Proses Pembuatan Caustic Soda (NaOH)

ahan baku proses pembuatan caustic soda adalah garam, air, dan listrik. Proses pembuatan caustic soda melalui beberapa tahapan proses, pemurnian bahan baku yang meliputi pencampuran, pengendapan pengotor, penyaringan pengotor, penukaran ion. Tahap selanjutnya adalah proses utama yang meliputi pengasaman dan elektrolisa. Tahap Finishing meliputi evaporasi dan pendinginan produk. Produk samping dari pembuatan caustic soda berupa gas Cl yang diproses lebih lanjut menjadi chlorine cair.

A. Pemurnian Bahan Baku

1. Tangki pencampur (Pencampuran)

Garam (97,7%) dilarutkan bersama air proses  dan garam lemah recycle pada suhu 90,6oC ke dalam tangki pencampur untuk mendapatkan larutan garam konsentrasi 27%(othmer,2000). Larutan garam jenuh keluar dari tangki pencampur memiliki suhu 67,1oC memasuki tangki  pengendap, suhu operasi yang baik untuk pengendapan adalah diatas 60oC(bahruddin,2003).

2. Tangki pengendap (Pengendapan)

Larutan garam dari tangki pencampur memasuki tangki pengendap untuk diendapkan pengotornya, diantaranya CaSO4, MgSO4,  CaCl2,  MgCl2 menggunakan Na2CO3 dan NaOH dengan reaksi sebagai berikut:

CaSO4  +  Na2CO3   →  CaCO3↓       +  Na2SO4

MgSO4 +  2NaOH   →  Mg(OH)2 ↓+ Na2SO4

CaCl2     +  Na2SO4   →  CaSO4↓     + 2NaCl

MgCl2   + 2NaOH   →  Mg(OH)2↓ + 2NaCl

CaCl2    + Na2CO3   →  CaCO3 ↓       + 2NaCl

Reagen dan pengotor bereaksi membentuk endapan dan dikeluarkan dari dasar tangki.

Pemberian reagen dilakukan dengan kadar berlebih untuk mendapatkan hasil yang optimum. Pemberian reagen NaOH dilakukan dengan excess 0,01 g NaOH per liter larutan garam, untuk Na2CO3 0,15 g per liter larutan garam(Elliot,1999). Pada kondisi ini ion Ca2+ yang bereaksi 88,6% dan ion Mg2+ 67,6% (bahrudin,2003).   

Sekitar 60% dari pengotor yang mengendap keluar dari bagian bawah tangki pengendap,  sedangkan larutan lainya keluar dari bagian atas clarifier menuju ke filter

3. Filtrasi (Penyaringan)

Endapan yang masih tersisa seluruhnya di terfilter dalam filter press

4. Pertukaran ion

Selama proses sedimentasi, masih terdapt ion-ion yang masih lolos sehingga diperlukan perlakuan lebih lanjut dengan melewatkanya pada resin penukar ion. Reaksi penukaran ion yang terjadi adalah:

Resin kation : R-H + A- → R-A + H+

Resin anion  : R-OH – B+ → R-B + OH-

   Proses diatas terjadi secara reversible sehingga bila resin sudah jenuh, atau tidak bisa menangkap atau mengikat ion mineral positif/negative, bisa diregenerasi kembali. Regenerasi dilakukan dengan mereaksikan kembali resin dengan asam-basa yaitu NaOH dan H2SO4 sehingga ion mineral positif yang sudah terikat di resin akan terlepas lagi. Reaksi regenerasi sebagai berikut:

2(R-A) + H2SO4 → 2(R-H) + A2SO4

                     2R-B    + NaOH → R-OH + NaB

Proses yang terjadi dalam unit ini adalah kation dan anion yang terlarut dalam air umpan akan terserap oleh resin secara bersama-sama. Indikasi adanya penyerapan di dalam mixed bed polisher adalah konduktivitas air yang keluar rendah. Konduktivitas rendah berarti padatan atau mineral yang terlarut di dalamnya juga rendah.

Proses Utama

1. Penambahan HCl (Pengasaman)

Penambahan HCl dilakukan untuk mengurangi terjadinya pembentukan chlorate pada sel elektrolisa, larutan masuk anoda diasamkan hingga ph 4.

2. Elektrolisa

Larutan keluar dari resin penukar ion memasuki sebelum memasuki sel elektrolisa dipanaskan terlebih dahulu hingga suhu 87oC dengan steam. Pada proses elektrolisa menggunakan anoda dan katoda yang dialiri arus DC(direct current) sebagai sumber energy. Elektrolisa ini menggunakan nikel sebagai sel katoda dan titanium sebagai sel anoda. Reaksi utama yang terjadi dalam elektrolisa :

Anoda : 2Cl- → Cl2 + 2e

Katoda: 2e + H+ → H2

Antara sel anoda dan katoda dibatasi oleh membran, yaitu nafion yang hanya dapan dilalui oleh ion positif. 

            Pada anoda feed masuk adalah larutan garam, ion Cl- pada NaCl teroksidasi sehingga ion Na+ kehilangan pasangan dan bergerak menuju anoda. Pada anoda feed masuk adalah H2O dan NaOH recycle pada suhu 85oC, ion H+ dari H2O tereduksi  sehingga ion OH-  kehilangan pasangan. Ion Na+ dan OH- ini selanjutnya bertemu dan membentuk NaOH. Dihasilkan larutan NaOH yang dihasilkan 32%. Hasil samping dari proses elektrolisa ini berupa gas chlorine (Cl2) dan gas Hydrogen (H2) pada suhu 91oC. Gas Cl2 diproses lebih lanjut menjadi Cl2 liquid, sedangkan gas H2 diblower ke udara karena jumlahnya relatif sedikit.

            Larutan keluar anoda pada suhu 91oC di recycle kembali menuju tangki pencampur. Sedangkan larutan keluar katoda suhu 91oC mengandung NaOH 32%, 10% direcycle kembali sebagai umpan dan sebagian yang lain dip roses lebih lanjut untuk mendapatkan NaOH 50%.

            Pada elektrolisa ini juga terjadi berbagai reaksi samping. Reaksi samping yang terjadi yaitu pembentukan Chlorate (NaClO3) reaksi pembentukan chlorate :

H2O + Cl2            ↔ HClO + HCl

HClO + 3NaOH  → NaClO3 + 2NaCl + 3H2O

Perpindahan ion yang terjadi dalam elektrolisa juga tidak sempurna, sekitar 5% ion Cl- lolos menuju katoda (Uhde), dan sekitar 5% ion OH- lolos menuju anoda, membentuk NaOH dan kemudian membentuk chlorate.

Reaksi samping lain yang terjadi adalah sebagian dari H2O di anoda  juga teroksidasi  dengan reaksi:

             H2O  → 2H+ + O2 + 2e

            Reaksi ini menghasilkan gas O2 yang akan keluar dari bagian atas anoda, dan ion H+ yang akan menuju ke katoda, kemudian ion H+ bereaksi dengan OH- manjadi H2O (back mixing).

Finishing

1. Evaporasi

NaOH 32% yang keluar dari sel elektrolisa memasuki evaporator untuk dipekatkan menjadi 50% NaOH. NaOH di evaporasi menggunakan steam sehingga NaOH 50% keluar memiliki suhu 144oC. NaOH 50% kemudian didinginkan melalui beberapa tahap pendinginan, pertama ditukarkan panasnya dengan feed katoda sehingga suhunya menjadi 110,7oC, larutan ini kemudian didinginkan kembali menggunakan air pendingin hingga suhunya mencapai 45oC dan ditampung ke dalam tangki penampung.

2. Treatment Recycle

Garam lemah dari anoda masih mengandung chlorate di treatment terlebih dahulu dengan penambahan HCl untuk reaksi destruksi chlorate :

                              NaClO3 + HCl → NaCl + 3Cl2 +  3H2O

Setelah melewati reaktor destruksi chlorate, kandungan Cl2 di stripping  menggunakan udara. Larutan setelah stripping yang mengandung NaCl dan H2O siap direcycle menuju tangki pencampur

Pengolaha produk samping

Gas Cl2 keluar dari bagian atas anoda masih mengandung H2O yang terikut dan sedikit O2 untuk mendapatkan Cl2 liquid dengan kemurnian 99,65% kandungan air harus dihilangkan terlebih dahulu. Gas Cl2 pada suhu  91oC didinginkan terlebih dahulu menggunakan brine hingga suhunya mencapai 10oC pada suhu ini campuran gas Cl2 telah berada pada dua fase. Campuran gas-liquid ini kemudian dipisahkan dalam flash separator, produk atas dari flash separator berupas gas yang memiliki kandungan Cl2 sekitar 99,65.

Untuk mendapatkan Cl2 liquid, gas Cl2 terlebih dahulu dinaikan tekananya, kemudian dikondensasikan. Kompresi dilakukan dalam dua stage, kompresi pertama tekanan Cl2 gas 1 atm dinaikan tekananya menjadi 4 atm, dan didapatkan suhu keluar kompresor 154oC. Selanjutnya dilakukan pendinginan dari gas Cl2 untuk meringankan beban kompresor ke dua, gas Cl2 didinginkan menggunakan brine hingga suhu 50oC. Kompresi yang kedua menaikan tekanan gas Cl2 dari tekanan 4 atm menjadi tekanan 6 atm. Gas Cl2 keluar dari kompresor kedua pada suhu 93oC, kemudian didinginkan dengan air pendingin hingga suhu 45oC, dan dikondensasikan sehingga menjadi liquid hingga suhu 8oC.