TUGAS PIK‒1_7_DANIEL CHRISTIANTO SETYO PRIHANGKOSO_HNO3 1

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS GADJAH MADA

T U G A S

Mata Kuliah

Proses Industri Kimia 1 (PIK 1)

Daniel Christianto Setyo Prihangkoso

14/363234/TK/41412

Dosen Pengampu

Ir. Supranto, M.Sc., Ph.D.

Asam Nitrat (HNO3)

PENDAHULUAN

Asam nitrat merupakan cairan yang sangat korosif, tidak berwarna, dan merupakan agen pengoksidasi

yang sangat kuat, yang dalam keadaan sangat murni tidak begitu stabil dan harus dibuat dari azeotropnya

dengan cara distilasi bersama asam sulfat pekat. Warnanya perlahan-lahan menjadi kuning karena

berdekomposisi ke nitrogen dioksida. Larutan yang mengandung lebih dari 80% HNO3 disebut fuming nitric

acid. Asam nitrat dipakai dalam proses pembuatan cat, pupuk, plastik, deterjen, dan peledak. Adapun

produksi asam nitrat per tahun di seluruh dunia mencapai 60 juta ton, sedangkan di Eropa sendiri mencapai

Gambar 1. Penggunaan asam nitrat

PROSES PRODUKSI ASAM NITRAT (Chemical & Process Design Handbook)

Proses pembuatan asam nitrat dahulu kala yakni dengan cara mereaksikan asam sulfat dan saltpeter

(NaNO3), namun sekarang tidak dipakai lagi dalam industri. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut:

NaNO3 + H2SO4 NaHSO4 + HNO3 (1)

Asam nitrat kini diproduksi dengan cara membakar amonia bersama udara, dengan katalisator platina

(Pt) atau logam mulia lain. Oksida nitrogen yang demikian terbentuk dioksidasi lebih lanjut dan diabsorpsi

air untuk membentuk asam nitrat.

NH3 + 2O2 HNO3 + H2O (2)

TUGAS PIK‒1_7_DANIEL CHRISTIANTO SETYO PRIHANGKOSO_HNO3 2

Gambar 2. Pembuatan asam nitrat

Pada gambar diagram alir di atas, reaktor berisi katalis rhodium-platina (2-10% rhodium) dengan kawat

kassa yang lapisannya 10-30 lembar pada suhu 750-920 °C, tekanan 100 psi, dan waktu kontak 0,3 milidetik.

Setelah didinginkan, gas produk masuk ke menara absorpsi dengan air dan udara yang banyak untuk

mengoksidasi nitric oxide, dan dihidrasikan ke HNO3 dalam air. Gas buang mengandung nitric oxide atau

nitrogen dioksida; gas-gas ini direduksi dengan hidrogen atau metana (CH4) menjadi amonia atau gas

nitrogen.

Konsentrasi HNO3 dalam menara stoneware (Indonesia: periuk belanga) yang berisi asam sulfat 98% akan

menghasilkan 90% asam nitrat sebagai produk atas dan 70-75% asam sulfat sebagai produk bawah. Langkah

terakhir ini diperlukan karena distilasi HNO3 yang sederhana tidak dapat dipakai; membentuk azeotrop

dengan air pada 68% asam. Agen pengering alternatif adalah Mg(NO3)2, yang dapat memekatkan asam

hingga asam nitrat 100%.

Asam nitrat sering kali digunakan untuk pembuatan pupuk, tetapi juga dipakai dalam pembuatan asam

adipat, nitrogliserin, nitroselulosa, amonium pikrat, TNT, nitrobenzena, AgNO3, dan berbagai isosianat.

PROSES PRODUKSI ASAM NITRAT (The University of York)

Produksi asam nitrat ada dua stage, yaitu oksidasi amonia, dan absorpsi oksida nitrogen. Berikut ini

adalah penjelasannya.

1. Oksidasi Amonia

Bagian proses ini melibatkan oksidasi amonia menjadi nitrogen monoksida (nitric oxide). Berikut ini

adalah persamaan reaksinya.

4NH3 (g) + 5O2 (g) ↔ 4NO (g) + 6H2O (g) ΔH = ‒90 kJ.mol-1 (3)

Kondisi yang diperlukan dalam proses pembentukan produk dengan laju reaksi yang sesuai adalah

tekanan yang tinggi, udara berlebih, adanya katalis, serta suhu reaksi yang konsisten terhadap laju reaksi,

efisiensi katalis dan tekanan operasi. Kebanyakan pabrik beroperasi pada tekanan menengah (10-13

atm), dengan pasokan oksigen (udara), paduan logam platina dan rhodium sebagai katalisator, dan suhu

±1200 K.

TUGAS PIK‒1_7_DANIEL CHRISTIANTO SETYO PRIHANGKOSO_HNO3 3

Keuntungan tekanan tinggi adalah hakikatnya mengurangi

ukuran peralatan dan pemipaan yang diperlukan, sehingga

capital cost-nya bisa diminimalkan. Jika memungkinkan, amonia

dibuat pada tempat yang sama. Amonia di-filter untuk

menghilangkan zat pengotor, dan kemudian dicampur dengan

udara terkompresi yang sudah di-filter supaya menghasilkan

campuran 10% amonia dan 90% udara. Perbandingan secara

tepat bergantung pada tekanan operasi dan suhu.

Campuran dilewatkan melalui satu/lebih converter yang

sejajar; setiap converter berisi katalis wire gauze (Indonesia:

kawat kasa) dengan komposisi 90% platina (Pt) dan 10%

rhodium (Rh), dengan suhu 975-1225 K dalam reaktor fixed-bed.

Setidaknya, konversi amonia mampu mencapai 96%.

Rhodium ditambahkan ke platina untuk memberikan kekuatan pada kawat kassa dan mengurangi

kehilangan platina. Karena adanya platina yang hilang selama proses, maka digunakan faktor ekonomi

(0,4 gram platina yang hilang dalam 1000 kg produksi asam nitrat). Baru-baru ini, telah ditemukan bahwa

kawat kassa bentuk ‘tenunan’ meningkatkan efisiensi konversi dan memperpanjang umur katalis.

Perlindungan dilakukan untuk mengurangi oksidasi amonia

ke nitrogen oleh reaksi yang bahkan lebih eksotermis, yang

didukung oleh tekanan tinggi dan katalis yang sangat panas.

Berikut ini adalah reaksinya:

4NH3 (g) + 3O2 (g) ↔ 2N2 (g) + 6H2O (g) (4)

Gas panas yang meninggalkan converter dipakai untuk

mendapatkan superheated steam atau memanaskan gas buang

dari menara absorpsi. Steam bisa dipakai untuk membangkitkan

daya pada turbin uap. Gas panas meninggalkan penghasil steam

sekitar 425 K.

2. Absorpsi Nitrogen Oksida

Selanjutnya, gas-gas didinginkan pada suhu di bawah 315 K. Udara ditambahkan dan gas-gas yang

ada dikompresi kembali hingga 7-12 atm. Suhu naik hingga ± 435 K dan mengharuskan pendinginan

lebih lanjut hingga ± 310 K. Kompresi tambahan dan pendinginan membantu reaksi supaya

kesetimbangannya bergeser ke kanan (ke arah produk):

2NO (g) + O2 (g) ↔ 2NO2 (g) ΔH = ‒115 kJ.mol-1 (5)

2NO2 (g) ↔ N2O4 (g) ΔH = ‒58 kJ.mol-1 (6)

Gas kemudian melewati satu atau lebih menara untuk bertemu dengan aliran air; umumnya

mengalir berlawanan arah terhadap gas. Di menara ini, oksidasi NO berlanjut dan absorpsi terjadi

bersama dengan pembentukan asam nitrat:

3N2O4 (g) + 2H2O (l) ↔ 4HNO3 (aq) + 2NO (g) ΔH = ‒103 kJ.mol-1 (7)

Gambar 3. Kawat kassa dari paduan

logam Pt-Rh yang terpasang pada

converter

Gambar 4. Kawat Pt-Rh ditenun

untuk menghasilkan kassa tenun

TUGAS PIK‒1_7_DANIEL CHRISTIANTO SETYO PRIHANGKOSO_HNO3 4

Gambar 5. Ketika reaksi antara NH3 dan O2 dalam udara berlangsung di katalis kawat kassa,

eksotermitas reaksi mempertahankan suhu dan paduan logam menjadi berwarna merah

Dalam proses di mana NOX tinggal dalam limbah gas, limbah cair dilewatkan melalui katalis bersama

dengan bahan bakar (H2 atau CH4). Oksida nitrogen direduksi menjadi nitrogen. Contohnya:

H2 (g) + NO2 (g) H2O (g) + NO (g) (8)

2H2 (g) + 2NO (g) 2H2O (g) + N2 (g) (9)

Suhu efektif untuk reaksi tersebut bergantung kepada jenis bahan bakarnya; untuk hidrogen maka

suhunya ± 450 K, sedangkan untuk metana suhunya lebih besar lagi, yaitu ± 750 K.

Asam dari menara absorpsi mengandung ± 50-60% asam nitrat (massa), tetapi dapat dinaikkan

produksinya menjadi ± 68% massa. Asam nitrat dan air menghasilkan campuran azeotrop, dengan titik

didih maksimal 395 K, mengandung ± 68% asam nitrat (massa); demikian asam pekat tidak dapat

diperoleh melalui distilasi dari larutan encer. Asam sulfat pekat dipakai untuk mengabsorpsi kandungan

air, dan pada distilasi campuran ini asam nitrat pekat dapat diperoleh. Asam nitrat murni mendidih pada

suhu 359 K.

TUGAS PIK‒1_7_DANIEL CHRISTIANTO SETYO PRIHANGKOSO_HNO3 5

DAFTAR PUSTAKA

Speight, James G. 2002. Chemical and Process Design Handbook. New York: The McGraw-Hill Companies, Inc.

http://www.essentialchemicalindustry.org/chemicals/nitric-acid.html (diakses pada 10 Oktober 2015 pukul

10.02 WIB)

http://www.patana.ac.th/parents/curriculum/Chemistry/units/LR1703.html (diakses pada 10 Oktober 2015

pukul 09.01 WIB)