Cara Mengolah pupuk urea

Cara mengunakan Urea

1.              Latar Belakang Permasalahan

Reaktor sintesis urea (52-DC-101) pada seksi sintesa PT. Pupuk Iskandar Muda berdiri sejak tahun 1985 sampai sekarang, telah beroperasi selama 31 tahun. Desain waktu operasi adalah 20 tahun, sehingga sekarang beroperasi lebih dari desain waktu operasinya yaitu 11 tahun. Karena sudah beroperasi lebih dari waktu desain, maka dikhawatirkan tidak dapat beroperasi dengan baik sesuai desain.

Reaktor sintesis urea (52-DC-101) adalah tempat terjadinya reaksi. Sifat kimia dan temperatur yang tinggi membuat banyak bagian di reaktor mengalami korosif. Reaksi untuk mengkonversi CO₂ menjadi urea dipengaruhi oleh beberapa hal yaitu temperatur, tekanan, dan komposisi yang masuk ke reaktor.

Komposisi yang masuk reaktor yaitu NH₃, CO₂ dan recycle carbamat. Komposisi NH₃dan CO₂ dipengaruhi oleh kemurnian. NH₃dan CO₂yang masuk mengalami perubahan persentase kemurnian. Sebelum dimasukkan ke reaktor, NH₃dipanaskan dahulu di ammonia preheater yang dibagian dalamnya tube terbentuk kerak yang diakibatkan oleh kualitas steam yang rendah, sehingga mengalami penurunan pemanasan NH₃ yang masuk reaktor. Recycle carbamat yang masuk ke reaktor dipengaruhi oleh kondisi operasi di recovery urea.

Control valve pada seksi sintesa tidak dapat beroperasi maksimal. Bukaan control valve dilapangan tidak sesuai dengan indikasi di panel control. Hal ini menyebabkan sulit dalam pengoperasian reaktor.

2.        Tujuan Tugas Khusus         

Adapun tujuan tugas khusus ini adalah :

1.      Untuk mempelajari kinerja reaktor sintesis urea (52-DC-101)

2.      Menghitung performance reaktor sintesis urea pada seksi sintesa.

3.              Batasan Masalah

         Dalam menyelesaikan laporan ini,penulis akan menghitung performance reaktor sintesis urea (52-DC-101) pada seksi sintesa.

4.         Landasan Teori

4.1       Pembuatan Urea

Reaksi pembuatan urea pada reactor berlangsung pada suhu dan tekanan yang tinggi. Reaksi berlangsung dalam dua tahap yaitu :

1.      Tahap pertama merupakan reaksi eksotermis kuat, yaitu reaksi antara NH₃ dan CO₂ membentuk larutan karbamat. Reaksi ini berlansung sangat cepat dan sangat perlu dijaga tekanannya pada 250 5 kg/cm²G dan temperature 200^⁰C.

Reaksi : 2NH₃ + CO₂                       NH₂COONH₄         

2.      Tahap kedua merupakan reaksi eksotermis lemah, reaksi ini adalah reaksi dehidrasi ammonium karbamat menjadi urea.

Reaksi : NH₂COONH₄                    NH₂CONH₂ + H₂O

Kedua reaksi diatas adalah reversible dan secara keseluruhan merupakan reaksi eksotermis.Oleh karenaitu, temperature reactor urea (52-DC-101) sangat perlu diperhatikan. Untuk menjaga kondisi reaksi dilakukan pengontrolan dengan cara mengkombinasikan faktor-faktor berikut:

a.       Mengindeksikan ammonia berlebih kedalam reactor, selain untuk menjaga temperature reactor, injeksi ammonia berlebih juga memperkecil kemungkinan terbentuknya biuret.

b.      Pengembalian larutan recycle karbamat ke reactor.

c.       Pemanasan pendahuluan ammonia cair yang masuk ke reactor.

4.2       Kesetimbangan dan Kecepatan Reaksi

            Umumnya reaksi kimia yang terjadi adalah reversible, reaksinya adalah sebagai berikut :

A + B                   C  + D

Kecepatan reaksi ke kanan  : V₁ = K₁.Ca.Cb

Kecepatan reaksi ke kiri       : V₂ = K₂.Cc.Cd

Dimana  :  K₁ = Konstanta kecepatan reaksi ke kanan

                  K₂ = Konstanta kecepatan reaksi ke kiri

                  Ca = Konsentrasi zat A

                  Cb = Konsentrasi zat B

                  Cc = Konsentrasi zat C

                  Cd =  Konsentrasi zat D

Bila kecepatan reaksi pembentukan sama dengan kecepatan reaksi pengurangan maka reaksi tersebut berada dalam kesetimbangan.

V₁ = V₂

K₁.Ca.Cb = K₂.Cc.Cd

K₁/K₂ = Cc.Cd/Ca.Cb

            Kesetimbangan adalah suatu tetapan yang akan dicapai dalam suatu reaksi reversible yang berlangsung dalam sistem tertutup dengan temperature konstan. Reaksi reversible dinyatakan dengan tanda (               ) dan dalam persamaan reaksi dapat ditulis :

aA + bB                      cC + dD

Tetapan kesetimbangan ( K )             

Ada beberapa factor yang mempengaruhi kesetimbangan reaksi, yaitu :

a.                  Temperatur

Jika temperature sistem sistem kesetimbangan dinaikkan maka reaksi sistem menurunkan temperature, kesemtimbangan bergeser ke pihak reaksi yang menyerap kalor (endoterm). Sebaliknya bila temperature diturunkan maka kesetimbangan akan bergeser ke pihak yang mengeluarkan panas (eksoterm).

Reaksi : 2NH₃ + CO₂                      NH₂COONH₄                 Q = 84 KJ/mol

Pada reaksi diatas, kenaikan temperature akan mengakibatkan reaksi bergeser kearah kiri, akibatnya NH₃  dan CO₂ bertambah sedangkan NH₂COONH₄ berkurang, tetapan kesetimbangan menjadi kecil.

b.                 Konsentrasi

Apabila dalam suatu reaksi kimia konsentrasi reaktan dinaikkan maka kesetimbangan akan bergeser kearah lawan penambahan konsentrasi itu.

Reaksi : NH₂CONH₂                    NH₂CONHCONH₂ + NH₃

Pada reaksi diatas, bila NH₃ ditambah maka reaksi akan bergeser kekiri, sehingga lebih banyak urea yang terbentuk dan pembentukan biuret diperkecil.

c.                  Tekanan dan Volume

Penambahan tekanan akan memperkecil volume berarti memperbesar konsentrasi semua komponen maka reaksi sistem adalah mengurangi tekanan sehingga kesetimbangan akan bergeser ke pihak reaksi dengan jumlah koefisien lebih kecil (Keenan, 1986).

 4.3       Persamaan Kimia dan Stoikiometri

Dari suatu persamaan kimia, kita dapat mengetahui data kuantitatif dan kualitatif yang sangat penting untuk perhitungan proses kimia. Stoikiometri menyangkut perbandingan koefisien yang diperoleh dari persamaan reaksi.Reaksi-reaksi di bidang industri jangan sekali yang stoikiometri maka sering digunakan reaktan yang berlebih.Kelebihan ini keluar bersama hasil reaksi, atau terpisah dan dapat digunakan kembali.

Walaupun terjadi penambahan reaktan agar reaksi bisa stoikiometri, tetap saja reaksi tidak berlangsung secara sempurna sehingga ada zat yang tidak bereaksi. Besarnya yang bereaksi disebut konversi.

4.4.4    Derajat Konversi Kesetimbangan

Konversi merupakan  suatu  parameter  yang menunjukkan berapa banyak suatu zat bereaksi.

Reaksi :  A + B                    AB

Dimana : XA   = Deajat konversi kesetimbangan

                NAo = mol A sebelum bereaksi

                NA   = mol A setelah bereaksi

4.4.5    Mol Ratio

Mol ratio adalah perbandingan mol reactor untuk menghasilkan produk yang paling sempurna.

Reaksi : A + B                   AB

Dimana :  NAo = Mol A sebelum bereaksi

                 NBo = Mol B Sebelum bereksi