TUGAS PROSES INDUSTRI KIMIA

GARAM MEJA

MgCl2

Disusun Oleh:

Apsari Puspita L2C009135

Felicia Ruth L2C009149

Puspita Firsty L. L2C009126

Hilmy Muhammad L2C009167

Cindy K. Putri L2C009165

TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2010

1

DAFTAR ISI

Halaman Judul ............................................................................................................................1

Daftar Isi ............................................................................................................................2

Latar Belakang ...........................................................................................................................3

Kegunaan MgCl2.................................................................................................................................................................................................................3

Sifat-Sifat Bahan Baku dan Produk pada kondisi 250C, 1 atm....................................................3

Proses-proses pembuatan Magnesium klorida ............................................................................5

1..............................................................................................................................................Pe

mbuatan dari air laut dan kapur (Ca(OH)2) .......................................................................5

2..............................................................................................................................................Pe

mbuatan dari Dolomite dan Air Laut .................................................................................6

3..............................................................................................................................................Pe

mbuatan dari Bittern ..........................................................................................................6

4..............................................................................................................................................Pe

mbuatan dari Carnallitte .....................................................................................................6

5..............................................................................................................................................Pe

mbuatan dari Air Garam Bawah Tanah .............................................................................6

6..............................................................................................................................................Pe

mbuatan dari Magnesium Hidroksida ................................................................................7

7..............................................................................................................................................Pro

ses Pembuatan dan Mekanisme Reaksi ..............................................................................8

Seleksi Proses ..............................................................................................................................8

Deskripsi Proses ..........................................................................................................................9

Tinjauan Thermodinamika ..........................................................................................................9

Tinjauan Kinetika ........................................................................................................................10

Langkah Proses dan Diagram Alir ..............................................................................................12

Daftar pustaka .............................................................................................................................15

2

Latar Belakang

Dalam ilmu kimia, garam adalah senyawa ionik yang terdiri dari ion positif (kation) dan

ion negatif (anion), sehingga membentuk senyawa netral (tanpa bermuatan). Garam terbentuk

dari hasil reaksi asam dan basa. Larutan garam dalam air merupakan larutan elektrolit, yaitu

larutan yang dapat menghantarkan arus listrik. Cairan dalam tubuh makhluk hidup mengandung

larutan garam, misalnya sitoplasma dan darah.

 Garam meja yatu jenis garam lain yang kurang populer penggunaannya di Indonesia

biasanya disebut sebagai salt low sodium (garam rendah natrium) merupakan garam dengan

kandungan NaCl yang lebih rendah daripada garam konsumsi biasa. Garam ini mempunyai

komposisi terdiri dari campuran Nacl, MgCl2, dan KCl dengan perbandingan tertentu. Susunan

utama garam meja tersusun dari MgCl2. Oleh karena itu garam meja bisa disebut garam

Magnesium klorida.

Kegunaan MgCl2

1. Bahan tambahan pada industri tekstil, kertas, fireproofing agent, dan semen.

2. Bahan aplikasi medis, yaitu sebagai anestesi pada spesies crustacea.

3. Sebagai koagulan dalam pembuatan tahu dari susu kedelai di Cina dan Jepang.

4. Mencegah pembekuan air di jalan pada saat musim dingin.

5. Mengendalikan erosi debu pada industri tambang.

6. Bahan penyimpanan hidrogen

7. Menurunkan kolestrol dan trigliserida pada tubuh.

8. Mempertahankan alkalinitas di dalam air laut

Sifat-Sifat Bahan Baku dan Produk pada kondisi 250C, 1 atm.

3

1. Magnesium Hidroksida

Sifat fisik

Rumus molekul : Mg(OH)2

Massa molekul : 58,32 g/mol

System kristal : Hexagonal

Densitas : 2,36 g/cm3

Warna : Tidak berwarna

Titik lebur : 350 0C

Sifat kimia :

- Mudah larut dalam HCl

- Tidak larut dalam air

- Mudah larut dalam garam-garam ammonium

- Tidak bereaksi dengan HCl jika pada Mg(OH)2 terdapat garam-garam ammonium

(Vogel, 1979)

2. Asam Klorida

Sifat fisik :

Rumus molekul : HCl

Massa molekul : 36,5 gr/mol

Warna : Tidak berwarna

Titik didih : -85 0C

Titik Beku : -114 0C

Sifat kimia :

- Larut dalam air

- Larut dalam alkohol

- Larut dalam eter

- Melarutkan magnesium hidroksida

3. Kalsium oksida

Sifat fisik :

Rumus molekul : CaO

Massa molekul : 56.077 g/mol

Titik didih : 2850 °C (3123 K)

4

Titik Beku : 2572 °C (2845 K)

5

Mg

ClCl

4. Magnesium klorida

Sifat fisik

Rumus molekul : MgCl2

Massa molekul : 95,211 g/mol (anhidrat)

203,31 g/mol (hexahidrat)

Warna : Putih atau kristal padat tidak berwarna

Densitas : 2,32 g/cm3 (anhidrat)

1,56 g/cm3 (hexahidrat)

Titik lebur : 714 0C

Titik didih : 1412 0C

Kelarutan didalam air : 54,3 g/100 ml (200C)

Sifat kimia :

- Larut dalam air dan alkohol

- Mudah terbakar

- Cukup Mengandung racun

- Rumus Bangun :

- Reaksi Pembentukan : Mg(OH)2 (s) + 2 HCl → MgCl2 (aq) + 2 H2O (l)

- Reaksi Hidrolisa : MgCl2 (l) → Mg (l) + Cl2 (g)

Sumber : (www. Wikipedia.com,1998)

Proses-proses pembuatan Magnesium klorida

1. Pembuatan dari air laut dan kapur (Ca(OH)2)

Sebagai bahan baku utama pembuatan magnesium klorida dipilih air laut, kapur dan asam

klorida. Garam magnesium yang terkandung didalam air laut dimanfaatkan untuk

memperoleh magnesium hidroksida pada temperatur 45 0C dan tekanan 1 atm dengan cara

mereaksikan air laut dengan kapur, kemudian magnesium hidroksida dipisahkan dari

larutannya dan direaksikan dengan HCl menghasilkan magnesium klorida. Dari proses ini

6

dihasilkan magnesium klorida heksahidrat yang kemudian didehidrasi menghasilkan

magnesium klorida anhidrat. (Kirk-Othmer, 1964)

2. Pembuatan dari Dolomite dan Air Laut

Pada proses ini, Dolomite digunakan sebagai bahan untuk menyediakan magnesium

hidroksida pada temperatur 480C dan tekanan 1 atm. Proses selanjutnya sama dengan

proses pembuatan magnesium klorida dari air laut.

Pabrik yang menggunakan teknologi ini adalah Moss Landing California milik Kaiser

Chemical Division. Di Pascagoula, Missisipi, Corning Glass Work membuat garam

magnesium dari sumber yang sama.(Kainer, 2003)

3. Pembuatan dari Bittern

Bittern adalah larutan sisa proses pembuatan garam dari air laut dengan menggunakan

energi matahari. Dalam proses pembuatan garam, komponen yang diambil dari air laut

adalah natrium klorida. Perlakuan yang diterapkan pada bittern untuk memperoleh

magnesium klorida ini sama dengan perlakuan yang diterapkan pada air laut seperti pada

penjelasan sebelumnya. Perbedaan yang ada adalah kandungan magnesium yang terdapat

dalam bittern lebih besar dibandingkan dengan kandungan magnesium yang terdapat

didalam air laut , komposisi bittern sebesar 18,4 % CaCl2, 30,1 % MgCl2, 3,73 % NaCl dan

komposisi air laut sebesar 18,4 % CaCl2, 28,1 % MgCl2, 26,8 % NaCl.

4. Pembuatan dari Carnallitte

Carnallitte adalah salah satu mineral magnesium yang banyak terdapat di kerak bumi.

Proses utama yang terjadi pada pembuatan magnesium klorida dari carnallite (KCl MgCl2

6H2O) pada temperatur 46 0C dan tekanan 1 atm adalah dekomposisi KCl dari mineral

Carnalitte dengan cara pemanasan. Dari proses ini akan diperoleh larutan MgCl2 28 %.

Proses selanjutnya adalah menaikkan konsentrasi MgCl2 dan menghilangkan pengotor yang

masih ada dengan cara evaporasi. Logam besi yang masih terdapat didalam larutan dapat

dipisahkan dengan cara oksidasi dengan menggunakan KCl pada akhir evaporasi

dilanjutkan dengan pemisahan menggunakan Ca(OH)2. (Ettouney, 2002)

5. Pembuatan dari Air Garam Bawah Tanah

Proses ini sedang dikembangkan oleh Dow Chemical Co. yaitu dengan menggunakan air

garam bawah tanah di Michigan dengan komposisi 20,7 % CaCl2, 3,9 % MgCl2, 5,73 %

NaCl pada temperatur 42 0C dan tekanan 1 atm . Proses ini diawali dengan menambahkan

7

sedikit bromine dan chlorine kedalam air garam. Setelah itu Mg(OH)2 diendapkan dengan

slaker dolomite. Larutan Mg(OH)2 yang dihasilkan diendapkan, disaring dan dicuci untuk

menghasilkan lumpur yang mengandung 45 % Mg(OH)2, selanjutnya magnesium

hidroksida direaksikan dengan HCl untuk menghasilkan MgCl2.

Metode lain untuk memperoleh magnesium klorida dari air garam ini adalah dengan

pengendapan menggunakan kalsium hidroksida dan karbonasi lumpur hasil proses dengan

karbon dioksida untuk membentuk magnesium klorida dan magnesium karbonat.

Selanjutnya magnesium klorida dengan magnesium karbonat dipisahkan. (Ettouney, 2002)

6. Pembuatan dari Magnesium Hidroksida

Magnesium hidroksida terdiri dari Fe2O3, SiO2, CaO untuk membentuk produk magnesium

klorida.. Dari proses ini dihasilkan magnesium klorida heksahidrat yang kemudian

didehidrasi menghasilkan magnesium klorida anhidrat seperti terlihat pada tabel 2.3

dibawah ini.

Tabel 2.2 Reaksi yang terjadi selama dehidrasi MgCl2.6H2O

No Range Temperatur Reaksi

1 95-115 0C MgCl2.6H2O MgCl2.4H2O + 2H2O

MgCl2.4H2O MgCl2.2H2O + 2H2O

2 135-180 0C MgCl2.4H2O MgOHCl + HCl +2H2O

MgCl2.2H2O MgCl2.H2O + H2O

3 185-230 0C MgCl2.4H2O MgOHCl + HCl +2H2O

4 >230 0C MgCl2.H2O MgCl2 + H2O

MgCl2.4H2O MgOHCl + HCl

( Sumber : Kirk-Othmer, 1964)

Cara ini sudah diterapkan di Dow Chemical Co di Freepot dan Velasco, Texas oleh Marine

Magnesium Product Co di San Fransisco Selatan. Pembuatan magnesium klorida di Dow

Chemical Co dilakukan dengan menambahkan magnesium hidroksida dengan HCl 10%

untuk memperoleh magnesium klorida. Selanjutnya magnesium klorida dipekatkan dengan

cara evaporasi melalui pemanasan langsung. Hasil akhir adalah magnesium klorida 50%

dengan temperatur 120 0C pada tekanan 1 atm .

8

7. Proses Pembuatan dan Mekanisme Reaksi

Pembuatan garam meja yang berasal dari senyawa magnesium pada air laut sudah lama

dilaksanakan di Jerman. Hasil penelitian kimia dan fisika, International Minerals and

Chemical Corp. adalah pembuatan magnesium klorida dari langbeinit dengan mengeluarkan

kristal kranalit (KCl.MgCl2.6H2O). Garam rangkap ini kemudian diuraikan sehingga

menghasilkan magnesium klorida. Senyawa magnesium dapat diperoleh dari air laut oleh

karena magnesium hidroksida sukar larut di dalam air. Keberhasilan mendapatkan senyawa

magnesium dari proses tersebut bergantung pada

1. Cara melunakkan air laut yang murah, biasanya dengan gamping atau dolomit kalsinasi.

2. Pembuatan bubur gamping murni atau dolomit dengan sifat-sifat tertentu

3. Pengeluaran endapan hidroksida secara ekonomis dari sejumlah besar air.

4. Pemurnian endapan hidro secara murah

5. Pengembangan cara penyaringan lendir

Air laut merupakan sumber utama bagi magnesium dan kalsium. Dalam setiap m3 air

laut diperkirakan terdapat 5.443.080 kg magnesium dan 1.723.642 kg kalsium (Kirk dan

Othmer, 1967). Senyawa magnesium yang terdapat dalam air laut umumnya adalah MgCl2

dan MgSO4 sedangkan senyawa kalsium adalah CaSO4.

Seleksi Proses

Pada prarancangan pabrik pembuatan magnesium klorida ini, proses yang dipilih adalah

pembuatan magnesium klorida dari magnesium hidroksida yang direaksikan dengan HCl untuk

menghasilkan MgCl2. Alasan pemilihan ini karena produk yang dihasilkan menghasilkan

kemurnian produk yang lebih tinggi.

Hal ini sesuai dengan proses Dow dimana reaksinya dapat ditunjukkan sebagai berikut :

Mg(OH)2 (s) + 2 HCl (aq) MgCl2 (aq) + 2 H2O (l)

Magnesium klorida ini juga dapat dibuat dari magnesium karbonat dengan reaksi yang sama.

(Sumber : www. Wikipedia.com,1998)

Karena beberapa alasan tersebut maka proses inilah yang dipilih dalam perancangan pabrik ini.

9

Deskripsi Proses

Mula-mula, ion Magnesium yang terdapat di air laut di presipitasi sebagai Magnesium

hidroksida dengan menambahkan slaked lime, atau Ca(OH)2 pada air laut.

Kemudian Magnesium hidroksida dipisahkan, dan direaksikan dengan Asam klorida untuk

mendapatkan MgCl2. Proses ini dikenal dengan nama Dow Process.

Reaksi: Mg(OH)2 (s) + 2 HCl (aq) MgCl2 (aq) + 2 H2O (l)

Pada temperatur 50oC, tekanan 1 atm.

Konversi 64 %

Tinjauan Thermodinamika

Reaksi: Mg(OH)2 (s) + 2 HCl (aq) MgCl2 (aq) + 2 H2O (l)

Diketahui data-data sebagai berikut:

ΔH298 Mg(OH)2 (s) : -223,9 kcal/mol Cp: 18,2

ΔH298 HCl (aq) : -39,85 kcal/mol Cp: 6,7+0,00084T

ΔH298 MgCl2 (aq) : -189,76 kcal/mol Cp: 17,3+0,00377T

ΔH298 H2O (l) : -68,3178 kcal/mol Cp: 4,1840

ΔHReaksi= ∑ΔH298 + ∑m ∫Cp dT

ΔHReaksi= (ΔH298 Mg(OH)2 (s) + 2 ΔH298 HCl (aq)) - (ΔH298 MgCl2 (aq) + 2 ΔH298 H2O (l))

+ ∑ m ∫Cp dT

ΔHReaksi= 4307,74 kcal/mol

Dari hasil perhitungan ΔH reaksi pada suhu 50oC 1 atm di atas, diperoleh ΔH reaksi =

4307,74 kcal/mol. Reaksi termasuk eksotermis.

Diketahui data-data sebagai berikut:

ΔG298 Mg(OH)2 (s) : -193,3 kcal/mol

ΔG298 HCl (aq) : -31,33 kcal/mol

ΔG298 MgCl2 (aq) : -143,77 kcal/mol

ΔG298 H2O (l) : -56,6899 kcal/mol

ΔGReaksi= ∑ΔG298 produk - ∑ΔG298 reaktan

ΔGReaksi= (ΔG298 Mg(OH)2 (s) + 2 ΔG298 HCl (aq)) - (ΔG298 MgCl2 (aq) + 2 ΔG298 H2O (l))

ΔGReaksi= -1,1898 kcal/mol

10

Konstanta kesetimbangan reaksi pada suhu 25oC dapat dihitung, dengan:

K=exp(−ΔGRT )

K=exp( 1 ,1898 calmol

1 ,987 calmolo K×298o K

)K=exp (2 ,009×10−3 )

K=1,002Pada konsidi operasi (50oC, 1 atm):

ln ( KK ' )=−ΔH

R ( 1T

− 1T ' )

ln (1 , 002K ' )=−4307 ,73

1 , 987 ( 1298

− 1323 )

K '=1, 759Dari perhitungan tersebut, diketahui bahwa reaksi bersifat irreversible.

Tinjauan Kinetika

Tinjauan kinetika ini bertujua untuk mengetahui harga konstanta kecepatan reaksi pembentukan magnesium chloride, yag dapat diprediksi dengan persamaan berikut :

1. Persaman Arhenius:

k=A e−EaRT

Dengan :

k = Konstanta kecepatan reaksi

A = Faktor frekuensi tumbukan,17.9kJ/mol

Ea = Energi aktivasi,13.5kJ/mol

R = Konstanta gas ideal, 8.314 J/mol K

T = Suhu, 323 K

Dari persamaan diatas, harga A, Ea, R adalah tetap, sehingga harga k hanya dipengaruhi oleh suhu, dengan kenaikan suhu maka kecepatan reaksi akan semakin besar, pembentukan

11

MgCl2 juga makin besar (konversi makin besar). Dari pertihungan menggunakan persamaan arhenius diatas, didapat harga k = 1,6789. Karena harg k> 1, maka reaksi bersifat irreversible.

2. Kecepatan reaksi :

ra = k Cam Cb n

Molaritas : Hubungan dengan laju rekasi adalah, semakin besar molaritas maka semakin cepat suatu reksi berlangsung.Dengan

demikian pada molaritas yang rendah suatu reasi akan berjalan lebih lambat daripada molaritas yang tinggi.Konsentrasi : Naiknya konsentrasi maka naik pula kecepatan reaksinya. Artinya

semakin tinggi konsentrasi maka semakin banyak molekul reakan yang tersedia dengan demikian kemungkinan bertumbukan akan semakin banyak juga sehingga kecepatan reaksi meningkat

*Hubungan antara nilai konstanta reaksi (k) dengan konversi (XA), dapat diperoleh dari rumus sebagai berikut :

−d C A

dt=k .C A

−dC A

dC A=k .dt

−∫C Ao

C A −d CA

d CA=∫

0

t

k .C A

−lnC A

CAo=k . t

−lnCAo(1−X A)

CAo=k . t

−ln (1−X A )=k . t

(1−X A )=e−kt

( X A )=1−e−kt

12

Dengan data percobaan yang diperoleh melalui rumus hubungan antara nilai konstanta kecepatan reaksi (k) dengan konversi (XA) dan diasumsikan t (waktu) berlangsung 60 menit dapat diperoleh grafik sebagai berikut :

298 303 308 313 318 323 328 3330

102030405060708090

Grafik Suhu vs Konversi

KinetikaTermodinamika

Suhu (K)

Konv

ersi

(%)

Langkah Proses dan Diagram Alir

Mula-mula Magnesium Hidroksida padat 98% (aliran1) dalam tangki penyimpanan (F-101)

dialirkan ke reaktor (R-201) melalui elevator yang beroperasi 50 0C dan tekanan 1 bar dengan

penambahan HCl 10 % dalam tangki HCl 10% (F-103) dengan perbandingan mol 1:2 (Anonim,

2001a), disini impurity seperti CaO, Fe2O3, SiO2 tidak ikut larut dengan penambahan asam klorida

encer tersebut (Vogel, 1979) sehingga terbentuk magnesium klorida dengan konversi 94,5%, dengan

reaksi sebagai berikut :

Mg(OH)2(s) + 2 HCl(aq) MgCl2(aq) + 2 H2O(l)

Umpan dialirkan ke filter press (H-301) untuk memisahkan padatan dan cairan. Setelah

padatan dipisahkan, diumpankan ke tangki pencampur (M-302) yang digunakan untuk melarutkan

MgCl2 yang tersisa dengan penambahan air, lalu dialirkan ke filter press (H-303) untuk mendapatkan

MgCl2 yang dilarutkan oleh air. Sisa padatan (alur 13) dialirkan ke tanki penampung (F-304).

Aliran cairan yang keluar dari filter press 2 (aliran 8 dan 12) diumpankan ke evaporator 1

(V-401) dengan temperatur 230 0C dan tekanan 5,4 bar sehingga HCl dan air teruapkan, kemudian

HCl dan air yang teruapkan (aliran 15) dikondensasikan pada kondensor (E-403) dan aliran HCl dan

air tersebut dinetralkan pada perlakuan pengolahan limbah. Selanjutnya cairan yang keluar dari

13

evaporator 1 (aliran 16) diumpankan ke evaporator 2 (V-404) pada temperatur 250 0C pada tekanan

3,6 bar yang uap panasnya digunakan kembali untuk memanaskan reaktor.

Cairan yang berasal dari evaporator 2 (aliran 19) dialirkan ke spray drier (D-601) dengan

temperatur 263,78 0C dengan menggunakan gas HCl dan udara panas dengan temperatur 320 0C

(aliran 20) . Produksi gas HCl mula-mula dari tangki HCl 37 % (F-105) dialirkan ke flash drum (D-

501) dengan suhu 34 0C dengan tekanan 5 bar sehingga terpisah dua aliran. Aliran bawah yang

berupa cairan dinetralkan pada perlakuan pengolahan limbah, aliran atas berupa gas HCl dan uap air

serta udara yang berasal dari blower (G-503) bersama-sama dengan gas HCl recycle yang berasal

dari adsorber (D-701) dialirkan ke furnace (Q-602) dimana temperatur aliran meningkat menjaci 320

0C yang dialirkan ke spray drier

(aliran20). Produk pembakaran (aliran gas) yang dihasilkan furnace digunakan untuk

memanaskan evaporator 1 dan evaporator 2

Aliran gas dan padatan yang berasal dari spray drier dialirkan ke cyclone 1 (B-604) dan

cyclone 2 (B-605),aliran gas dialirkan ke adsorber untuk di recycle ke spray drier yang sebelumnya

dipanaskan didalam furnace (aliran 26) dan adsorber yang diregenerasi untuk menghilangkan air dan

HCl yang tertinggal didalam. . Padatan yang keluar dari kedua cyclone (aliran 23 dan 25) didinginkan

oleh udara yang bertujuan menurunkan suhu MgCl2 padatan, lalu dialirkan ke Tanki penyimpan

MgCl2 (F-802) yang merupakan produk dari MgCl2 yang siap untuk dipasarkan.

14

Diagram Alir Proses

15

DAFTAR PUSTAKA

Hydrogen chloride. http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_chloride (24/05/2011)

Magnesium chloride. http://en.wikipedia.org/wiki/MgCl2 (24/05/2011)

Magnesium hydroxide. http://en.wikipedia.org/wiki/Mg%28OH%292 (24/05/2011)

Perry, Robert H. 1997. Perry’s Chemical Engineering Handbook, 7th edition. New York: Mc.

Graw Hill Book.

Properties of Magnesium Chloride. http://www.ehow.com/about_5063749_properties-

magnesium-chloride.html (16/05/2011)

Robinson, Allan. 2010. How to Make Magnesium Chloride Flakes.

http://www.ehow.com/how_5598497_make-magnesium-chloride-flakes.html (16/05/2011)

Sitahang, S.L. 2010. Pra Rancangan Pabrik. Sumatra Utara: Universitas Sumatra Utara.

(http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16979/4/Chapter%20II.pdf.)

Tutor Vista. Magnesium. http://www.tutorvista.com/content/chemistry/chemistry-iii/s-block-

elements/magnesium.php (24/05/2011)

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1471531701000049

16

17