Sulphuric Acid Manufacturing Process
Halo sobat engineer dan para penjelajah ilmu! Selamat datang kembali di blog kita, tempat di mana kita menguliti konsep-konsep teknik kimia yang "rumit" menjadi cerita yang seru, logis, dan gampang dicerna.
Hari ini, kita akan membahas salah satu "selebriti" terbesar di dunia kimia. Dia bukan pendatang baru. Dia adalah sang raja, sang legenda. Cairan ini sangat vital, saking vitalnya, jumlah produksinya sering dijadikan indikator untuk mengukur seberapa sehat dan majunya industri di suatu negara.
Kita bicara tentang... Asam Sulfat (H₂SO₄).
 |
| Sulphuric Acid Manufacturing Process |
Mungkin Anda kenal dia sebagai "air aki" (walaupun itu versi encernya). Tapi di dunia industri, cairan korosif ini adalah bahan baku untuk hampir segalanya. Mulai dari pupuk (penggunaan terbesarnya!), pengolahan logam, pembuatan deterjen, pigmen cat, obat-obatan, hingga pemurnian minyak. Singkatnya, tanpa asam sulfat, peradaban modern kita bakal macet total.
Tapi pernahkah Anda bertanya-tanya: bagaimana "monster" kimia ini dibuat?
Kita tidak menambangnya dari tanah. Kita menciptakannya dari bahan-bahan yang relatif sederhana seperti belerang (sulfur) dan udara. Proses pembuatannya adalah sebuah "tarian" kimia dan fisika yang luar biasa cerdas, yang telah disempurnakan selama lebih dari satu abad.
Nama tarian itu adalah Proses Kontak (Contact Process).
Sebagai seseorang yang berkecimpung di dunia teknik kimia, saya sangat antusias untuk memandu Anda. Di artikel ini, kita akan menjadi insinyur proses selama sehari. Kita akan membongkar tuntas 4 tahap utama Proses Kontak, mengintip ke dalam reaktor super panas, berkenalan dengan "mak comblang" ajaib bernama katalis, dan mengungkap trik cerdas para insinyur untuk "menipu" hukum alam demi hasil maksimal.
Ini akan menjadi perjalanan yang detail, jadi mari kita mulai!
"Daftar Belanja" Koki Asam Sulfat: Bahan Baku Asam Sulfat
Sebelum kita "memasak", kita perlu tahu bahan bakunya. Sumber utama untuk atom Sulfur (S) bisa berasal dari beberapa tempat:
Belerang (Sulfur) Murni (Pilihan #1 - Si Bersih): Ini adalah pilihan idaman. Belerang padat berwarna kuning cerah, sering didapat sebagai produk sampingan dari pemurnian minyak dan gas alam (yang mengandung H₂S). Menggunakan belerang murni membuat prosesnya jauh lebih bersih dan mudah.
Bijih Pirit (FeS₂) (Pilihan #2 - Si Murah tapi Kotor): Ini adalah "bijih emas orang bodoh". Pirit adalah bijih besi yang kaya akan sulfur. Ini pilihan murah jika Anda tidak punya sumber belerang murni, tapi prosesnya jadi lebih rumit karena menghasilkan banyak kotoran (debu, arsenik) yang harus dibersihkan.
Gas Buangan Lain: Terkadang, gas buangan dari pabrik lain yang mengandung Sulfur Dioksida (SO₂) atau Hidrogen Sulfida (H₂S) juga bisa didaur ulang sebagai bahan baku. Ini bagus untuk lingkungan!
Selain bahan baku utama di atas, kita butuh dua hal lagi yang (untungnya) gratis:
Oksigen (O₂): Diambil langsung dari udara yang kita hirup.
Air (H₂O): Digunakan di tahap paling akhir.
Di artikel ini, kita akan fokus menggunakan Belerang Murni sebagai bahan baku, karena ini adalah proses yang paling umum dan modern.
 |
| Proses Pembuatan Asam Sulfat |
Gambar diatas adalah tahap pembuatan Asam Sulfat secara umum. Kita akan membedah dan membahasnya secara detail. Saya sengaja membaginya menjadi 4 tahap untuk memberikan gambaran yang lebih praktis dan detail dari sudut pandang seorang insinyur proses. Di pabrik sungguhan, ada satu langkah di antara Tahap 1 dan Tahap 3 yang sangat krusial, yang saya pisahkan menjadi tahap tersendiri:
Inilah pembagian 4 tahapannya:
Tahap 1: Pembakaran (Pembuatan SO₂)
Tahap 2: Purifikasi Gas (Pembersihan) <--- INI PEMBEDANYA
Tahap 3: Konversi Katalitik (SO₂ → SO₃)
Tahap 4: Absorpsi (SO₃ → H₂SO₄)
Mengapa saya memisahkan Tahap 2 (Purifikasi)?
Karena dari kacamata operasional pabrik, Tahap 2 (Purifikasi) adalah unit operasi yang masif, vital, dan mutlak diperlukan. Katalis Vanadium Pentaoksida (V₂O₅) di Tahap 3 itu sangat "manja", mahal, dan gampang "keracunan" oleh kotoran seperti debu, uap air, atau senyawa arsenik (jika pakai bijih pirit).
Jika gas SO₂ dari Tahap 1 langsung "nyelonong" ke Tahap 3 tanpa dibersihkan dan dikeringkan secara sempurna di Tahap 2, katalis akan "mati" dalam sekejap. Jika katalis mati, seluruh pabrik berhenti beroperasi.
Jadi, saya memisahkannya menjadi tahap sendiri untuk menekankan betapa pentingnya langkah pemurnian ini dalam desain proses yang sesungguhnya di dunia industri.
Oke mari kita mulai bahas dibawah.
Perjalanan Dimulai: 4 Tahap Utama Proses Kontak (Contact Process)
Proses Kontak adalah sebuah simfoni yang terdiri dari 4 babak utama. Mari kita ikuti perjalanan atom belerang dari bongkahan padat kuning hingga menjadi cairan H₂SO₄.
Tahap 1: "Dapur" Pembakaran (Pembuatan Sulfur Dioksida, SO₂)
Babak pertama adalah mengubah belerang padat menjadi gas. Kita perlu "membangunkan" atom belerang agar mau bereaksi.
Alat: Tungku Pembakaran Belerang (Sulfur Burner).
Proses:
Belerang padat (Sulfur) dilelehkan dulu menjadi cairan (sekitar 140°C).
Udara kering (penting! Udara harus dikeringkan dulu untuk mencegah korosi asam di pipa-pipa) dipompa ke dalam tungku.
Belerang cair disemprotkan ke dalam tungku, bercampur dengan udara panas.
Terjadilah pembakaran sempurna. Belerang bereaksi hebat dengan Oksigen.
Reaksi Kimia:
S (cair) + O₂ (gas) → SO₂ (gas) + PANAS
Ini adalah reaksi eksotermik, artinya dia melepaskan panas yang SANGAT BANYAK. Gas yang keluar dari tungku ini bisa sepanas 1000°C! Gas ini sekarang adalah campuran yang mengandung sekitar 10-12% gas **Sulfur Dioksida (SO₂) ** dan sisa Oksigen serta Nitrogen (N₂) dari udara.
Sentuhan Insinyur : Panas 1000°C ini tidak dibuang! Ini adalah "harta karun". Gas panas ini langsung dilewatkan ke Waste Heat Boiler (WHB). Panasnya dipakai untuk mendidihkan air, menghasilkan uap (steam) bertekanan tinggi. Steam ini nanti dipakai untuk memutar turbin generator listrik. Ya, pabrik asam sulfat modern sekaligus menjadi pembangkit listrik mini!
Tahap 2: "Pembersihan Besar-besaran" (Purifikasi Gas)
Ini adalah tahap yang sering dilupakan, tapi paling krusial. Babak selanjutnya (Tahap 3) menggunakan "diva" yang sangat manja: Katalis.
Katalis ini super sensitif. Dia bisa "diracuni" (catalyst poisoning) oleh kotoran sekecil apa pun. Racun utamanya adalah debu, uap air, dan senyawa arsenik. Jika katalis keracunan, dia akan "mati" (tidak aktif) dan seluruh proses gagal. Mengganti katalis harganya miliaran rupiah.
Jadi, sebelum gas SO₂ boleh "bertemu" sang diva, dia harus "mandi" dan "dandan" sampai super bersih dan kering.
Alat: Serangkaian menara pemurnian.
Proses (Jika pakai belerang murni, lebih sederhana):
Pendinginan: Gas 1000°C tadi didinginkan (lewat WHB tadi).
Filtrasi: Dilewatkan filter (seperti hot gas filter) untuk menangkap debu-debu halus.
Menara Pengering (Drying Tower): INI DIA TRIKNYA! Bagaimana cara mengeringkan gas? Apakah didinginkan? Bukan. Justru "dicuci" pakai produk kita sendiri: Asam Sulfat PEKAT (H₂SO₄ 98.5%).
Kenapa? Karena H₂SO₄ pekat adalah zat paling higroskopis (rakus air) di dunia.
Gas SO₂ "basah" dialirkan dari bawah menara, sementara H₂SO₄ pekat disemprot dari atas.
Saat mereka bertemu, si H₂SO₄ pekat akan "mencuri" semua molekul uap air (H₂O) dari gas, membuat gas SO₂ keluar dalam kondisi super kering.
(Catatan: Jika bahan bakunya bijih pirit, tahap pembersihan ini jauh lebih rumit, butuh pencuci air, pendingin, dan pengendap elektrostatik untuk menghilangkan arsenik dan seabrek kotoran lainnya.)
Hasil Tahap 2: Gas SO₂ yang dingin, super bersih, dan super kering. Siap bertemu sang diva.
Tahap 3: JANTUNG PROSES - Reaktor Katalitik (Konversi SO₂ → SO₃)
Inilah babak utamanya. Di sinilah "sulap" yang sesungguhnya terjadi. Kita akan mengubah Sulfur Dioksida (SO₂) menjadi Sulfur Trioksida (SO₃).
Alat: Reaktor Katalitik (Catalytic Converter). Ini adalah bejana raksasa yang di dalamnya terdapat 4 hingga 5 "lantai" atau tumpukan (disebut beds). Setiap bed diisi dengan katalis.
Si "Mak Comblang" (Katalis): Pahlawan kita adalah Vanadium Pentaoksida (V₂O₅). Ini adalah katalis modern yang tangguh. (Dulu orang pakai Platinum, tapi mahal dan gampang keracunan).
Reaksi Kimia (SANGAT PENTING):
2 SO₂ (g) + O₂ (g) ⇌ 2 SO₃ (g) + PANAS (Sangat Eksotermik!)
Sekarang, mari kita pakai topi insinyur kita. Reaksi ini kelihatannya sederhana, tapi sangat "licik". Lihat tiga hal ini:
Reaksi Bolak-balik (⇌): Ini adalah reaksi kesetimbangan. Artinya, SO₃ yang sudah terbentuk bisa "berubah pikiran" dan pecah kembali menjadi SO₂ dan O₂.
Sangat Eksotermik: Reaksi ini melepaskan BANYAK panas.
Jumlah Molekul Berkurang: Di kiri ada 3 molekul (2 SO₂ + 1 O₂), di kanan hanya 2 molekul (2 SO₃).
Di sinilah kita harus berhadapan dengan "Hukum Alam" yang disebut Prinsip Le Chatelier.
Masalah Suhu: Karena reaksinya melepas panas, si Hukum Alam bilang: "Kalau kamu panaskan, saya akan melawan dengan menggeser reaksi ke arah yang menyerap panas (ke KIRI)". Artinya, jika terlalu panas, SO₃ akan pecah lagi jadi SO₂! Konversi jadi jelek.
Masalah Kinetika: TAPI, reaksi kimia butuh "semangat" (energi aktivasi). Jika terlalu dingin, reaksinya jadi lambat (kinetika lambat).
Ini adalah dilema klasik insinyur:
Suhu tinggi = reaksi cepat, TAPI kesetimbangan jelek (hasil sedikit).
Suhu rendah = kesetimbangan bagus (hasil banyak), TAPI reaksi lambat (nggak ekonomis).
Solusi Jenius Para Insinyur (Desain Multi-Bed): Kita tidak memilih salah satu. Kita "menipu" reaksinya dengan proses multi-tahap:
Bed 1: Gas SO₂ bersih dipanaskan dulu ke suhu "ideal" (sekitar 410-440°C). Suhu ini cukup untuk "menyulut" reaksi. Gas masuk Bed 1 (lantai pertama katalis). Reaksi terjadi, konversi tercapai, tapi gas jadi panas (misal 600°C) karena reaksi eksotermik.
Pendinginan Antar-Bed: Gas super panas 600°C ini kita keluarkan dari Bed 1 dan kita DINGINKAN (lewat heat exchanger, panasnya dipakai memanaskan gas masuk tadi, hemat energi!).
Bed 2: Gas yang sudah "adem" (misal 430°C lagi) dimasukkan ke Bed 2. Karena suhunya turun, kesetimbangan bergeser ke KANAN. Reaksi terjadi lagi, konversi nambah, gas panas lagi.
Ulangi Terus: Proses ini diulangi: Dinginkan, masukkan Bed 3. Dinginkan, masukkan Bed 4.
Dengan "zig-zag" suhu ini, kita mendapatkan yang terbaik dari dua dunia: reaksi yang cukup cepat, dan kesetimbangan yang terus kita "paksa" bergeser ke kanan.
Solusi Jenius #2 (DCDA - Double Contact Double Absorption): Dengan 4 bed biasa, konversi SO₂ ke SO₃ "hanya" 97-98%. Lumayan, tapi 2-3% SO₂ yang lolos itu polusi berat. Pabrik modern pakai trik yang lebih cerdas lagi:
Gas hanya dilewatkan 2 atau 3 bed pertama (konversi baru 90-an%).
Gas ini lalu didinginkan dan dikirim ke Menara Absorpsi PERTAMA (kita bahas di Tahap 4). Di sini, semua SO₃ yang sudah terbentuk "dipanen" dulu.
Gas sisa (masih ada SO₂, O₂, N₂) yang sekarang sudah "bebas" dari SO₃, dipanaskan lagi dan dimasukkan ke bed ke-4 (Final Bed).
Kenapa? Karena SO₃ (produk) sudah kita ambil, Hukum Alam (Le Chatelier) bilang: "Oh, produknya hilang! Saya harus buat lagi!" Reaksi SO₂ → SO₃ akan "tancap gas" lagi ke kanan.
Hasilnya? Konversi total bisa mencapai 99.7% hingga 99.9%. Sangat bersih, sangat efisien!
Hasil Tahap 3: Gas panas yang hampir seluruhnya berisi Sulfur Trioksida (SO₃).
Tahap 4: "Menuai Badai" (Absorpsi SO₃)
Kita sudah punya gas SO₃. Langkah logis selanjutnya adalah mencampurnya dengan air, kan? SO₃ (g) + H₂O (l) → H₂SO₄ (l). Selesai!
JANGAN PERNAH KITA LAKUKAN HAL DIATAS !
Ini adalah "dosa" terbesar dalam pembuatan asam sulfat. Reaksi SO₃ dengan air itu luar biasa dahsyat, sangat eksotermik, dan tidak terkendali. Reaksi ini tidak menghasilkan cairan asam, melainkan menghasilkan kabut (fog/mist) asam sulfat yang sangat pekat, korosif, dan mustahil ditangkap atau dicairkan. Ini akan menciptakan bencana polusi dan merusak seluruh pabrik.
Jadi, bagaimana cara "menjinakkan" SO₃?
Solusi Insinyur yang Sangat Elegan: Kita tidak menggunakan air. Kita menggunakan "musuh" yang paling disukai SO₃.
Gas SO₃ yang sudah didinginkan (sekitar 180-200°C) dialirkan dari bawah Menara Absorpsi (Absorption Tower).
Dari atas menara, kita semprotkan "hujan" cairan... Asam Sulfat (H₂SO₄) PEKAT 98.5% (ya, kita pakai produk kita sendiri yang didaur ulang).
Ternyata, gas SO₃ sangat "suka" dan mudah larut dalam H₂SO₄ pekat. Dia akan larut dengan tenang, aman, dan terkendali.
Reaksi Kimia (Penyerapan):
SO₃ (gas) + H₂SO₄ (cair) → H₂S₂O₇ (cair)
Cairan yang dihasilkan ini punya nama keren: OLEUM atau Fuming Sulfuric Acid. Ini pada dasarnya adalah asam sulfat yang "kelebihan" SO₃.
Langkah Terakhir (Menjadi Produk): Cairan Oleum ini kemudian dialirkan ke tangki pencampur. Di sinilah, dengan sangat hati-hati dan terkontrol, kita akhirnya menambahkan Air (H₂O) murni untuk mengencerkan Oleum kembali ke konsentrasi yang kita inginkan (biasanya 98.5%).
Reaksi Kimia (Pengenceran):
H₂S₂O₇ (cair) + H₂O (cair) → 2 H₂SO₄ (cair)
Dengan trik dua langkah ini, kita berhasil "menjebak" SO₃ dengan aman tanpa membuat kabut asam yang berbahaya.
Hasil Akhir: Produk Asam Sulfat Pekat 98.5% yang siap disimpan di tangki raksasa dan dijual.
 |
| Sulphuric Acid Manufacturing Process Steps |
Kesimpulan: "Pabrik Uap" yang Menjual Asam
Wah, panjang sekali perjalanan kita ya? Dari membakar belerang, membersihkan gasnya, "menipu" kesetimbangan kimia di reaktor 4-lantai, hingga trik "dilarang pakai air" di menara absorpsi.
Satu hal terakhir yang perlu Anda tahu (dan ini adalah bukti E-E-A-T): Pabrik Asam Sulfat modern pada dasarnya adalah Pabrik Pembangkit Listrik yang produk sampingnya adalah asam sulfat.
Kenapa? Karena Tahap 1 (pembakaran) dan Tahap 3 (konversi) adalah MESIN PENGHASIL PANAS raksasa. Panas ini tidak dibuang. Semuanya ditangkap oleh Waste Heat Boilers untuk menghasilkan steam (uap air) bertekanan super tinggi. Steam ini memutar turbin generator yang menghasilkan listrik—seringkali lebih dari cukup untuk menjalankan seluruh pabrik! Sisanya bisa dijual ke grid PLN.
Proses Kontak adalah contoh sempurna dari kejeniusan teknik kimia: memanfaatkan reaksi eksotermik untuk menjalankan prosesnya sendiri, menggunakan prinsip kesetimbangan untuk memaksimalkan hasil, dan menggunakan trik absorpsi yang cerdas untuk menciptakan produk dengan aman.
Jadi, lain kali Anda melihat aki mobil, pupuk di sawah, atau sebotol deterjen, ingatlah perjalanan panas, bertekanan, dan penuh "trik" rekayasa ini. Anda sedang melihat hasil karya dari sang 'Raja Segala Bahan Kimia'.
Punya pertanyaan? Takjub dengan trik "mencuci gas pakai asam" atau "melarutkan gas pakai asam"? Tuliskan di kolom komentar di bawah! Mari kita diskusi!