© Manufacture of Calsium Chloride from CaCO3 and HCl

Calsium clorida merupakan senyawa ionik kalsium dan klorin. Garam ini sangat larut dalam air. Garam yang padat pada suhu kamar, dan berperilaku sebagai tipe halida ion. Beberapa aplikasi umum untuk calcium chloride antara lain sebagai brine untuk industri refrigeration. Es dan pengendalian debu di jalan-jalan, dan di semen. Karena sifat higroskopis, ia harus disimpan dalam wadah yang tertutup rapat.

Calsium clorida merupakan senyawa anorganik, garam dengan rumus kimia CaCl2. Ini adalah kristal berwarna padat pada suhu kamar, sangat larut dalam air. Calsium clorida yang biasa ditemui salah satu dari berbagai padatan terhidrasi dengan CaCl₂.(H₂O)x rumus generik, di mana x = 0, 1, 2, 4, dan 6. Senyawa ini terutama digunakan untuk penghilang es (deicing) dan pengendalian debu. Karena garam anhidrat adalah higroskopis, itu digunakan sebagai pengering.

Calsium clorida terjadi sebagai penguapan dari mineral langka sinjarite (dihidrat) dan antarcticite (hexahydrate). Terkait mineral kloro kalsit (kalium kalsium klorida, KCaCl₃) dan tachy hydrite (kalsium magnesium klorida, CaMg₂Cl₆.12H₂O) juga sangat jarang.

Di sebagian besar dunia, calsium clorida berasal dari batu kapur sebagai hasil samping dari proses Solvay: konsumsi Amerika Utara pada tahun 2002 adalah 1.687.000 ton.

2 NaCl + CaCO₃ ===>  Na₂CO₃ + CaCl₂

Di AS, sebagian besar calsium clorida diperoleh dengan pemurnian dari air garam. Dow Chemical Company membangun fasiltas di Michigan yang menghasilkan sekitar 35% dari total kapasitas produksi kalsium klorida di AS.

Dengan menekan titik beku air, calsium clorida digunakan untuk mencegah pembentukan es dan digunakan untuk deice. Aplikasi ini mengkonsumsi jumlah terbesar dari kalsium klorida. Kalsium klorida relatif tidak berbahaya bagi tanaman dan tanah. Sebagai agen deicing, itu lebih efektif pada suhu lebih rendah dari natrium klorida. Ketika didistribusikan untuk penggunaan ini, biasanya mengambil bentuk kecil, bola putih dengan diameter beberapa milimeter, disebut prill. Solusi kalsium klorida dapat mencegah pembekuan pada suhu serendah -52°C (-62°F), sehingga ideal untuk penerapan untuk pengisi ban sebagai pemberat cair, membantu daya cengkeram di musim dingin.

Calsium clorida digunakan untuk meningkatkan kesadahan air di kolam renang. Proses ini mengurangi erosi beton di kolam renang. Dengan prinsip Le Chatelier dan efek ion umum, meningkatkan konsentrasi kalsium dalam air akan mengurangi pelepasan senyawa kalsium penting untuk struktur beton.

(https://en.wikipedia.org/wiki/Calcium_chloride)

REAKSI KIMIA

      

      Calsium klorida dihasilkan oleh reaksi asam klorida dengan calcium carbonat dalam media air. Reaktan akan direaksikan pada kondisi suhu 50°C dan tekanan atmosferis. Reaksi harus cukup air sehingga bisa sebagai media reaksi yang baik dimana CaCl₂ hasil akan terlarut semuanya dalam air, sehingga sisa CaCO₃ yang tidak larut bisa dipisahkan dari CaCl₂. Konversi reaksi cukup tinggi Namun demikian waktu reaksinya cukup lama sebagaimana reaksi yang melibatkan padatan garam bisa sampai 6-9 jam.

Persamaan reaksi kimia: 

     2 HCl_(l)   +  CaCO_3(s)      ===>    CaCl_2(aq)   +  H₂O_(l)   +  CO_2(g) 

Limestone digunakan sebagai sumber calcium carbonat. Di dalam limestone ada mineral lain selain calcium, yaitu Mg dan Fe. Berdasarkan data dari Bahan Galian Industri komposisinya adalah CaCO₃ 99.19%, 

MgO 0.3%, Fe₂O₃ 0.08% dan sisanya air.

Reaksi kimia impuritas:

     2 HCl_(l)   +  MgO_(s)       ===>      MgCl_2(aq)   +    H₂O_(l)

     6 HCl_(l)   +  Fe₂O_3(s)      ===>  2  FeCl_3(aq)    +  3 H₂O_(l)

Di dalam Tangki Netralizer, MgCl₂ dan FeCl₃ dan sisa HCl akan direaksikan dengan Ca(OH)₂ sehingga membentuk reaksi sbb:

     2 HCl_(l)        +    Ca(OH)_2(aq)       ===>      CaCl_2(aq)   +  2  H₂O_(l)

        MgCl_2(aq)  +    Ca(OH)_2(aq)       ===>      CaCl_2(aq)   +      Mg(OH)_2(s)

     2 FeCl_3(aq)    + 3 Ca(OH)_2(aq)       ===>  3  CaCl_2(aq)   +  2  Fe(OH)_{3 (s)}

Mg(OH)₂ dan Fe(OH)₃ adalah padatan sehingga bisa dipisahkan dari larutan CaCl₂ di alat Thickener.

URAIAN PROSES

Pada proses ini, larutan asam klorida 30% diumpankan ke dalam tangki pencampur (TP) untuk diencerkan dengan air proses sehingga konsentrasinya turun menjadi 20%. Kemudian larutan HCl 20% ini diumpankan ke dalam Reaktor. Pada saat yang sama padatan calcium carbonat dengan ukuran yang sudah halus, dari gudang penyimpan diangkut dengan belt conveyor dan bucket elevator untuk diumpankan ke dalam Reaktor.

Reaktor yang digunakan adalah reactor alir tangki berpengaduk (RATB). Di dalam Reaktor terjadi reaksi antara calcium carbonat dan asam klorida membentuk calcium chloride, air dan gas CO₂. Suhu reaksi 50°C dan tekanan operasi 1 atm. Konversi reaksi sebesar 99%. Reaksi bersifat eksotermis maka untuk menjaga suhu reaksi tetap 50°C dibutuhkan pendingin. Pendingin yang digunakan adalah air pendingin yang dialirkan ke dalam coil pendingin di reactor.

Pada sisi atas reactor akan keluar gas carbon dioksida. Pada sisi bawah reactor akan keluar hasil reaksi berupa slurry. Sisa reaktan calcium carbonat yang berupa padatan kemudian dipisahkan di Rotary Drum Filter. Cake calcium carbonat yang keluar dari RDF diangkut ke unit pengolah limbah. Filtrat yang terdiri atas air, calsium chloride, dan pengotor berupa magnesium chloride dan besi chloride kemudian diumpankan ke dalam tangki neutralizer.

Di dalam tangki neutralizer akan diumpankan calcium hidroksida Ca(OH)₂ untuk bereaksi dengan MgCl₂ dan FeCl₃ membentuk Mg(OH)₂ dan Fe(OH)₃ yang kelarutannya dalam air relative kecil sehingga akan membentuk padatan. Selanjutnya hasil reaksi yang keluar dari tangki neutralizer diumpnakan ke dalam Thickener. Dengan waktu tinggal yang cukup maka Mg(OH)₂ dan Fe(OH)₃ akan mengendap dan terpisah dari larutan calcium carbonat.

Larutan jernih yang keluar dari Thickener terdiri atas air dan calcium chloride kemudian diumpankan ke dalam Evaporator. Di dalam Evaporator sebagian besar air akan diuapkan sehingga konsentrasi calcium chloride awal sebesar 25% akan naik menjadi 69%. Umpan yang masuk ke dalam Evaporator selain berasal dari Thickener juga ada umpan yang berasal dari recycle filtrat Centrifugal filter yang merupakan mother liquor larutan calcium chloride dari Crystalizer. Larutan jenuh calcium chloride dari Evaporator selanjutnya diumpankan ke dalam Crystalizer.   .

Crystalizer yang digunakan adalah dengan pendinginan. Pada suhu yang lebih rendah kelarutan calcium chloride dalam air akan mengecil, sehingga yang tidak larut akan membentuk kristal,  Crystaliszer didinginkan sampai 40°C. Terjadi perubahan senyawa dimana ada kompleks yang terbentuk yaitu CaCl₂.2H₂O yang berupa kristal.

Hasil kristalisasi ini kemudian dipisahkan pada Centrifugal filter CF untuk memisahkan larutan mother liquor dari padatan kristal calcium chloride dihidrat. Filtrat yang berupa mother liquor banyak mengandung calcium chloride kemudian direcycle ke dalam Evaporator. Kristal calcium chloride kemudian dikeringkan di dalam rotary drier.

Di dalam rotary drier, calcium chloride dengan kadar air 15% akan dikeringkan sehingga sebagaian air yang terikat akan menguap dan kadar air turun menjadi 0.4%.

( Faith, Keyes, and Clark’s, Industrial Chemical )

DIAGRAM ALIR

DATA UNTUK REAKTOR

Jenis : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB / CSTR)

☻Kondisi operasi
Suhu	: 50°C
Tekanan	: 1 atm
Sifat reaksi	: eksotermis
Kondisi proses	: isotermal - non adiabatis
Pendingin	: air

☻ Kinetika reaksi

 

Reaksi antara calcium carbonat dan asam klorida akan menghasilkan calcium klorida dalam bentuk larutan, air dan gas CO₂. Reaksinya dalam fase cair dimana asam klorida larut dalam air dan calcium carbonat sedikit larut dalam air. Tidak ada reaksi samping yang terjadi, karena pengotor dalam garam umpan berupa air. 

Persamaan reaksi kimia: 

     2 HCl   +  CaCO₃      ===>    CaCl₂   +  H₂O   +  CO₂                          

Persamaan reaksi antara amonium sulfat dan sodium klorida adalah reaksi order 2 dan dinyatakan dengan persamaan kecepatan reaksi :       

r_A = k.C_A.C_B 

k = 72.671 m³/kmol.jam

(Industrial Chemicals, Faith-Keyes, 1975)

dengan:

rA     = kecepatan reaksi	,  kmol/  m3.jam
CA     = konsentrasi asam clorida	,  kmol/  m3
CB     = konsentrasi calsium carbonat	,  kmol/  m3

Dengan harga konstanta kecepatan reaksi sebesar 72.671 m³/kmol.jam, maka akan membutuhkan waktu tinggal selama 6-9 jam untuk reaksi di dalam Reaktor.

Patent untuk pembuatan calcium klorida adalah: United States Patent No. 4704265,  3 November 1987 dengan label: Process for the manufacture of calcium chloride.

Download United States Patent 4704265

Ada juga patent untuk pembuatan calsium klorida United States Patent No. 4299809,  10 November 1981 dengan label: Process for the manufacture of calcium chloride

Patent yang lain yaitu United States Patent No. 3339618,  5 September 1967 dengan label: Process forpreparing powder and granular calcium chloride products.

Selasa, 20 Zulqaidah 1437 H / 23 Agustus 2016 M