel pada reaktor.
Sebaliknya, bila temperatur melebihi 2000C maka laju korosi dari
Titanium Lining akan meningkat dan tekanan kesetimbangan di dalam
reaktor dari campuran reaksi akan melampaui tekanan yang
dibutuhkan. Di samping itu, hasil dari reaksi samping yang besar
akan menyebabkan turunnya konversi pembentukan urea. Jadi laju
reaksi yang baik pada suhu 180-2000C dalam waktu 20-60 menit atau
pada suhu rendah dengan ammonia berlebih.
b. Tekanan
Tekanan yang digunakan adalah 200 kg/cm2G. Pemilihan tekanan
operasi ini berdasarkan pertimbangan bahwa konversi ammonium
karbamat menjadi urea hanya terjadi pada fase cair dan fase cair
dapat dipertahankan dengan tekanan operasi yang tinggi. Pada suhu
tetap konversi naik dengan naiknya tekanan hingga titik kritis,
dimana pada titik ini reaktan berada pada fase cair. Untuk
perbandingan NH3 dan CO2 yang stokiometris suhu 1500C dan tekanan
100 atm memberikan keadaan yang hampir optimum tetapi pada suhu ini
reaksi berjalan lambat. Pada suhu 190 2200C, tekanan yang digunakan
berkisar antara 140 250 atm.
c. Perbandingan NH3 dan CO2Perbandingan mol NH3 : CO2 optimum
adalah 4 : 1. dengan nilai itu diharapkan reaksi pertama dapat
berjalan cepat sekaligus mencegah terjadinya pembentukan
biuret.
d. Kandungan Air dan Oksigen
Adanya air akan mempengaruhi reaksi terutama reaksi kedua yaitu
peruraian karbamat menjadi urea dan air sehingga dapat mengurai
konversi karbamat menjadi urea. Pada umumnya, proses didesain untuk
meminimalkan jumlah air yang direcycle ke reaktor. Adanya sedikit
oksigen akan mengurangi korosi. Sebagai hasil reaksi di atas maka
komponen yang keluar reaktor adalah urea, biuret , ammonium
karbamat, kelebihan ammonia dan air. (Sauchelli,V,1960)
Pupuk urea adalah pupuk yang paling banyak digunakan di
Indonesia. Bila pupuk urea ditambahkan kedalam tanah yang lembab,
maka urea mngalami hidrolisis dan berubah menjadi ammonium
karbonat. Maka sebelum hidrolisis terjadi, urea bersifat mobil
seperi nitrat dan ada kemungkinan tercuci kebawah zona perakaran.
Kejadian ini dimungkinkan terutama jika curah hujan tinggi dan
strukur tanah yang lemah. Disamping itu perlu diperhatikan sifat
urea yang dapat berubah menjadi nitrat ini, karena hal ini
memperbesar turunnya efisiensi urea. Untuk mengurangi sifat sifat
yang merugikan dari urea diusahakan membungkus butiran urea dendan
SCU (Sulfur Coated Urea ). (Madjid,M, 2010)
Sifat-sifat urea antara lain :
a. Rumus molekulnya CH4N2Ob. Mudah larut dalam air dan alcohol
c. Sedikit larut dalam eter d. Berat molekulnya 60,06 e. Titik
lebur 132,70C f. Kandungan nitrogen (material murni) mengandung
46,6% g. Pada temperatur kamar tidak berwarna, tidak berasa, tidak
berbau. h. Bentuk kristal tetragonal. i. Indeks bias 1,484.
(Corominas,L.F, 1986)
1.3 Bentuk UreaAda beberapa bentuk pada urea. Bentuk ysng
pertama dikenal dengan nama urea prill (urea curah). Kekurangan
urea bentuk prill ini adalah mudah menguap dan mudah larut sehingga
unusur hara yang terkandung cepat menghilang. Untuk mengurangi
kekurangan urea bentuk curah ini, urea kemudian dibuat dalam bentuk
bola-bola, kotak-kotak dan tablet. Sehingga lebih sukar larut.
Cara lainnya adalah dengan melapisi urea dengan bahan yang tidak
tembus air atau bahan kimia. Pelindung ini diberi lubang lubang
kecil sehingga urea dapat larut sedikit. Adapun jenis dari bentuk
urea, antara lain;
a. Urea Prill (urea curah)
Urea ini merupakan urea yang berbentuk butiran halus berwarna
putih.
b. Urea gelintiran (urea butiran)
Bentuk nya hamper sama dengan urea curah, hanya ukuran
butirannya lebih besar. Dari hasil penelitian, bentuk ini mampu
meningkatkan produksi tanaman (padi) 3,4-20,4 % lebih tinggi
dibandingkan dengan penggunaan urea curah.
c. Urea bola
Bentuk ini memilki daya respon cukup tinggi terhadap pertumbuhan
tanaman, unsure N-nya dapat dilepas secara lambat dan diikat kuat
oleh partikal tanah dan kemudian akan diserap oleh akar
tanaman.
d. Urea kaplet U
Urea kaplet dihasilkan dari proses pemadatan urea curah dan
penyempurnaan urea butir. Bentuknya pipih seperti cakram, bersifat
rapuh, mudah pecah dan cepat lengket.
e. Urea tablet
Urea tablet juga berbahan dasar urea curah. Dengan proses
pengempasan bertekanan tinggi, urea curah berubah bentuk menjadi
tablet. (Marsono,S.P,2004).Urea baik dalam bentuk prill maupun
bentuk granular, akan kehilangan unsur Nitrogen itu berkisar 40%
melalui penguapan ammonia dan beberapa persen melalui penguapan
dalam bentuk N2O dan N2, pencucian (leaching), terikat oleh jasad
renik atau mineral tanah (immobilization dan fixation) ketika
penebaran pada tanaman. Usaha membendung kerugian akibat kehilangan
dalam pemupukan padi sawah ditempuh berbagai cara antara lain
perbaikan cara-cara pemupukan dan penciptaan pupuk yang lambat
melepaskan Nitrogen. Cara pemupukan yang dianjurkan untuk menekan
kehilangan unsur Nitrogen ialah penebaran merata di sawah,
jumlahnya dibagi dan ditebarkan sesuai masa pertumbuhan padi serta
diusahakan pupuk terbenam di lapisan tanah yang oxygen (reduction
zone). Pada perusahaan yang bergerak pada bidang industry pupuk
dimana adalah hal yang harus diperhatikan, ukuran butiran urea.
Standar Nasional untuk butiran urea prill dengan ukuran 1,00 3,35
mm minimal 90%. Sedangkan pada butiran urea granural dengan ukuran
2,00 4,75 mm minimal 90%. Dengan tidak terpenuhinya standar diatas,
tidak hanya merugikan perusahaan dengan menurunnya harga jual, juga
merugikan petani. Utama nya urea prill dimana bentuk urea akan
lebih mengaju pada bentuk bubuk yang bila disebarkan petani akan
lebih banyak nitrogen yang tidak diserap tanah dengan baik .
Sehingga kebutuhan Nitrogen tumbuhan tidak cukup terpenuhi. Karena
nya petani lebih memilih urea granular dalam pemupukannya.Sedangkan
pupuk Nitrogen yang termasuk lambat melepaskan kandungan
Nitrogennya dan mempunyai masa depan yang baik ialah pupuk Urea
yang dilapisi Sulfur dan disebut Sulphur Coated Urea (SCU). Urea
yang dijadikan bahan utama ialah Urea granular (urea gelintiran),
urea yang berukuran lebih besar dari Urea butiran (Urea Prill).
Berat Urea butiran kira-kira 0.0035 gram/butir dan Urea granular
0.01g/granular. Ukuran besar butir Urea granular mudah diatur dalam
proses produksi, sehingga besar butir dapat disesuaikan dengan
keperluan. Flexibilitas ini merupakan salah satu daya tarik dari
pembuatan Urea granular. Urea granular selain berukuran lebih
besar, juga lebih keras dan tak mudah menjadi tepung dibanding
dengan Urea butir. Sifat-sifat ini sangat menguntungkan dalam
pengelolaan dan pengangkutan pupuk-pupuk curah. Karena sifat-sifat
ini pula maka di Amerika Serikat, Urea granular luas dipakai dalam
industri pupuk campuran (bulk blending). Untuk kawasan tropis yang
lembab, tentunya keuntungan tersebut masih perlu dibuktikan.
Pengaruh Urea granular terhadap tanaman sama dengan Urea butiran,
begitu juga cara penebarannya. Hanya diharapkan manfaatnya akan
timbul dari segi penyimpanan dan pemakaian di lapangan. Dengan Urea
yang tak membatu, maka penyebaran pupuk di sawah akan lebih merata
dari pada pupuk yang membatu atau yang terlalu halus butirannya.
Meskipun demikian, kesimpulan yang diambil dari satu musim
percobaan ialah petani cenderung menyenangi Urea granular karena
butirannya yang utuh dan tidak membatu seperti Urea butiran yang
sering mereka terima. Untuk masa depan study semacam itu masih
perlu diadakan dengan persiapan dan perencanaan yang lebih baik.
Percobaan yang berhubungan dengan pemakaian pupuk Urea granular di
lapangan banyak dilakukan, terutama membandingkan efisiensi pupuk.
Urea yang banyak digunakan ialah Urea Supergranule yaitu Urea
granule yang ukuran butirnya lebih besar yang beratnya 1 gram
perbutir, dan Urea granular yang dilapisi Sulfur (SCU). Dari
percobaan-percobaan yang dilakukan oleh INSFER (International
Fertilizer Soil Fertility 8-Fertilizer) dari tahun 1975-1978 di
beberapa negara termasuk Indonesia, didapat suatu kesimpulan bahwa
hasil rata-rata yang diperoleh dengan pemakaian pupuk Urea granular
yang lebih besar ukuran butirnya (dalam hal ini yang dimaksud Urea
Super granule) dengan membenamkannya di antara jajaran tanaman
padi, begitu juga penggunaan SCU yang ditebarkan, keduanya
menunjukkan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan penggunaan
pupuk Urea butiran yang disebar seperti biasa dilakukan. Pemakaian
Urea Supergranule di tanah sawah yang banyak mengandung pasir
(light texture) menunjukkan hasil yang kurang memuaskan dibanding
dengan penggunaan pupuk urea butiran yang disebar merata dan
terpisah (split application).
(sumber:Anonim.2007.Urea.http://pusri.wordpress.com/2007/11/08/urea-granular-langkah-pertama-menuju
efisiensi-pemupukan/.Di akses tanggal 01 April 2014)1.4 Syarat Mutu
Standart Pupuk UreaUrea akan terserap oleh akar tanaman dalam
bentuk ammonia dan nitrat. Di dalam tanah, urea akan dihidrolisis
oleh enzim urease menjadi ammonium. Akibat pengaruh pH dalam
keadaan asam, ammonium akan membentuk ammonia pada permukaan tanah.
Penggunaan pupuk urea saja dalam tataran yang tinggi, akan
menyebabkan tanaman tumbuh terlalu subur tapi hasilnya rendah.
Kualitas urea sangat ditentukan oleh komposisi yang terkandung
dalam pupuk urea tersebut. Zat-zat beracun dan kadar maksimumnya
dalam urea yang diizinkan sesuai dengan Standar Nasional Indonesia
(SNI) adalah :Tabel 2.1 Syarat mutu standar pupuk urea
Sumber : SNI-02-2801, 1992
Pupuk urea merupakan sumber nitrogen bagi tumbuhan, berguna
untuk membuat daun tanaman lebih hijau, mempercepat pertumbuhan dan
menambah jumlah anakan tumbuhan , menambah ukuran daun, besar gabah
dan memperbaiki mutu gabah , merangsang pembentukan protein biji,
dan menyediakan makanan bagi jasad renik tanah yang bekerja
mengurai bahan organik dalam tanah.
Ammonia merupakan senyawa yang sangat bermanfaat dan diproduksi
secara komersil dalam jumlah yang sangat besar. Salah satu kunci
keberhasilan pembuatan amonia oleh Haber-Bosch dalah dengan
menggunakan bahan baku hidrogen. Dewasa ini hidrogen diperoleh
dengan cara mereaksikan gas alam dengan uap air . Ammonia banyak
digunakan dalam industri pupuk, bahan peledak, plastik, detergen
dan lain-lain. (Trainess PT. PIM BAG LAB, 1994).
(sumber:Anonim.2013PengertianUrea.http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/27998/3/Chapter%20II.pdf.Diakses
tanggal 01 April 2014)1.5 Kegunaan UreaUnsur hara Nitrogen yang
dikandung dalam pupuk Urea sangat besar kegunaannya bagi tanaman
untuk pertumbuhan dan perkembangan, antara lain:
a. Membuat daun tanaman lebih hijau segar dan banyak mengandung
butir hijau daun (chlorophyl) yang mempunyai peranan sangat panting
dalam proses fotosintesa
b. Mempercepat pertumbuhan tanaman (tinggi, jumlah anakan,
cabang dan lain-lain)
c. Menambah kandungan protein tanaman
d. Dapat dipakai untuk semua jenis tanaman baik tanaman pangan,
holtikultura, tanaman perkebunan, usaha peternakan dan usaha
perikanan.
(sumber:Aditia.2011.KegunaanUrea.http://aditsipemalas.blogspot.com/2011/01/pengertian-pupuk-urea.htmlI.
Diakses tangga 01 April 2014)BAB II
ISI1.1 Bahan Baku
a. Amonia
Ammonia adalah persenyawaan antara gas N2 dan H2 yang saling
bereaksi membentuk persenyawaan baru NH3 baik dalam fase gas maupun
cair. Amonia yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan urea
berasal dari unit amonia.Spesifikasi ammonia cair :
NH3: minimal 99.5 % berat H2O: maksimal 0.5 % berat Oil:
maksimal 5 ppm berat Tekanan: minimal 18 kg/cm2g Suhu: 30oCSifat
Fisika ammonia cair :
Rumus Molekul NH3 Berat Molekul 17.04 gr/mol Gas tak berwarna,
berbau menyengat, dapat dicairkan melaui kompresi Titik lelh -77oC
Titik didih -33.35 oC Tekanan Uap 10 atm pada 25.7 oC Densitas uap
0.6 gr/mlSifat kimia ammonia cair :
Sangat larut dalam air Sedikit larut dalam alcohol
Senyawa NH3 dalam air akan bereaksi menjadi basa Reaksi yang
terjadi :NH3 (g) + H2O (l) ( NH4OH (l)b. CO2CO2 yang digunakan
dalam pembuatan urea merupakan hasil samping dari pembuatan amonia.
Karbondioksida merupakan senyawa kimia terdiri dari dua atom
oksigen yang terikat secara kovalen dengan sebuah atom
karbon.Spesifikasi gas karbondioksida :
CO2: minimal 99.2 % vol H2O: maksimal 0.8 % vol Total S:
maksimal 1 ppm vol Tekanan: minimal 0.8 kg/cm2 Suhu: maksimal 35
oCSifat fisika gas karbondioksida :
Rumus molekul CO2 Berat molekul 44.01 gr/mol Gas tak berwarna,
tak berbau Titik Leleh -78.5 oC Titik didih -56.6 oC Specific
Gravity 1.53 Sifat kimia gas karbondioksida :
Dengan NaOH membentuk karbonatCO2 (g) + 2NaOH ( Na2CO3 (l) +
H2O1.2 Bahan Penunjang
a. AnticakingBahan penunjang yang digunakan dalam proses
pembuatan urea di Departemen Produksi I PT Petrokimia Gresik berupa
anti caking, yaitu jenis petrocoat (PC.01). Anti caking ini
berfungsi untuk memperlambat penggumpalan pada pupuk bila disimpan
dalam waktu yang cukup lama. Penggunaan anticaking ini juga
bervariasi bergantung pada lamanya penyimpanan. Petrocoat memiliki
harga yang lebih murah dan pengirimannya lebih mudah.Spesifikasi
dari petrocoat tersebut adalah :
Spesific Gravity: 1,04
pH
: 8,6
Volatil
: 80,98 ppm
Total Solid
: 19,02 ppm
Viskositas
: 60,9 CpBAB III
DESKRIPSI PROSES
3.1 Seksi Sintesis
Tahap ini berfungsi membentuk urea dengan mereaksikan NH3 cair
dan gas CO2 yang dikirim dari unit NH3 dan sirkulasi kembali
larutan karbamat yang diperoleh dari tahap recovery. Reaksi yang
terjadi :
2NH3 + CO2 NH4COONH2 + Q
NH4COONH2 NH2CONH2 + H2O - QDi dalam reaktor terjadi
pengontakkan NH3 cair dan larutan karbamat. NH3 cair dipompa ke
reaktor menggunakan NH3 feed pump dan melalui ammonia preheater.
Larutan karbamat berasal dari carbamat condenser. Dengan
pengontakkan ini terjadi reaksi pembentukkan karbamat dan urea.
Reaksi konversi urea merupakan reaksi endotermis dan untuk mencapai
konversi yang tinggi diperlukan temperatur reaksi tinggi.
Temperatur terlalu tinggi menurunkan pembentukkan urea, karena
terjadi penambahan volum gas. Pertambahan volum gas dengan
sendirinya akan menambah laju alir gas ke scrubber. Temperatur
rendah juga menurunkan konversi urea, karena reaksi pembentukkan
urea adalah reaksi endotermis. Reaktor beroperasi pada temperatur
180-184oC dan ini tergantung pada jumlah produksi. Temperatur dalam
reaktor diatur dengan menaikkan atau menurunkan steam pemanas pada
ammonia preheater, mengatur ekses NH3 dan laju larutan
recycle.Konversi amonium karbamat menjadi urea hanya berlangsung
pada fasa cairan, jadi diperlukan tekanan tinggi Tekanan operasi
yang terlalu tinggi akan dapat menyebabkan kerusakkan pada dinding
reaktor apabila melebihi tekanan desain. Tekanan yang rendah akan
menurunkan pembentukkan urea karena larutan yang menguap bertambah.
Reaktor beroperasi pada tekanan 163-170 kg/cm2. Untuk mencapai
konversi urea yang tinggi, diperlukan waktu reaksi yang cukup.
Waktu reaksi diatur/dikendalikan dengan ketinggian level cairan
dalam reaktor. Level tinggi menyebabkan adanya larutan yang terbawa
ke scrubber. Level yang rendah akan mengurangi waktu reaksi
sehingga konversi yang didinginkan tidak tercapai. Level operasi
berkisar 51-53%. Ketinggian level diatur dengan bukaan valve pada
bagian keluaran reaktor. Untuk mencapai homogenitas rekasi
diperlukan reaktan dengan konsentrasi tinggi. Di antara kedua
reaktan (NH3 dan CO2), NH3 lebih mudah dipisahkan dari aliran gas
daripada CO2. Untuk memisahkan NH3 dari aliran gas dapat dilakukan
dengan absorpsi menggunakan air. Untuk ekses reaktan digunakan
ekses NH3. Perbandingan NH3/CO2 desain alat adalah 4. Perbandingan
ini berfungsi untuk menjaga konversi. Perbandingan rendah akan
menurunkan laju pembentukkan urea dan menambah beban pada stripper.
Perbandingan tinggi akan menambah laju gas menuju scrubber.
Perbandingan molar dikendalikan dengan mengatur laju NH3.Larutan
urea yang terbentuk di dalam reaktor keluar melalui down pipe dan
masuk ke stripper secara garvitasi dan gas yang terbentuk mengalir
ke scrubber.Stripper berfungsi untuk menguraikan larutan karbamat
yang tidak terkonversi dan memisahkan NH3 dan CO2 dari larutan
urea. Ekses NH3 dipisahkan dari aliran dengan menggunakan tray-tray
pada bagian atas stripper. Reaksi penguraian yang terjadi
:NH2COONH4 2NH3 + CO2 - QKalor untuk reaksi penguraian diperoleh
dari steam yang dialirkan pada falling type heater. Pada stripper
dialirkan gas CO2, dengan adanya aliran ini akan meningkatkan
tekanan parsial CO2 yang mengakibatkan larutan karbamat terurai.
Gas CO2 terlebih dahulu dikompresi dengan CO2 compressor dan
diinjeksikan udara lewat interstage CO2 compressor. Penginjeksian
udara berfungsi anti korosi/pasivasi pada logam-logam peralatan
proses. Supaya proses pada stripper sesuai dengan kebutuhannya
diperlukan kontrol terhadap.Reaksi penguraian merupakan endotermis,
untuk memenuhi kebutuhan kalor reaksi diperlukan temperatur yang
tinggi. Temperatur yang terlalu tinggi dapat menyebabkan korosi
pada dinding stripper. Temperatur rendah akan menurunkan laju
penguraian. Stripper beroperasi pada temperatur 175-177oC.
Agar sebagian besar karbamat dapat diuraikan diperlukan waktu
kontak antara larutan dengan pemanas yang mencukupi. Kontrol level
digunakan untuk mengatur waktu kontak antara larutan dengan steam
dan gas CO2. Level yang terlalu rendah akan menyebabkan banyak gas
CO2 yang terbawa ke HP decomposer. Level yang tinggi akan
meningkatkan reaksi pembentukkan biuret dan hidrolisa urea
:NH2COONH2 + H2O 2NH3 + CO2 - Q2NH2CONH2 NH2COONH4 (biuret) + NH3 -
QLevel dijaga pada rentang 30-38%. Pengendalian level dilakukan
dengan mengatur bukaan valve pada bagian keluaran. Selain dengan
menggunakan pemanas, penguraian karbamat dapat dilakukan dengan
meningkatkan tekanan parsial CO2. Aliran CO2 rendah akan menurunkan
penguraian karbamat, sedangkan aliran CO2 yang tinggi akan
menurunkan perbandingan molar NH3/CO2 pada reaktor. Laju alir CO2
tergantung pada jumlah produksi. Steam berfungsi sebagai pemanas,
apabila tekanan steam meningkat dengan sendirinya temperatur
meningkat. Peningkatan temperatur dapat mengakibatkan terjadinya
pembentukkan biuret dan hidrolisa urea. Tekanan steam rendah, kalor
yang dibutuhkan untuk menguraikan karbamat tidak mencukupi sehingga
efisiensi stripper menurun. Larutan urea keluaran stripper
diekspansi hingga tekanan menjadi 18-19 kg/cm2 dan temperatur
135-136oC.
Scrubber berfungsi untuk mengabsorp gas-gas dari reaktor dengan
menggunkan larutan karbamat recycle. Absorpsi terjadi dengan adanya
reaksi pembentukkan karbamat dari gas-gas tersebut.
2NH3 + CO2 NH4COONH2 + Q
Larutan dialirkan ke carbamate condenser. Gas-gas yang tidak
terabsorp dikirim ke HP decomposer untuk diabsorp lebih lanjut.
Didalam carbamat condensor gas dikondensasikan dan diabsorbsi oleh
larutan karbamat recycle dari tahap recovery. Kedua condenser
dioperasikan tekanan 163-170 kg/cm2 dan temperatur 173,5-175oC.
Sebagian besar larutan karbamat terbentuk pada bagian ini. 2NH3 +
CO2 NH4COONH2 + QCarbamat condensor no 1 berfungsi mengabsorp gas
menggunakan larutan karbamat dari scrubber dan memanfaatkan panas
reaksi untuk menghasilkan steam. Larutan karbamat yang terbentuk
dialirkan ke reaktor. Apabila temperatur tinggi maka temperatur
pada reaktor meningkat dan sebaliknya. Steam yang dihasilkan
diperlukan kontrol terhadap tekananya. Peningkatan tekanan steam
akan menurunkan kalor yang diserap dari carbamat condensor no 1,
dan hal ini akan mengakibatkan peningkatan pada temperatur bawah
reaktor. Carbamat condensor no 2 berfungsi mengabsorp gas
menggunakan larutan karbamat recycle dan panas reaksi dimanfaatkan
untuk memanaskan larutan urea sebelum masuk ke HP decomposer.
Larutan karbamat yang terbentuk diproses lebih lanjut pada reaktor
membentuk urea. Larutan urea dipanaskan pada bagian shell, dengan
pemanasan ini karbamat yang tersisa akan terurai menjadi amoniak
dan CO2. Temperatur reaksi perlu dikontrol, karena proses ini
mempengaruhi kondisi proses pada reaktor dan HP decomposer. Apabila
temperatur rendah maka temperatur reaktor dan HP decomposer turun.
Penurunan temperatur pada HP decomposer akan menambah beban pada
tahap purifikasi. Larutan urea yang dipanaskan pada bagian shell
carbamat condensor no 2 dialirkan ke tahap purifikasi.Gambar 1.
Blok Diagram Seksi Sintesis Urea
3.2 Seksi PurifikasiPada tahap ini ammonium karbamat, air dan
NH3 yang terkandung larutan urea diuraikan dan dipisahkan dengan
cara pemanasan dan penurunan tekanan. Reaksi yang terjadi :
NH2COONH4 2 NH3 + CO2 - Q
Di dalam HP decomposer karbamat yang masih diuraikan menggunakan
pemanas menggunakan steam condensate di dalam falling film type
internal heat exchanger. Untuk mencegah korosi pada vessel
dimasukkan gas keluaran scrubber, karena gas mengandung oksigen.
Temperatur operasi menunjukkan jumlah kalor yang tersedia .
Temperatur rendah akan menurunkan jumlah dekomposisi karbamat
sehingga menambah beban LP decomposer. Temperatur tinggi dapat
menyebabkan korosi pada peralatan dan pembentukkan biuret serta
hidrolisa air :
NH2COONH2 + H2O 2NH3 + CO2 - Q
2NH2CONH2 NH2COONH4 (biuret) + NH3 - Q
Hp decomposer beroperasi pada temperatur 158-159oC. Laju
dekomposisi meningkat dengan penurunan tekanan operasi dan
sebaliknya. Tetapi tekanan yang terlalu rendah akan menurunkan
temperatur operasi. Beroperasi pada tekanan 17-17,5 kg/cm2. Level
menunjukkan lamanya larutan di dalam HP decomposer. Level yang
tinggi dapat menyebabkan terjadi reaksi samping berupa pembentukkan
biuret. Level rendah akan menyebabkan terjadinya kesalahan
pengukuran pada alat kontrol temperatur. Bila ini terus berlanjut
akan menyebabkan tekanan larutan menuju LP decomposer melebihi
tekanan desain. Level pada HP decomposer dijaga pada 31-33%.
Larutan urea dari HP decomposer dialirkan ke LP Decomposer.Larutan
urea dari HP Decomposer yang masih mengandung NH3, CO2 dan karbamat
dimurnikan lebih lanjut. Proses pemurnian dilakukan dengan
penurunan tekanan menjadi 2,5-2,6 kg/cm2, pemanasan dengan steam
condensate dan CO2 stripping. Agar proses pemurnian berjalan dengan
baik perlu dikontrol. Peningkatan temperatur akan mempermudah
pelepasan gas dari larutan, tetapi apabila temperatur terlalu
tinggi akan terjadi pembentukkan biuret dan hidrolisa urea.
Temperatur operasi LP decomposer adalah 123-1250C.Penurunan tekanan
akan meningkatkan laju dekomposisi dan pelepasan gas dari larutan.
Tekanan terlalu rendah dapat membuat larutan menjadi pekat dan
sulit untuk dialirkan. Tekanan operasi pada 2,5-2,6 kg/cm2.
Penambahan gas CO2 pada LP Decomposer berfungsi untuk mempercepat
proses dekomposisi karbamat dan pemisahan gas-gas yang terlarut.
Aliran gas CO2 rendah akan menurunkan kemampuan dari decomposer.
Tetapi laju CO2 terlalu tinggi akan meningkatkan kadar CO2 dan
titik leleh larutan meningkat. Penurunan tititk leleh akan
menyebabkan pembentukkan kristal urea dalam aliran dan sulit untuk
dialirkan. Laju alir CO2 dijaga pada laju 150-160 Nm3/jam. Larutan
urea selanjutnya dikirim flash separator untuk memisahkan gas-gas
yang masih tersisa. Larutan urea diekspansi menjadi tekanan
atmosfer dan gas-gas yang terlarut akan terlepas. Gas yang
terbentuk dipisahkan dalam flash separator dan dikirim ke tahap
recovery. Larutan urea dialirkan ke urea solution tank.
Gambar 2. Blok Diagram Seksi Purifikasi3.3 Seksi Konsentrasi
Dalam tahap ini larutan urea dipekatkan mencapai 99,7% berat
sebelum dikirim ke prilling tower. Pemekatan larutan dilakukan
dengan menguap air yang terdapat dalam larutan menggunakan
pemanasan dan tekanan vakum. Larutan urea dari urea solution tank
dipompakan ke dalam vacum consentration. Larutan urea divakumkan
menggunakan steam ejector hingga kevakuman 125-185 mmHg (kondisi
desain 150 mmHg) Dengan pemvakuman akan menurunkan titik didih air.
Panas untuk penguapan diperoleh dari panas reaksi pada HP
absorber.
Pada tekanan vakum 150 mmHg air memiliki titik didih 80oC.
Dengan penurunan titik didih air akan mempermudah pemisahan air
dari larutan. Temperatur operasi dijaga di atas titik didih air.
Temperatur operasi pada 81-81oC. Kondisi vakum mempengaruhi
densitas kristal. Tingkat kevakuman rendah akan meningkatkan
temperatur dan densitas kristal menurun. Tingkat kevakuman tinggi
menurunkan titik didih air sehingga banyak air yang menguap dan
densitas kristal meningkat. Peningkatan kristal terlalu tinggi dan
menyebabkan penyumbatan pada pipa. Larutan dengan kepekatan sekitar
84% berat selanjutnya dipanaskan pada heater menggunakan steam
tekanan rendah hingga temperatur 133-134oC. Larutan selanjutnya
dimasukkan ke dalam vacuum concentrator atas. Di dalam alat ini
larutan urea dipekatkan lebih lanjut hingga mencapai konsentrasi
97,7% berat. Temperatur operasi berkisar 133-134oC. Temperatur
terlalu rendah akan menyebabkan terjadinya choking (penyumbatan
pada pipa karena pembentukkan kristal urea). Temperatur terlalu
tinggi akan mendorong terbentuknya biuret. Tingkat kevakuman yang
tinggi akan meningkatkan konsentrasi urea, tetapi apabila terlalu
tinggi dapat menyebabkan choking pada pipa aliran. Tingkat
kevakuman rendah akan menurunkan konsentrasi urea dan menambah
beban pada final separator.
Pada bagian ini larutan urea dipekatkan hingga konsentrasi
99,7%. Pemekatan dilakukan dengan cara pemanasan pada Final
Concentration dan pemvakuman di final separator. Larutan urea dari
dipanaskan menggunakan steam tekanan rendah hingga temperatur
138,5-140oC. Apabila temperatur rendah dari rentang ini akan
menyebabkan pembentukkan padatan/kristal uera pada pipa dan vessel,
karena titik leleh urea pada tekanan desain alat adalah 138oC.
Tetapi temperatur terlalu tinggi akan meningkatkan pembentukkan
biuret.
Tekanan operasi pada final separator 36-47 mmHg. Tingkat
kevakuman yang rendah akan menyebabkan kadar uap air dalam urea
prill meningkat. Waktu pemekatan dalam diatur dengan ketinggian
level bawah vessel. Level operasi pada 70-86% dan ini tergantung
pada kapasitas produksi. Level yang terlalu tinggi akan menyebabkan
peningkatan pembentukkan biuret. Larutan urea dikirim ke tahap
pembutiran.
Gambar 3. Blok diagram Seksi Konsentrasi 3.2 Seksi
PembutiranLarutan urea dengan konsentrasi 99,7% berat dilairkan ke
dalam prilling tower. Di dalam prilling tower larutan urea dispray,
didinginkan dan dipadatkan untuk memperoleh urea prill. Larutan
urea dari FA-203 dipompakan ke Head tank. Kemudian, larutan
dialirkan ke distributor yang berupa acoustic granulator. Pada
acoustic granulator larutan urea dispray dalam bentuk
tetesan-tetesan. Untuk menghasilkan butiran perlu dijaga temperatur
dari larutan urea. Temperatur operasi 139-140oC. Temperatur di
bawah rentang ini akan menyebabkan choking, karena larutan urea
akan membentuk kristal/padatan. Temperatur lebih tinggi akan
meningkatkan pembentukkan biuret. Larutan urea dialirkan secara
gravitasi, maka perlu dijaga level pada head tank. Level tangki
dijaga pada level 50-70%. Level lebih rendah akan menghasilkan
aliran larutan urea yang lebih kecil sehingga kualitas produk
menurun. Level tinggi meningkatkan pembentukkan biuret.
Tetesan urea dari accoustic granulator didinginkan pada
fluidizing cooler menggunakan udara dari blower yang terlebih
dahulu dipanaskan air heater menggunakan steam. Temperatur adalah
variabel yang perlu dikendalikan. Temperatur operasi rendah akan
menghasilkan produk urea prill dibawah temperatur lingkungan.
Ketika produk keluar dari proses pembutiran akan kontak dengan
lingkungan, temperatur produk akan naik mencapai temperatur
lingkungan. Peningkatan temperatur diikuti dengan absorpsi uap air
dari udara. Temperatur tinggi pendinginan tidak merata pada urea
prill dan terbentuk aglomerasi. Butiran urea akan disaring
menggunakan bar screen, butiran dengan ukuran diameter lebih besar
dari 1,7 mm akan dilarutkan kembali di dissolving tank dicampur
dengan larutan pencuci dari dust chamber. Urea prill yang memenuhi
spesifikasi dispray dengan uresoft untuk mencegah pengumpalan
sebelum dikirim ke pengantongan.Debu urea dari proses pembutiran
akan direcover pada dedusting system. Dedusting system terdiri dari
Dust Chamber untuk menangkap debu, circulation pump dan induce fan
untuk menghisap udara panas. Debu urea yang terbawa oleh udara
pendingin ditangkap pada dust chumber, debu yang tertangkap dicuci
dengan menggunakan larutan pencuci dengan cara dispray. Pada bagian
atas terdapat demister yang berfungsi untuk menahan debu dan cairan
yang tidak terabsorp pada packed bed. Sebagian larutan dikirim ke
urea solution tank dan sebagian lagi dikirim ke dissolving tank
untuk dicampur dengan off spec urea dan disirkulasi untuk pencucian
dust chamber dan demister.
Gambar 4. Blok diagram Seksi konsentrasi3.3 Tahap RecoveryGas
NH3 dan CO2 yang terlepas dari tahap purifikasi diabsorpsi dalam
tahap recovery menggunakan kondensat proses sebagai absorben. Gas
NH3 dan CO2 diabsorpsi membentuk karbamat dan aqua amoniak :2NH3 +
CO2 NH4COONH2 + QNH3 + H2O NH4OH+ QGas CO2 dan NH3 keluaran HP
Decomposer dikontakkan absorben berupa larutan karbamat dari LP
absorber. Aliran gas dimasukkan pada bagian bawah dan
didistribusikan melalui nosel dan absorben dialirkan dari bagian
atas. Pengontakkan menghasilkan reaksi pembentukkan karbamat dan
aqua amoniak, kedua senyawa ini terlarut di dalam absorben. Proses
absorpsi menghasilkan panas dan dimanfaatkan untuk pemanasan
larutan urea di vacuum concentrator dan produksi air panas. Gas
yang tidak terabsorp dialirkan ke washing column untuk diabsorp
lebih lanjut. Agar proses absorpsi berlangsung dengan efisien perlu
dikontrol :Level larutan dalam HP absorber menentukkan waktu kontak
antara absorben dan gas. Level rendah akan menghasilkan proses
absorpsi yang tidak efisien. Level tinggi akan menyebabkan sebagian
absorben terbawa aliran gas. Level operasi 65-75%. Proses absorpsi
bersifat eksotermis, sehingga temperatur tinggi akan menurunkan
efisiensi absorpsi dan aliran gas meningkat. Dengan adanya
pembentukkan karbamat dalam absorben, temperatur absorben harus
dijaga agar tidak terjadi pembentukkan kristal karbamat.
Pembentukkan kristal terjadi temperatur rendah dan ini akan
menyumbat aliran larutan karbamat. Temperatur operasi dijaga pada
58-98oC. Larutan karbamat dipompa dengan carbamate pump menuju
scrubber dan carbamate condenser.Gas NH3 dan CO2 keluaran LP
decomposer diabsorp dengan larutan absorben. Proses absorpsi sama
dengan proses di HP absorber. Temperatur operasi dijaga di atas
40oC. Pada temperatur ini akan terjadi pembentukkan padatan
karbamat. Untuk menjaga efisiensi absorpsi diperlukan waktu kontak
yang mencukupi. Level operasi 64-85%, pada level ini waktu kontak
untuk absorpsi mencukupi. Gas yang tidak terabsorp dialirkan final
absorber untuk diabsorp lebih lanjut. Larutan absorben dialirkan ke
washing coloumn kolom bawah.
Washing column berfungsi mengabsorp gas-gas yang tidak terabsorp
di HP Absorber. Washing coloumn terbagi atas dua kolom. Kolom bawah
berfungsi mengabsorp gas keluaran dengan menggunakan absorben dari
LP absorber dan kolom atas berfungsi mengabsorp gas dari kolom
bawah menggunakan kondensat proses. Gas-gas yang tidak terabsorb
dibuang ke atmosfer. Temperatur atas yang terlalu tinggi akan
menyebabkan gas yang keluar mengandung banyak NH3 dan CO2. Tekanan
operasi rendah akan menyebabkan gasifikasi larutan karbamat.
Gambar 5. Blok diagram Seksi recovery3.4 Pengolahan
KondensatTahap ini berfungsi untuk mengambil urea, gas NH3 dan CO2
yang terikut dalam uap air yang terdapat pada tahap pemekatan. Uap
air yang terbentuk di tahap evaporasi ditarik oleh steam ejector
dan dikondensasikan di surface condenser. Uap air yang
terkondensasi ditampung di dalam process condensate tank. Uap yang
tidak terkondensasi ditarik oleh second ejector dan dimasukkan ke
dalam final absorber. Di dalam absorber gas dikontakkan dengan
kondensat proses dari proses condensate tank. Dengan pengontakkan
ini uap air akan terkondensasi dan NH3 dan CO2 terkonversi menjadi
karbamat dan aqua amoniak. Gas-gas yang tidak terabsorb diventing
ke atmosfer membentuk karbamat dan aqua amoniak :2NH3 + CO2
NH4COONH2 + QNH3 + H2O NH4OH+ QDi dalam kondensat proses terdapat
karbamat, urea dan aqua amoniak. Sebelum dikirim ke utilitas,
senyawa-senyawa ini harus dipisahkan. Kondensat proses dari
condensate tank dipompakan ke kolom atas. Pada kolom atas larutan
distripping menggunakan gas keluaran urea hydrolizer dan pemanasan
dengan steam. Karbamat dan aqua amoniak akan terurai menjadi NH3,
CO2 dan H2O.NH4COONH2
2NH3 + CO2 - QNH4OH
NH3 + H2O - QGas yang terbentuk dari proses stripping dikirim ke
LP Decomposer. Kondensat keluaran kolom atas dimasukkan ke bagian
bawah kolom urea hydrolizer. Di dalam kolom kondensat dikontakkan
dengan steam dan urea yang terkandung di dalamnya akan
terhidrolisis :NH2CONH2 + H2O
2NH3 + CO2 - QGas dari proses dialirkan ke kolom atas PC
Stripper dan kondensat dialirkan ke preheater for urea hydrolizer
untuk memanaskan kondensat masukkan urea hydrolizer. Kondensat
selanjutnya dialirkan ke kolom bawah PC Stripper dan kontak dengan
steam untuk menguraikan dan memisahkan sisa-sisa urea, aqua amoniak
dan karbamat. Kondensat keluar melalui bagian bawah kolom dan
didinginkan pada preheater for PC stripper menggunakan kondensat
masukkan PC stripper. Kondensat sebagian digunakan sebagai scrubber
di prilling tower dan sebagian lagi dialirkan ke water tank.
Gambar 6. Blok Diagram Seksi Pengolahan Kondensat
BAB IV
PENUTUP3.1 KesimpulanUrea merupakan persenyawaan organik, tidak
bermuatan listrik, titik leleh sebesar 132,7oC, panas leleh 60
kal/gram, titik didih dalam air 115 oC, berbentuk butiran berwarna
putih, rumus kimia CO(NH2)2 secara kimiawi maupun fisiologis urea
merupakan pupuk netral, tidak menyebabkan tanah menjadi asam, dan
urea juga bersifat higroskopis.Industri pupuk unit amonia memiliki
peranan penting untuk industri pupuk lainnya.Dalam pembuatan amonia
ini harus diperhatikan komponen-komponen yang bisa mengurangi hasil
amonia yang dihasilkan seperti adanya kadar CO,CO2 berlebih dan
harus memperhatikan perlakuan terhadap kondisi operasinya. Urea
merupakan padatan butiran atau prill yang diperoleh dari hasil
sintesa reaksi antara ammonia (NH3) dengan karbondioksida (CO2).
Pupuk ini mengandung nitrogen minimal 46% diantara semua pupuk
padatan. Pupuk nitrogen ini digunakan untuk pertumbuhan batang dan
daun. Urea mudah larut dalam air dan tidak mempunyai residu garam
sesudah pemakaian untuk tanaman. Urea sendiri dibuat dalam 6
tahapan yaitu tahap sintesis, tahap purifikasi, tahap konsentrasi,
tahap recovery, tahap pengolahan kondensat dan tahap pembutiran.3.2
Saran
Dari penyusunan makalah ini,dapat mengetahui bahwa proses
pembuatan urea di industri itu perlu memperhatikan banyak
hal.Penyusunan makalah ini memperoleh teori dari berbagai sumber
sehingga ada beberapa kondisi operasi yang berbeda selain itu ada
pula industri yang mempunya proses lebih lengkap namun masih kurang
dalam pembuatan simbol alat.
Dalam perkembangan industri saat ini perlu diketahui hal-hal
baru yang menyangkut proses di industri agar penggunaan bahan baku
serta alat lebih efisien dan efektif. Diharapkan Indonesia mampu
membuat alat industri sendiri sehingga tidak perlu impor peralatan
industri yang bisa mengurangi anggaran belanja pemerintah.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim.2013.PengertianUrea.http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/27998/3/Chapter%20II.pdf.
Diakses tanggal01 April
2014Anonim.2007.Urea.http://pusri.wordpress.com/2007/11/08/urea-granular-langkah-pertama-menuju
efisiensi-pemupukan/.Di akses tanggal 01 April
2014Aditia.2011.KegunaanUrea.http://aditsipemalas.blogspot.com/2011/01/pengertian-pupuk-urea.htmlI.
Diakses tangga 01 April 2014
Nina Herfiana. 2011. Laporan Kerja Praktek Unit Urea PT.
Petrokimia Gresik Jawa Timur. Semarang.
UPN. 2011. Laporan Kerja Praktek Unit Urea IA PT. Petrokimia
Gresik Jawa Timur. Jawa Timur
26