Sejarah Karbon Hitam
Karbon hitam disebut "jelaga" di barat dan "shouen" di timur. Pada tahun 1740-an, produksi tanaman dimulai di Amerika Serikat, dan karena metode produksi yang digunakan, maka disebut "lampblack".Istilah "karbon hitam" berasal dari tahun 1870-an, ketika produk yang dibuat dari gas alam dijual dengan nama ini. Dan sejak itu nama itu berlaku.
Proses Pembuatan Karbon Hitam
Karbon hitam dihasilkan dengan membakar minyak atau gas dengan banyak oksigen di dalam tungku besar. Dinding tungku yang dilapisi batu bata menjadi sangat panas karena oksigen dan minyak terbakar. Dengan memvariasikan jumlah minyak dan udara, suhu internal tungku dapat diubah, yang memungkinkan manipulasi ukuran partikel dan koneksi partikel dari karbon hitam yang dihasilkan.
Waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan karbon hitam dari minyak sangat singkat sehingga tidak dapat dikonfirmasi oleh mata manusia.
Metode Tungku Minyak
Metode tungku adalah metode produksi karbon hitam yang menggunakan dekomposisi termal berkelanjutan bahan baku menggunakan panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar dan udara. Untuk menahan suhu tinggi, bagian reaksi khusus dilapisi dengan bahan tahan panas. Udara panas dan bahan bakar (minyak) dimasukkan ke bagian ini untuk menjalani pembakaran sempurna, yang meningkatkan suhu hingga 1300 derajat. Ketika atmosfer bersuhu tinggi terbentuk, minyak bahan baku terus diatomisasi untuk dekomposisi termal.Gas bersuhu tinggi dengan karbon hitam yang terbentuk di hilir reaktor diatomisasi dengan air untuk menurunkan suhunya dengan cepat hingga 1000 derajat, yang menghentikan reaksi. Waktu antara pembentukan karbon hitam dan akhir reaksi sangat singkat—umumnya sekitar beberapa milidetik hingga 2 detik.
Selama proses reaksi singkat ini, penyesuaian yang dilakukan pada bentuk reaktor dan kondisi pembuatan—seperti suhu reaktor dan waktu reaksi—memungkinkan pembuatan karbon hitam dengan ukuran dan struktur partikel yang berbeda (ikatan partikel).
Metode Lampu Hitam
Metode ini telah digunakan sejak zaman kuno dan terdiri dari memanaskan resin dari pohon untuk menghasilkan karbon hitam. Di Eropa, metode ini digunakan sampai pertengahan tahun 1930-an, ketika digantikan oleh metode tungku. Peralatan pembuatan jelaga terdiri dari pelat logam untuk menempatkan bahan baku, dan penutup dengan lapisan tahan panas untuk pengumpulan. Di antara pelat logam dan penutup, ada ruang di mana udara dapat menembus. Menyesuaikan jumlah udara mengontrol kualitas karbon hitam. Panas radiasi dari penutup menguapkan bahan mentah dan menghasilkan pembakaran parsial, menghasilkan karbon hitam.
Meningkatnya
permintaan karbon hitam menyebabkan proses produksi baru. Proses terpenting
saat ini adalah proses furnace black. Ini dikembangkan di Amerika Serikat pada
1930-an dan secara substansial meningkat setelah Perang Dunia II. Ini adalah
proses berkelanjutan, yang memungkinkan produksi berbagai kadar karbon hitam di
bawah kondisi yang dikontrol dengan cermat. Hampir semua kualitas karet dan
bagian penting dari karbon hitam tingkat pigmen sekarang diproduksi oleh proses
hitam tungku. Namun demikian, proses lain, seperti proses hitam gas, hitam
lampu, hitam termal, dan hitam asetilen, masih digunakan untuk produksi
spesialisasi.
Sementara
karbon hitam secara eksklusif digunakan sebagai pigmen sampai awal abad ini,
penggunaannya sebagai pengisi aktif dalam karet adalah titik awal untuk
aplikasi baru yang berkembang pesat. Dalam produksi ban mobil, ditemukan bahwa
tapak yang diisi dengan karbon hitam memiliki ketahanan abrasi yang jauh lebih
tinggi daripada yang diisi dengan seng oksida. Penemuan ini, bersama dengan
meningkatnya penggunaan kendaraan bermotor, merupakan dasar dari pentingnya
karbon hitam saat ini sebagai pengisi karet.
Saat
ini setidaknya 35 tingkat karbon hitam yang berbeda digunakan sebagai pengisi
karet, dan sekitar 80 digunakan dalam pigmen atau aplikasi khusus. Total
produksi dunia pada tahun 1994 adalah 6 × 106 t, dimana ca. 90% digunakan dalam
industri karet.
( Ullmann's Encyclopedia of
Industrial Chemistry, 6 Edition,2002 )
REAKSI KIMIA
Reaksi pirolisis Methane menjadi carbon
merupakan reaksi organik yang kompleks,
dan melibatkan terjadinya reaksi samping yang berupa reaksi oksidasi menjadi
carbon monoksida dan carbon dioksida.
Persamaan reaksi :
CH4 ────> C + 2 H2
CH4 + 1.5 O2 ────> CO + 2 H2O
CH4 + 2 O2 ────> CO2 + 2 H2O
Reaktor yang digunakan adalah reactor alir pipa. Di dalam Reaktor terjadi reaksi pirolisis dalam fasa gas secara adiabatis. Reaktor beroperasi pada tekanan 8 atm dan suhu antara 1100-1800°C.
Konversi reaksi methane total sekitar 99%, dengan konversi reaksi 1 sekitar 60%.. Secara keseluruhan reaksi bersifat eksotermis (mengeluarkan panas).
URAIAN PROSES
Gas alam dan udara dengan jumlah mol oksigen dalam udara 1,1 kali dari
mol umpan methane, sebelum direaksikan di dalam Reaktor Alir Pipa (RAP)
terlebih dulu dipanaskan di dalam furnace
untuk mencapai suhu reaksi 1100oC, kemudian baru direaksikan di
dalam RAP pada tekanan 8 atm.
Hasil reaksi cracking dari reaktor dengan suhu 1700oC didinginkan
di dalam Quencher (Quench Zone) dengan
menggunakan pendingin air dengan kontak langsung sehingga suhu akan turun drastis
menjadi 200oC.
Selanjutnya
dialirkan menuju Cyclone separator
untuk memisahkan carbon black dari
gas-gas hasil reaksi. Gas buang dari Cyclone
masih mengandung carbon black,
sehingga gas-gas tersebut dialirkan menuju Elektropresipitator
(Bag Filter) untuk dipisahkan carbon blacknya.
Carbon black yang dipisahkan dari Cyclone Separator (CS) dan Elektropresipitator (BF) diangkut dengan
screw conveyor untuk kemudian
diangkut ke silo dengan bucket elevator. Dari silo carbon black dikemas untuk kemudian
disimpan di dalam gudang penyimpanan produk sebelum didistribusikan.
DIGRAM ALIR
DATA UNTUK REAKTOR
REAKTOR
Jenis : Reaktor Alir Pipa
| ☻Kondisi operasi | |
| Suhu | : 1100-1800°C |
| Tekanan | : 8 atm |
| Sifat reaksi | : eksotermis |
| Kondisi proses | : adiabatis–non isothermaal dengan pemanas awal (preheating) dalam furnace |
Reaksi cracking methane menjadi carbon dalam
reaktor merupakan reaksi komplek yang melibatkan banyak reaksi samping. Reaksi
keseluruhan bisa dinyatakan dalam bentuk:
CH4 ────> C + 2 H2
CH4 + 1.5 O2 ────> CO + 2 H2O
CH4 + 2 O2 ────> CO2 + 2 H2O
Persamaan kecepatan reaksi:rA
= k. CA
k = 2.40.1011 e-52100 /
(1.987 T) det-1
(AIChe
Journal, Vol.13 No.1 January 1967)
CA = konsentrasi methane, kmol/m3.
k = konstanta kecepatan reaksi, det-1.
T = suhu, Kelvin
Data US Patent untuk proses produksi Carbon
Black dari Methane adalah United States Patent No 7.655.209 B2, 2 Februari 2010 dengan label Process for Production o Carbon Black.
Selasa, 22 Muharam 1443 H / 31 Agustus 2021 M
Tidak ada komentar:
Posting Komentar