© Manufacture of HF from CaF2

Hidrogen fluorida adalah senyawa kimia dengan rumus kimia HF. Gas atau cairan tak berwarna ini adalah sumber utama industri utama fluorine, sering sebagai larutan disebut asam fluorida. Senyawa ini adalah prekursor banyak senyawa penting termasuk obat-obatan dan polimer (misalnya Teflon). HF secara luas digunakan dalam industri petrokimia sebagai komponen superasam. Hidrogen fluorida mendidih di dekat suhu kamar, jauh lebih tinggi dari hidrogen halida lainnya. Tidak seperti hidrogen halida lainnya, HF lebih ringan dari udara. Hidrogen fluorida adalah gas yang sangat berbahaya, membentuk korosif dan penetrasi asam fluorida pada kontak dengan air. Gas juga dapat menyebabkan kebutaan dengan cepat atas kornea.

Hidrogen fluorida tidak mendidih sampai 20°C berbeda dengan hidrogen halida lebih berat yang mendidih antara -85°C (-120°F) dan -35°C (-30°F). Ikatan hidrogen antara molekul HF menimbulkan viskositas tinggi dalam fase cair dan tekanan diharapkan lebih rendah dalam fase gas.

Hidrogen fluorida larut dalam air (larut dalam berbagai perbandingan), sedangkan hidrogen halida lain memiliki kesenjangan kelarutan besar dengan air. Hidrogen fluorida dan air juga membentuk beberapa senyawa dalam keadaan padat, terutama 1: 1 senyawa yang tidak meleleh sampai -40°C (-40°F), yang merupakan 44°C (79°F) di atas titik leleh HF murni.

Tidak seperti asam halida lainnya, seperti asam klorida, hidrogen fluorida hanya asam lemah dalam larutan encer. Ini adalah sebagian hasil dari kekuatan ikatan hidrogen-fluorine, tetapi juga faktor lain seperti kecenderungan HF, H₂O, dan anion F untuk membentuk kelompok. Pada konsentrasi tinggi, molekul HF menjalani homoassociation untuk membentuk ion poliatomik (seperti bifluoride, HF₂) dan proton, sehingga sangat meningkatkan keasaman. Hal ini menyebabkan protonasi asam yang sangat kuat seperti klorida, sulfat, atau nitrat bila menggunakan larutan asam fluorida pekat. Meskipun asam fluorida dianggap sebagai asam lemah, sangat korosif, bahkan menyerang kaca ketika terhidrasi.

Hidrogen fluorida dihasilkan oleh aksi asam sulfat pada mineral fluoride murni dan juga sebagai hasil samping dari produksi asam fosfat dari berbagai mineral.

Senyawa hidrogen fluoride anhidrat lebih sering digunakan dari pada larutan, asam fluorida. HF berfungsi sebagai katalis dalam proses alkilasi di kilang minyak. Sebuah komponen bensin beroktan tinggi (bensin) disebut "alkilat" yang dihasilkan dalam satuan alkilasi yang menggabungkan C₃ dan C₄ olefin dan iso-butana untuk menghasilkan bensin (gasoline).

HF merupakan pelarut reaktif dalam fluorinasi elektrokimia senyawa organik. Dalam pendekatan ini, HF teroksidasi dengan adanya hidrokarbon dan fluorine yang menggantikan ikatan C-H dengan ikatan C-F. Asam karboksilat perfluorinasi dan asam sulfonat diproduksi dengan cara ini.

Hidrogen fluorida merupakan katalis penting yang digfsunakan di sebagian besar produksi alkil benzena linier di dunia. Proses ini melibatkan dehidrogenasi n-parafin menjadi olefin, dan reaksi selanjutnya dengan benzena menggunakan HF sebagai katalis.

Elemen fluorine, F₂, dibuat dengan elektrolisis larutan HF dan kalium bifluoride. Kalium bifluoride diperlukan karena hidrogen fluoride anhidrat tidak menghantarkan listrik. Beberapa juta kilogram F2 yang dihasilkan setiap tahunnya.

Asil klorida atau asam anhidrida bereaksi dengan hidrogen fluorida memberikan asil fluoride.

HF sering digunakan dalam Palinologi untuk menghilangkan mineral silikat, untuk ekstraksi kista dinoflagellata, acritarchs dan chitinozoans.

1,1-Difluoroethane diproduksi dengan penambahan katalisator merkuri terhadap hidrogen fluorida dan asetilena:

HC≡CH + 2 HF ----->   CH₃CHF₂

Intermediate dalam proses ini adalah vinil fluoride, prekursor monomer untuk polivinil fluorida.

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

REAKSI KIMIA

Hidrogen fluorida dihasilkan oleh aksi asam sulfat pada mineral fluoride fluorspar yang akan menghasilkan gas HF dan calcium sulfat padatan. Komposisi mineral fluorspar adalah CaF₂ dengan pengotor berupa silikat SiO₂. CaCO₃ juga bisa terdapat dalam fluorspar. Dengan adanya komponen selain CaF₂ maka juga ada reaksi samping yang melibatkan impuritas ini. Reaksi terjadi pada suhu 200-250°C dan tekanan atmosferis. Gas HF keluar dari Reaktor (furnace) pada suhu 100-150°C. Konversi reaksi 98% dengan waktu reaksi 30-60 menit.

Reaksi kimia di Reaktor (Furnace):

        CaF_2(s)  +     H₂SO_4(l)                    ===>      CaSO_4(s)   +  2 HF_(g)

     2 CaF_2(s)  +  2 H₂SO_4(l)  + SiO_2(s)    ===>  2  CaSO_4(s)   +  2 H2O_(g) + SiF_4(g)

Reaksi di Absorber:  (dengan adanya air)

        SiF_4(g)   +  2 HF_(aq)  ===>    H₂SiF_6(aq) 

URAIAN PROSES

Sebagai sumber asam sulfat digunakan oleum 20%. Hal ini bertujuan agar bisa menaikan konsentrasi asam sulfat yang keluar dari hasil bawah menara distilasi (MD). Larutan asam sulfat keluar dari hasil bawah MD sebesar 94%. Larutan ini direcycle ke dalam tangki pencampur (TP) bersama dengan oleum 20% yang berasal dari tangki penyimpan. Air proses ditambahkan untuk membuat larutan asam sulfat 98% keluar dari TP.  Asam sulfat 98% keluar TP dibagi 2, sebagian diumpankan ke dalam Reaktor dan sebagian lagi diumpankan ke dalam Absorber 01 (A-01).

Padatan fluorspar (calcium fluoride) diumpankan ke dalam Reaktor melalui system pengangkutan padat, dimana pada sisi masuk akan dipanaskan oleh gas panas  pemanas yang keluar Reaktor. Reaksi terjadi antara asam sulfat dengan calcium fluoride membentuk gas hydrogen fluoride. Reaksi kimia bersifat endotermis (membutuhkan panas) maka diperlukan pemanasan dari luar untuk mempertahankan suhu reaksi rata-rata-200-250°C. Pemanas yang digunakan berasal dari pembakaran gas alam di dapur yang terletak di Reaktor juga. Gas pemanas ini dilewatkan di sisi jaket di dinding Reaktor. Hasil reaksi yang keluar reactor terdiri 2 pengeluaran. Gas yang mengandung senyawa HF akan keluar dari sisi atas dengan suhu 150°C. Gas ini akan melewati system fan dan menara pengering sebelum keluar Reaktor.  Padatan yang mengandung CaSO₄ akan keluar dari sisi bawah dengan suhu 315°C. padatan ini didinginkan sebelum ditampung di gudang.

Gas keluar reactor kemudian didinginkan di cooler sehingga suhu turun menjadi 40°C sebelum diumpankan ke dalam Absorber 01. HF yang terdapat di arus gas ini akan diserap oleh larutan asam sulfat 98% yang berasal dari TP. Hasil penyerapan ini keluar dari (A-01) dari sisi bawah absorber. Selanjutnya diumpankan ke dalam Menara Distilasi (MD-01). Sedangkan gas sisa yang keluar dari (A-01) selanjutnya diumpankan ke dalam Absorber 02 (A-02), dimana senyawa SiF₄ akan bereaksi dengan HF membentuk H₂SiF₆  lewat bantuan media air penyerap . Larutan H₂SiF₆  akan keluar dari sisi bawah Absorber 02 dengan konsentrasi 30%.

Larutan HF, H₂O dan H₂SO₄ dari (A-01) diumpankan ke dalam (MD-01). Di dalam MD-01 senyawa HF akan dipisahkan dari air dan asam sulfat, dan akan diperoleh sebagai hasil atas dengan kemurnian 99.98%.  hasil bawah MD-01 akan mengandung air dan asam sulfat dengan konsentrasi asam sulfat di bawah 98% sehingga harus dipekatkan lagi menjadi asam sulfat 98% dengan mencapurnya dengan oleum 20% di TP. Kondisi operasi di MD-01 yaitu tekanan operasi 3 atm dengan suhu puncak 54°C, suhu umpan 75°C dan suhu hasil bawah 190°C. 

DIAGRAM ALIR

DATA UNTUK REAKTOR

Jenis : Reaktor Furnace (Kiln dengan Pengaduk)

☻Kondisi operasi
Suhu	: 200-250°C
Tekanan	: 1 atm
Sifat reaksi	: endotermis
Kondisi proses	: non isotermal - non adiabatis
Pemanas	: gas panas hasil pembakaran gas alam

☻ Kinetika reaksi

 

                   Reaksi yang terjadi mengikuti persamaan reaksi sebagai berikut:

        CaF_2(s)  +     H₂SO_4(l)                    ===>      CaSO_4(s)   +  2 HF_(g)

     2 CaF_2(s)  +  2 H₂SO_4(l)  + SiO_2(s)    ===>  2  CaSO_4(s)   +  2 H2O_(g) + SiF_4(g)

Waktu tinggal di dalam Reaktor sekitar 30-60 menit.

Suhu reaksi rata-rata 200-250°C. Gas HF keluar pada suhu 150°C dan padatan CaSO4 keluar pada suhu 315°C. (Kirk-othmer, 3ed., 1981, Vol.9, p.619)

Ukuran alat dihitung berdasarkan transfer panas yang terjadi di Kiln.

Patent untuk proses pembuatan HF dari calcium fluoride sangat banyak salah satunya adalah United States Patent 2047210, 14 Juli 1936 dengan label Process for Producing Concentrated Hydrofluoric Acid 

Patent lain untuk pembuatan HF dari calcium fluoride United States Patent 3278265, 11 Oktober 1966 dengan label Process for the manufacture of hydrogen fluoride         

Patent lain untuk pembuatan HF dari calcium fluoride United States Patent 5219551, 15 Juni 1993 dengan label Processfor preparing hydrogen fluoride

Kebondalem...
Sabtu, 24 Zulqaidah 1437 H / 27 Agustus 2016 M