© Manufacture of Sodium Carbonat from NaCl, NH3 and CO2

Sodium karbonat Na₂CO₃ (biasa disebut soda abu atau soda pencuci) adalah yang produk industri kimia utama sejak tahun pertama. Itu digunakan di zaman kuno untuk pembuatan sabun  dan gelas, menggunakan mineral yang ada di beberapa danau di Afrika, Asia dan Amerika Utara menjadi soda alami, yang disebut trona (Na₂CO₃ • NaHCO₃ • 2H₂O). Di Eropa, yang yang paling penting adalah soda abu yang diproduksi di Spanyol, Normandia, dan Skotlandia dari abu dari beberapa tanaman laut.

Dengan perkembangan industri serta banyak perang yang menyebabkan pembatasan atas perdagangan, permintaan untuk metode lain menghasilkan soda abu tumbuh sangat cepat, jadi bahwa pada tahun 1755 Akademi Ilmu Pengetahuan Perancis mengumumkan kompetisi untuk mendapatkan metode memproduksi soda abu dari natrium klorida secara ekonomis. Hanya 45 tahun kemudian, pada 1790 orang Prancis dokter Nicholas Leblanc mengembangkan metode untuk memenuhi persyaratan ini. Metodenya telah digunakan selama lebih dari 120 tahun.

Pertimbangan ekonomi yang didukung oleh era modern, untuk masa itu, solusi teknis untuk mendapatkan metode baru telah dikembangkan oleh Ernest Solvay. Metode ini digunakan untuk pertama kalinya pada tahun 1865 di sebuah pabrik kimia di Belgium Couillet. Metode Leblanc sepenuhnya telah digantikan oleh metode Solvay yang tetap hingga hari ini, meskipun secara signifikan ada modifikasi variannya, alat utama produksi soda abu (sekitar 80% dari total produksi di dunia).

Harus disebutkan bahwa karena aspek ekonomi dan teknis pabrik menghasilkan soda ash juga menghasilkan: soda kaustik (NaOH), natrium bikarbonat (NaHCO₃), soda kristal (Na₂CO₃ • 10H₂O) serta produk lain seperti CaCl₂, CaCO₃ dan es kering (CO₂). Penggunaan soda dalam berbagai bentuk yang disebutkan di atas sangat luas. Sekitar 30% digunakan dalam pembuatan berbagai garam anorganik seperti: boraks, natrium sulfit, natrium oksalat, natrium dikromat atau natrium nitrat. Soda digunakan antara lain di industri: kaca, baja, logam, kertas dan kulit, pewarna, karet, makanan (sekitar 30%) dan industri sabun dan serbuk cuci (sekitar 20%).

Asal usul istilah soda ash Nama "soda ash" didasarkan pada metode historis utama untuk memperoleh alkali, yang oleh menggunakan air untuk mengekstraknya dari abu. Kata "soda" (dari bahasa Latin Tengah) awalnya disebut tanaman tertentu yang tumbuh di rawa-rawa garam; ditemukan bahwa abu tanaman ini menghasilkan "abu soda" alkali yang bermanfaat. Mengapa natrium karbonat disebut sebagai sabun cuci?

CO₃^2- dari Na₂CO₃ terlarut dapat mengendapkan ion Mg²⁺ dan Ca²⁺ dari air keras sebagai carbonat tidak larut, mencegah mereka untuk membentuk endapan dengan sabun yang menghasilkan buih. Untuk alasan ini, natrium karbonat  juga dikenal sebagai sabun cuci.  Soda ash digunakan untuk menghasilkan NaHSO₃ yang diperlukan untuk metode sulfit untuk memisahkan lignin dari selulosa. Sodium karbonat menghilangkan minyak dari wol dan menetralkan larutan asam. Na₂CO₃ digunakan untuk menghilangkan SO_2(g) dari gas buang di pembangkit listrik.

Na₂CO₃ diproduksi oleh dua proses:

-Proses Leblanc

-Proses Ernest Solvay

Proses Solvay (juga dikenal sebagai proses amonia-soda), yang dikembangkan pada tahun 1861, adalah proses industri utama dunia untuk produksi natrium karbonat (Na₂CO₃), atau soda abu.  Bahan yang dibutuhkan dalam proses Solvay tersedia di sekitar dan tidak mahal.
Riwayat proses solvay

Pada tahun 1861, setelah menyadari dampak polusi dari Proses Leblanc, ahli kimia industri Belgia Ernest Solvay menemukan kembali dan menyempurnakan reaksi Augustin Fresnel. Proses ini memulihkan amonia dalam reaksi untuk digunakan kembali, sehingga membuatnya kurang berbahaya bagi lingkungan. Pada tahun 1874, perusahaan lain telah membeli hak untuk menggunakan proses Solvay di pabrik mereka sendiri. Sekarang pasar produksi natrium karbonat menjadi industri yang booming dengan beberapa pabrik dibuka di seluruh dunia. Pada tahun 1890-an, pabrik proses berbasis Solvay menghasilkan sebagian besar soda dunia.

(10ME_theory Continuous process of sodium bicarbonate production by Solvay method )

( http://www.worldofchemicals.com/wocvid/pub/chemsodiumcarbonate.html )

( http://www.worldofchemicals.com/440/chemistry-articles/manufacturing-of-sodium-carbonate-by-solvay-process.html )

REAKSI KIMIA

Reaksi carbonasi terhadap ammonium sodium chloride sehingga dihasilkan senyawa sodium bicarbonat dan ammonium chloride. Reaksi terjadi tanpa bantuan katalisator. Langkah pertama yang harus dilakukan adalah melarutkan ammonia dalam larutan sodium chloride sehingga terbentuk senyawa ammonium sodium chloride. Kemudian gas CO₂ dialirkan ke dalam larutan tersebut sehingga bereaksi membentuk sodium bicarbonate yang tidak larut dalam air dan ammonium chloride yang larut dalam air.

Reaksi kimia:

NaCl_(aq)   +   NH_3(aq))  +  H₂O_(l)  +   CO_2(g)      ===>    NH₄Cl_(aq)   +    NaHCO_3(S)

Reaktor yang digunakan adalah reaktor gelembung. Kondisi operasi reaktor tekanan 5 atm dan suhu 60°C dengan konversi NaCl bereaksi cukup besar di atas 95%. Reaksi sendiri bersifat eksotermis (mengeluarkan panas) sehingga memerlukan pendinginan agar suhu reaksi tetap 60°C. Yield untuk proses ini sekitar 95%.

URAIAN PROSES

Garam rakyat diangkut dari gudang penyimpan untuk dilarutkan dengan air dalam Tangki Pelarut 01 (TPL-01).  Larutan NaCl kemudian diumpankan ke dalam Centrifugal Filter (CF) untuk memisahkan kotoran yang terdapat dalam garam umpan. Larutan NaCl kemudian diumpankan ke dalam Tangki Pelarut 02 (TPL-02) untuk menyerap ammonia sehingga terbentuk senyawa ammonium sodium chloride.

Larutan ammonium sodium chloride hasil dari TPL-02 kemudian diumpankan ke dalam Reaktor untuk direaksikan dengan gas CO₂. Sisa gas CO₂ akan keluar dari sisi atas reactor dan dicampur dengan umpan segar gas CO₂. Hasil bawah reactor yang berupa slurry dipisahkan di Rotary Drum Filter (RDF) untuk memisahkan padatan sodium bicarbonate dari larutan ammonium chloride dan sodium chloride.

Cake sodium bicarbonate kemudian masuk ke dalam Calsinizer dan dipanaskan sampai terjadi dekomposisi sodium bicarbonate menjadi sodium carbonate dengan melepas senyawa CO₂.dan H₂O. Produk sodium carbonate kemudian ditampung ke dalam bin atau silo.

Filtrat RDF yang mengandung senyawa ammonium chloride kemudian diumpankan ke dalam Evaporative Crystalizer sehingga terbentuk kristal ammonium chloride. Padatan ammonium chloride dipisahkan dari mother liquoernya di Centrifugal Filter 02 (CF-02). Mother liqueor dikembalikan ke dalam Crystalizer dan cake dikeringkan di dalam Rotary Drier sehingga diperoleh produk samping ammonium chloride dengan kemurnian tinggi.

:36.0pt;line-height: 150%'>Garam rakyat diangkut dari gudang penyimpan untuk dilarutkan dengan air dalam Tangki Pelarut 01 (TPL-01).  Larutan NaCl kemudian diumpankan ke dalam Centrifugal Filter (CF) untuk memisahkan kotoran yang terdapat dalam garam umpan. Larutan NaCl kemudian diumpankan ke dalam Tangki Pelarut 02 (TPL-02) untuk menyerap ammonia sehingga terbentuk senyawa ammonium sodium chloride.

Larutan ammonium sodium chloride hasil dari TPL-02 kemudian diumpankan ke dalam Reaktor untuk direaksikan dengan gas CO₂. Sisa gas CO₂ akan keluar dari sisi atas reactor dan dicampur dengan umpan segar gas CO₂. Hasil bawah reactor yang berupa slurry dipisahkan di Rotary Drum Filter (RDF) untuk memisahkan padatan sodium bicarbonate dari larutan ammonium chloride dan sodium chloride.

Cake sodium bicarbonate kemudian masuk ke dalam Calsinizer dan dipanaskan sampai terjadi dekomposisi sodium bicarbonate menjadi sodium carbonate dengan melepas senyawa CO₂.dan H₂O. Produk sodium carbonate kemudian ditampung ke dalam bin atau silo.

Filtrat RDF yang mengandung senyawa ammonium chloride kemudian diumpankan ke dalam Evaporative Crystalizer sehingga terbentuk kristal ammonium chloride. Padatan ammonium chloride dipisahkan dari mother liquoernya di Centrifugal Filter 02 (CF-02). Mother liqueor dikembalikan ke dalam Crystalizer dan cake dikeringkan di dalam Rotary Drier sehingga diperoleh produk samping ammonium chloride dengan kemurnian tinggi.

:36.0pt;line-height: 150%'>Garam rakyat diangkut dari gudang penyimpan untuk dilarutkan dengan air dalam Tangki Pelarut 01 (TPL-01).  Larutan NaCl kemudian diumpankan ke dalam Centrifugal Filter (CF) untuk memisahkan kotoran yang terdapat dalam garam umpan. Larutan NaCl kemudian diumpankan ke dalam Tangki Pelarut 02 (TPL-02) untuk menyerap ammonia sehingga terbentuk senyawa ammonium sodium chloride.

Larutan ammonium sodium chloride hasil dari TPL-02 kemudian diumpankan ke dalam Reaktor untuk direaksikan dengan gas CO₂. Sisa gas CO₂ akan keluar dari sisi atas reactor dan dicampur dengan umpan segar gas CO₂. Hasil bawah reactor yang berupa slurry dipisahkan di Rotary Drum Filter (RDF) untuk memisahkan padatan sodium bicarbonate dari larutan ammonium chloride dan sodium chloride.

Cake sodium bicarbonate kemudian masuk ke dalam Calsinizer dan dipanaskan sampai terjadi dekomposisi sodium bicarbonate menjadi sodium carbonate dengan melepas senyawa CO₂.dan H₂O. Produk sodium carbonate kemudian ditampung ke dalam bin atau silo. 

2 NaHCO_3(S)       ===>    Na₂CO_3(S) +  H₂O_(g)  +   CO_2(g)

Filtrat RDF yang mengandung senyawa ammonium chloride kemudian diumpankan ke dalam Evaporative Crystalizer sehingga terbentuk kristal ammonium chloride. Padatan ammonium chloride dipisahkan dari mother liquoernya di Centrifugal Filter 02 (CF-02). Mother liqueor dikembalikan ke dalam Crystalizer dan cake dikeringkan di dalam Rotary Drier sehingga diperoleh produk samping ammonium chloride dengan kemurnian tinggi.

DIAGRAM ALIR

DATA UNTUK REAKTOR

REAKTOR 01

Jenis : Reaktor Gelembung

☻Kondisi operasi
Suhu	: 60°C
Tekanan	: 5 atm
Sifat reaksi	: eksotermis
Kondisi proses	: isotermal - non adiabatis
Pendingin	: air

☻ Kinetika reaksi

     Persamaan reaksi kimia:

     NaCl_(aq)   +   NH_3(aq))  +  H₂O_(l)  +   CO_2(g)      ===>    NH₄Cl_(aq)   +    NaHCO_3(S)

Persamaan kecepatan reaksi:

      

dengan:
r_A      = laju persatuan volum cairan bebas gelembung
C_Ag  = konsentrasi gas carbon dioksida, kmol/m³

C_Bl   = konsentrasi sodium chloride dalam larutan, kmol/m³

k       = konstanta kecepatan reaksi
kl      = koefisien transfer massa interface-cairan
ag     = luas interface gelembung gas-cairan persatuan volum cairan
H      = konstanta Henry

Data patent untuk pembuatan sodium carbonat dari sodium chloride, ammonia dan gas CO₂ salah satunya adalah US Patent No. 3.887.689,  3 Juni 1975 dengan label Carbonation of ammoniacal sodium chloride brine

Kamis, 26 Syaban 1440 H / 2 Mei 2019 M