Pembentukan kalium sulfat dari belerang, kalium karbonat, dan oksigen dengan proses satu langkah ditinjau dari segi kinetika

MULJADI, Edi, Promotor Prof.Dr.Ir. Ida Bagus Agra

2001 | Disertasi | S3 Ilmu-ilmu Teknik

Kebutuhan Indonesia akan kalium sulfat semakin meningkat, dan hampir seluruh pupuk jenis itu masih harus diimpor. Usaha untuk membuat kalium sulfat di Indonesia sudah pernah dilakukan, tetapi masih belum menguntungkan jika dilaksanakan dalam skala industri. Penelitian ini dimaksudkan untuk menemukan proses yang singkat dan tidak rumit, dan dengan bahan baku yang terdapat di Indonesia. Proses yang mungkin dapat dipakai ialah mengoksidasi suspensi belerang dalam larutan kalium karbonat dengan oksigen dalam proses satu langkah secara sinambung. Proses dilaksanakan dalam reaktor kolom tegak yang berpenghalang miring. Belerang yang disuspensi-kan dalam kalium karbonat diumpankan dari atas reak-tor dan gas dialirkan dari bawah. Percobaan dijalan-kan sampai keadaan ajeg tercapai, lalu cuplikan larutan hasil dianalisis kadar karbonat, tiosulfat, dan sulfatnya. Hasil Kalium polisulfid dan asam sulfat tidak terdeteksi dalam larutan hasil, sehingga keberadaan kedua senyawa itu dalam campuran hanyalah sebagai hasil antara. Dengan percobaan variasi kecepatan alir gas, terbukti bahwa reaksi berlangsung pada fase cair. Kecepatan reaksi menyeluruh dikendalikan oleh langkah perpindahan massa dan reaksi kimia. Hal itu diperkuat oleh nilai tenaga pengaktif pada reaksi antara belerang dengan kalium karbonat 3435,9 cal/gmol, dan pada oksidasi kalium tiosulfat menjadi kalium sulfat 5156,5 cal/gmol, yang semuanya masih dibawah 10 cal/gmol. Di samping itu, pengaruh dia-meter butir belerang, konsentrasi awal kalium karbonat, kadar belerang dalam suspensi, kadar oksigen, dan tekanan jugs membuktikan bahwa reaksi terjadi dalam fase cair, dan dikendalikan oleh per-pindahan massa dan reaksi kimia. Konstante kecepatan reaksi dan koefisien perpindahan massa mempunyai hubungan logaritmik dengan semua variabel, tetapi dipengaruhi oleh suhu secara eksponensial.

The need for Potassium sulfate in Indonesia increases steadily, and almost all of this commodity must be imported. Efforts to produce potassium sulfate had been taken, but they were not feasible if applied in industry. This research was intended to find a simple process using raw materials available in Indonesia. One of the possibilities is to produce potassium sulfate continuously by oxidizing sulfur suspended in potassium carbonate solution with oxygen in one step. The process was performed in a vertical tube reactor provided with slanted baffles. Sulfur suspended in potassium carbonate solution was fed continously from the top of the reactor, and oxygen was bubbled from the bottom. The process was continued until steady state condition was reached. Then, the concentrations of carbonate, thiosulfate, and sulfate were determined. Potassium polysulfide and sulfuric acid were not found in the liquid product. Therefore, both compounds were just formed as intermediate products. By varying the gas flow rate the reaction occured in the liquid fase was proved. The overall rate of reaction was controlled by mass transfer and chemical reaction. This was confirmed by the values of activation energy of reaction between sulfur and potassium carbonate solution (3435.9 cal/gmole), and oxidation of potassium thiosulfate to potassium sulfate (5156.5 cal/gmole), which were less then 10000 cal/gmole. Besides, the effects of sulfur particle diameter, initial potassium carbonate concentration, sulfur content of the suspension, oxygen conentration, and total pressure, also proved that the reaction occured in the liquid fase and controlled by both mass transfer and chemical reaction. Chemical reaction rate constant and mass transfer coefficient were affected by all variables logarithmically, but exponentially by temperature.

Kata Kunci : Kalium Sulfat, Proses Satu Langkah, Kinetika