Amonium sulfat atau (NH4)2SO4 adalah garam anorganik yang memiliki beberapa kegunaan, seperti sebagai pupuk pengaya hara tanah atau sebagai bahan tambahan makanan. Amonium sulfat mengandung 21% unsur nitrogen dan 24% unsur belerang. Amonium sulfat akan mengalami penguraian bila dipanaskan hingga suhu 250°C, dan pertama-tama membentuk amonium bisulfat. Jika dipanaskan pada suhu yang lebih tinggi, amonium sulfat akan terurai menjadi amonia. nitrogen, sulfur dioksida, dan air.
Pupuk ZA adalah pupuk kimia buatan yang mengandung amonium sulfat yang dirancang untuk memberi tambahan hara nitrogen dan belerang bagi tanaman. Nama ZA adalah singkatan dari istilah bahasa Belanda, zwavelzure ammoniak.
Wujud pupuk ini butiran kristal mirip garam dapur dan terasa asin di lidah. Pupuk ini higroskopis (mudah menyerap air) walaupun tidak sekuat pupuk urea. Karena ion sulfat sangat mudah larut dalam air sedangkan ion amonium lebih lemah, pupuk ini berpotensi menurunkan pH tanah yang terkena aplikasinya sehingga hanya cocok digunakan pada tanah alkalin. Dibandingkan pupuk lain, seperti amonium nitrat dan urea, pupuk ini mengandung lebih sedikit kadar nitrogen sehingga meningkatkan biaya pemupukan per massa nitrogen yang diberikan pada usaha pertanian, tetapi memberi keuntungan masuknya hara utama lainnya, belerang. Dalam budidaya tebu, ZA adalah pupuk yang wajib diberikan karena tidak memberi efek penurunan kadar gula (rendemen), berbeda dari pemberian urea saja. Pupuk ini bersama dengan pupuk berbahan dasar amonia lainnya telah dilarang penggunaannya di Pakistan dan Afghanistan karena mampu digunakan sebagai bahan pembuat bahan peledak.
Penggunaan utama dari amonium sulfat sebagai pupuk untuk tanah basa. Di tanah ion amonium dilepaskan dan membentuk sejumlah kecil asam, menurunkan keseimbangan pH tanah, sementara kontribusi nitrogen penting bagi pertumbuhan tanaman. Kerugian utama untuk penggunaan amonium sulfat adalah kandungan nitrogen yang rendah relatif terhadap amonium nitrat, yang mengangkat biaya transportasi.
Ini juga digunakan sebagai bahan pembantu pertanian semprot untuk insektisida yang larut dalam air, herbisida, dan fungisida. Juga berfungsi untuk mengikat zat besi dan kation kalsium yang hadir di air sumur dan sel tanaman.
Ammonium sulfat dalam skala lebih kecil digunakan dalam penyusunan garam amonium lainnya, terutama amonium persulfat.
Amonium sulfat telah digunakan sebagai pengawet kayu, namun karena sifat higroskopisnya, penggunaan ini sebagian besar telah dihentikan karena masalah yang terkait dengan logam pengikat korosi, ketidakstabilan dimensi, dan kegagalan finish.
Pada tahap awal dibuat proses untuk mendapatkan senyawa ammonium carbonat. Senyawa ini diperoleh dengan mereaksikan gas ammonia dan carbon dioksida dengan bantuan air di menara carbonilasi.
Reaksi kimia:
Amonium sulfat dihasilkan oleh reaksi dekomposisi ganda gypsum dan ammonium carbonat dalam bentuk larutannya. Reaktan diumpankan secara kontinu ke dalam reaktor membentuk amonium sulfat. Kondisi operasi pada reactor adalah 60°C dan tekanan 1 atm.
Reaksi kimia:
CaSO4.2H2O(aq) + (NH4)2CO3(aq) ====> (NH4) 2SO4(aq) + CaCO3(s)
Reaksi ini dilakukan di dalam reaktor alir tangki berpengaduk (RATB / CSTR). Reaksi bersifat eksotermis. Dengan demikian diperlukan pendinginan agar suhu reaksi bisa dijaga tetap 60°C untuk menjaga jangan sampai terjadi dekomposisi berlebihan dari ammonium carbonat membentuk amonia dan gas CO2.
Reaksi dekomposisi:
(NH4)2CO3(aq) ====> CO2(g) + 2 NH3(g) + H2O(l)
Berdasarkan sifat kelarutan senyawa hasil reaksi harus mengandung air yang hanya cukup untuk melarutkan senyawa ammonium carbonat dan ammonium sulfat sehingga kedua senyawa ini dalam bentuk larutan dan mudah dipisahkan dari senyawa gypsum dan calcium carbonat yang berupa padatan karena tidak terlarut dalam air yang ada. Konversi reaksi cukup tinggi Namun demikian waktu reaksinya cukup lama sebagaimana reaksi yang melibatkan padatan garam bisa sampai 6-9 jam.
Reaksi kimia:
Gas carbon dioksida dan gas ammonia diumpankan ke dalam menara carbonilasi (CT) pada sisi shell bagian bawah, tidak pada bagian dasar. Sebagai penyerap digunakan air yang keluar dari bagian bawah menara absorber (AB) yang sudah mengandung sedikit ammonium carbonat. Hasil bawah menara carbonilasi berupa larutan ammonium carbonat yang kemudian diumpankan ke dalam Reaktor. Sisa gas ammonia dan carbon dioksida yang keluar dari sisi puncak CT kemudian diumpankan ke dalam menara absorber (AB). Sebagai penyerap gas ini digunakan air proses yang berasal dari unit utilitas. Sisa gas dari absorber kemudian ke unit pengolah limbah, sedangkan hasil bawah berupa larutan ammonium carbonat encer yang digunakan sebagai penyerap di CT.
Serbuk gypsum dari penyimpanan diumpankan ke dalam reactor untuk direaksikan dengan ammonium carbonat yang berasal dari menara carbonilasi. Reaktor yang digunakan adalah reactor alir tangki berpengaduk (RATB) dengan jumlah dua yang disusun seri. Reaksi dijalankan pada suhu 60°C dan tekanan 1 atm dengan konversi sekitar 98% dengan waktu tinggal masing-masing 1 jam.
Reaksi yang terjadi:
CaSO4.2H2O(s) + (NH4)2CO3(aq) ====> (NH4) 2SO4(aq) + CaCO3(s) + 2 H2O(l)
(NH4)2CO3(aq) ====> CO2(g) + 2 NH3(g) + H2O(l)
Reaksi yang pertama eksotermis sedangkan reaksi yang kedua endotermis, secara gabungan hasilnya akan eksotermis. Untuk menjaga suhu reaksi tetap 60°C diperlukan pendinginan. Pendingin yang digunakan adalah air yang dialirkan ke dalam coil pendingin di reactor. Gas hasil dekomposisi dialirkan ke dalam menara absorber (AB) untuk diserap dengan air.
Hasil reaksi kemudaian diumpankan ke dalam Rotary Drum Filter (RDF) untuk memisahkan padatan caslsium carbonat dan sisa gypsum. Filtrat yang keluar dari RDF kemudian diumpankan ke dalam Thickhner untuk mengendapkan sisa calcium carbonat dan gypsum yang masih ada. Larutan tanpa endapan yang keluar dari Thickner kemudian diumpankan ke dalam Tangki Netralizer (TN). Larutan ini terdiri atas air, ammonium sulfat dan ammonium carbonat. Di dalam TN ammonium carbonat akan direaksikan dengan asam sulfat sehingga menghasilkan ammonium sulfat.
Reaksi di Tangki Netralizer:
H2SO4(l) + (NH4)2CO3(aq) ====> (NH4) 2SO4(aq) + CO2(g) + H2O(l)
Senyawa keluar TN terdiri atas ammonium sulfat dan air saja.
Larutan ini kemudian diumpankan ke dalam Evaporator (EVA) untuk menguapkan sebagian air sehingga diperoleh larutan ammonium sulfat jenuh. Larutan ini kemudian diumpankan ke dalam Crystallizer (crystallizer pendinginan, CR). Pada suhu yang lebih rendah kelarutan ammonium sulfat akan berkurang, sehingga yang tidak larut akan membentuk kristal. Slurry yang terbentuk kemudian dipisahkan di dalam Centrifugal Filter (CF). Filtrat yang keluar centrifugal filter yang merupakan mother liquor dikembalikan lagi ke Evaporator (EVA) sedangkan cake/padatan dikeringkan di dalam Rotary Drier (RD) sehingga diperoleh kristal ammonium sulfat dengan kemurnian (kadar) 99.5%.
DATA UNTUK REAKTOR
Jenis : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB / CSTR)
| ☻Kondisi operasi | |
| Suhu | : 60°C |
| Tekanan | : 1 atm |
| Sifat reaksi | : eksotermis |
| Kondisi proses | : isotermal - non adiabatis |
| Pendingin | : air |
☻ Kinetika reaksi
Reaksi antara amonium carbonat dan gipsum akan menghasilkan amonium sulfat dalam bentuk larutan dan calcium carbonat dalam bentuk padatan (endapan). Reaksinya dalam fase cair dimana amonium carbonat terlarut dalam air akan bereaksi dengan gypsum yang sedikit larut dalam air.
Persamaan reaksi kimia:
CaSO4.2H2O(s) + (NH4)2CO3(aq) ====> (NH4) 2SO4(aq) + CaCO3(s) + 2 H2O(l)
Persamaan reaksi antara amonium carbonat dan gipsum adalah reaksi order 1 dan dinyatakan dengan persamaan kecepatan reaksi :
rA = k.CA
k = 5.4444 1/jam
dengan:
rA = kecepatan reaksi
|
, kmol/ m3.jam
|
CA = konsentrasi amonium carbonat
|
, kmol/ m3
|
Dengan harga konstanta kecepatan reaksi sebesar 5.444 m3/kmol.jam, maka akan memberikan waktu tinggal selama 6-9 jam, jika menggunakan 1 reaktor RATB. Jika RATB yang digunakan 2 dan disusun seri maka akan memberikan waktu tinggal masing-masing 1 jam untuk konversi total amonium carbonat sebesar 98%.
Banyak patent yang memberikan proses pembuatan ammonium sulfat dengan berbagai cara dan teknik. Diantaranya dengan fase mpan reaktan yang berupa gas atau cair dan tipe reactor yang digunakan berbeda.
Data patent untuk pembuatan amonium sulfat diantaranya adalah United States Patent No 2788269, 9 April 1957 dengan label: Preparation of ammonium sulfate
Juga patent untuk pembuatan amonium sulfat yaitu United States Patent No 3687620, 29 Agustus 1972 dengan label: Manufacture of ammonium sulfate from gypsum
Download United States Patent 3687620
Ada juga patent yang lebih baru untuk pembuatan amonium sulfat yaitu United States Patent US 2014/0044619 A1, 13 Februari 2014 dengan label:
PROCESS FOR CONVERTING FGD GYPSUM TO AMMONIUM SULFATE AND CALCIUM CARBONATE
Download United States Patent US 2014/0044619 A1Senin, 12 Zulqaidah 1437 H / 15 Agustus 2016 M
Tidak ada komentar:
Posting Komentar