analisis proses reaksi dekomposisi asam sulfat …

6
PRO SIDING SEMINAR NASIONAL PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator don Proses Bahan Yogvakarta, 28 Agustus 2008 ANALISIS PROSES REAKSI DEKOMPOSISI ASAM SULFAT PADA PRODUK5IHIDROGENTERMOKThfiA Sumijanto, Itjeu Karliana Pusaf Teknolgi Reakfor dan Keselamafan Nuklir, BATAN ABSTRAK ANAL/SIS PROSES REAKSI DEKOMPOSISI ASAM SULFA T PADA PRODUKSI HIDROGEN TERMOKIMIA. Analisis ini dimaksudkan untuk memperoleh kondisi optimal proses reaksi dekomposisi asam sulfat. Hidrogen merupakan bahan bakar baru dan terbarukan yang ramah lingkungan dan berpotensi untuk menggantikan bahan bakar fosil yang saat ini diketahui sebagai penyebab pemanasan global karena emisi karbondioksida. Saat ini terdapat empat metode produksi hidrogen termokimia yang menggunakan proses dekomposisi asam sulfat dalam siklusnya, yaitu metode Westinghouse, lspra Mark 13, Sulfure-Iodine dan GA Cycle 23. Dekomposisi asam sulfat mempunyai peran yang sangat penting dan sentral untuk kelangsungan keempat siklus produksi hidrogen termokimia tersebut. Telah dilakukan analisis proses reaksi dekomposisi asam sulfat untuk mendukung siklus produksi hidrogen termokimia. Reaksi dekomposisi asam sulfat dibagi menjadi dua tahap yaitu pertama dekomposisi H2S04 menghasilkan H20 dan S03 dan kedua dekomposisi S03 menghasilkan S02 dan O2. Dari hasil analisis terhadap proses dekomposisi asam sulfat dapat disimpulkan bahwa : Pada dekomposisi asam sulfat tahap pertama yang menghasilkan air (H20) dan sulfur trioksida (S031 merupakan reaksi endoterm dan akan terjadi secara optimal dalam rentang temperatur 447°C hingga 577 DC, sedangkan pada dekomposisi asam sulfat tahap kedua yaitu dekomposisi sulfur trioksida (S031 menghasilkan sulfur dioksida (SOv dan oksigen (Ov juga merupakan reaksi endoterm dan akan terjadi secara optimal pada temperatur 850 DC. Kata kunc; : Reaksi dekomposisi asam sulfat, produksi hidrogen termokimia. ABSTRACT ANAL YSIS OF REACTION PROCESS FOR SULPHURIC ACID DECOMPOSITION IN THERMOCHEMICAL HYDROGEN PRODUCTION. The purpose of analysis is to obtain the optimal condition caracteristic in the sulphuric acid decomposition process. Hydrogen is fuel and environmental friendly and it has potential for replacing fosil fuel that emits carbondioxide causes global warming. There are four methods for thermochemical hydrogen production that uses sulphuric acid decomposition process on its cycle.; ie Westinghouse method, Ispra Mark 13, Iodine Sulfur and GA Cycle 23. Sulphuric acid decomposition has very important for establishing all of four methods thermochemical hydrogen production. The analysis of sulphuric acid decomposition process for supporting thermochemical hydrogen production has been done. Sulphuric acid decomposition divided into two phases, first phase is H2S04 decomposition into H20 and S03, second phase is S03 decomposition into S02 and O2. The result of thermodinamic analysis on sulphuric acid decomposition process can be concluded that sulphuric acid decomposition on first phase produces water (H20) and sulphurtrioxide (S031 with endoterm reaction, the optimizing temperature is 477°C to 577 DC.On the second phase of sulphuric acid docom,oosition is sulphurtrioxide (S03) decomposition produces sulfphurdioxide (SOv and oxygen (Ov with endoterm reaction olso, the optimizing temperature is this process in 850°C. Key words : Sulphuric acid decomposition reaction, hydrogen production, termochemistry. 130 ISSN 1410 - 8178 Sumijanto, dkk

Upload: others

Post on 07-Nov-2021

9 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: ANALISIS PROSES REAKSI DEKOMPOSISI ASAM SULFAT …

PRO SIDING SEMINAR NASIONALPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogvakarta, 28 Agustus 2008

ANALISIS PROSES REAKSI DEKOMPOSISI ASAM SULFAT PADAPRODUK5IHIDROGENTERMOKThfiA

Sumijanto, Itjeu KarlianaPusaf Teknolgi Reakfor dan Keselamafan Nuklir, BATAN

ABSTRAK

ANAL/SIS PROSES REAKSI DEKOMPOSISI ASAM SULFA T PADA PRODUKSIHIDROGEN TERMOKIMIA. Analisis ini dimaksudkan untuk memperoleh kondisioptimal proses reaksi dekomposisi asam sulfat. Hidrogen merupakan bahan bakarbaru dan terbarukan yang ramah lingkungan dan berpotensi untuk menggantikanbahan bakar fosil yang saat ini diketahui sebagai penyebab pemanasan global karenaemisi karbondioksida. Saat ini terdapat empat metode produksi hidrogen termokimiayang menggunakan proses dekomposisi asam sulfat dalam siklusnya, yaitu metodeWestinghouse, lspra Mark 13, Sulfure-Iodine dan GA Cycle 23. Dekomposisi asamsulfat mempunyai peran yang sangat penting dan sentral untuk kelangsungankeempat siklus produksi hidrogen termokimia tersebut. Telah dilakukan analisisproses reaksi dekomposisi asam sulfat untuk mendukung siklus produksi hidrogentermokimia. Reaksi dekomposisi asam sulfat dibagi menjadi dua tahap yaitu pertamadekomposisi H2S04 menghasilkan H20 dan S03 dan kedua dekomposisi S03menghasilkan S02 dan O2. Dari hasil analisis terhadap proses dekomposisi asamsulfat dapat disimpulkan bahwa : Pada dekomposisi asam sulfat tahap pertama yangmenghasilkan air (H20) dan sulfur trioksida (S031 merupakan reaksi endoterm danakan terjadi secara optimal dalam rentang temperatur 447°C hingga 577 DC,sedangkan pada dekomposisi asam sulfat tahap kedua yaitu dekomposisi sulfurtrioksida (S031 menghasilkan sulfur dioksida (SOv dan oksigen (Ov juga merupakanreaksi endoterm dan akan terjadi secara optimal pada temperatur 850 DC.Kata kunc; : Reaksi dekomposisi asam sulfat, produksi hidrogen termokimia.

ABSTRACT

ANAL YSIS OF REACTION PROCESS FOR SULPHURIC ACID DECOMPOSITIONIN THERMOCHEMICAL HYDROGEN PRODUCTION. The purpose of analysis is toobtain the optimal condition caracteristic in the sulphuric acid decomposition process.Hydrogen is fuel and environmental friendly and it has potential for replacing fosil fuelthat emits carbondioxide causes global warming. There are four methods forthermochemical hydrogen production that uses sulphuric acid decomposition processon its cycle.; ie Westinghouse method, Ispra Mark 13, Iodine Sulfur and GA Cycle 23.Sulphuric acid decomposition has very important for establishing all of four methodsthermochemical hydrogen production. The analysis of sulphuric acid decompositionprocess for supporting thermochemical hydrogen production has been done. Sulphuricacid decomposition divided into two phases, first phase is H2S04 decomposition intoH20 and S03, second phase is S03 decomposition into S02 and O2. The result ofthermodinamic analysis on sulphuric acid decomposition process can be concludedthat sulphuric acid decomposition on first phase produces water (H20) andsulphurtrioxide (S031 with endoterm reaction, the optimizing temperature is 477°C to577 DC.On the second phase of sulphuric acid docom,oosition is sulphurtrioxide (S03)decomposition produces sulfphurdioxide (SOv and oxygen (Ov with endotermreaction olso, the optimizing temperature is this process in 850°C.Key words : Sulphuric acid decomposition reaction, hydrogen production,

termochemistry.

130 ISSN 1410 - 8178 Sumijanto, dkk

Page 2: ANALISIS PROSES REAKSI DEKOMPOSISI ASAM SULFAT …

PROSIDING SEl\1INAR NASIONALPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKA T NUKLIR

Pusat Teknologi Akslerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

PENDAHULUAN

Hidrogen merupakan bahan bakar baru danterbarukan yang ramah Iingkungan danberpotensi untuk menggantikan bahan bakar fosilyang saat ini diketahui sebagai penyebabpemanasan global karena emisi karbondioksida.Kebutuhan hidrogen dunia diperkirakan akan terusmeningkat seiring dengan pertumbuhan pendudukdunia yang akan mencapai dua kali lipat pada tahun2050. Untuk memenuhi kebutuhan hidrogentersebut, metode produksi hidrogen dengan bahanbaku hidrokarbon, selain tidak bersih juga sudahtidak memadai lagi kualitas dan kuantitasnya.Produksi hidrogen dengan pemecahan senyawa air(water splitting) menjadi hidrogen dan oksigenmenggunakan energi termal dikenal sebagaiproduksi hidrogen termokimia [I]. Metode inidianggap memadai, karena bahan baku air tersediamelimpah dan prosesnya bersih. Dibandingkandengan proses pemecahan air secara elektrolisis,proses produksi hidrogen skala besar denganpemecahan senyawa air secara termokimia dinilaiekonomis oleh General Atomic. Reaktor nuklir

dapat memasok energi panas dalam jumlah yangbesar dan dengan temperatur yang memadai, olehkarena itu sangat cocok jika dipasangkan denganinstalasi produksi hidrogen terrnokimia. Terlebihlagi bila energi panas yang digunakan oleh instalasiproduksi hidrogen dapat memanfaatkan panas sisadari reaktor nuklir yang akan dibuang kelingkungan, atau dengan struktur sistem kogenerasi,maka akan diperoleh kombinasi sistem produksihidrogen dan energi listrik yang sangat efisien,bersih dan ramah lingkungan.

Saat ini terdapat empat metode produksihidrogen termokimia yang menggunakan prosesdekomposisi asam sulfat dalam siklusnya, yaitumetode Westinghouse, Ispra Mark 13, Sulfure­Iodine dan GA Cycle 23. Tiga metode pertamatermasuk dalam lima metode yang mendapatnominasi tertinggi dalam evaluasi General Atomic.

Dekomposisi asam sulfat mempunyai peranyang sangat penting dan sentral untuk kelangsungankeempat siklus produksi hidrogen termokimiatersebut. Keterlambatan proses dekomposisi asamsulfat akan menghambat pasokan S02 pada siklusreaksi pasangan lainnya. Karena reaksi pasangandalam satu siklus produksi hidrogen termokimiatersebut akan membutuhkan S02 dalam kuantitas,kualitas dan momen waktu yang tepat [2].Untuk itudiperlukan pemahaman yang seksama danmendalam tentang karakteristika prosesdekomposisi asam sui fat, agar proses siklusproduksi hidrogen termokimia secara keseluruhandapat dijamin. Saat ini belum tersedia publikasilengkap yang memuat data dekomposisi asam sulfatuntuk memenuhi kebutuhan perancangan suatu

instalasi siklus produksi hidrogen secaratermokimia.

Dalam makalah ini dianalisis aspektermodinamika dan kinetika proses dekomposisiasam sui fat agar hasilnya dapat dimanfaatkan untukmendukung siklus produksi hidrogen termokimiadalam skala kecil maupun besar.

. Tujuan dari analisis ini adalah untukmengetahui karakteristika proses reaksidekomposisi asam sulfat yang meliputi tahapanreaksi, kalor reaksi, serta optimasi temperatur reaksiyang selanjutnya digunakan untuk membuatrancangan fasilitas proses dekomposisi asam sulfat.Analisis dilakukan melalui perhitungan parametertermodinamika dan kinetika dari proses reaksikimia dekomposisi asam suIfat yang meliputi energibebas Gibbs (~G), entalpi (~H), tetapankesetimbangan (K) dan entropi (~S) untukmenentukan kondisi optimal reaksi dekomposisi.

TEORI

Produksi hidrogen termokimia

Produksi hidrogen dengan pemecahansenyawa air (water splitting) menjadi hidrogen danoksigen menggunakan energi termal dikenal sebagaiproduksi hidrogen termokimia. Terdapat 115 jenissiklus pemecahan air untuk menghasilkan hidrogensecara termokimia yang berpotensi sebagaiunggulan untuk produksi hidrogen. Dari 115 jenissiklus unggulan tersebut terdapat empat metodeproduksi hidrogen termokimia yang mengandungproses dekomposisi asam suIfat dalam siklusnya,yaitu metode Westinghouse, Ispra Mark 13,Sulfure-Iodine dan GA Cycle 23. Tiga metodepertama termasuk dalam lima metode yangmendapat nominasi tertinggi dalam evaluasiGeneral Atomic [I].

I. Proses produksi hidrogen termokimiaWestinghouse:2H2S04 ~ 2S02 + 2H20 + O2 (dekomposisiasam sulfat)S02 + 2H20 ~ H2S04 + H2

2. Proses produksi hidrogen termokimia IspraMark 13:

2H2S04 ~ 2S02 + 2H20 + O2 (dekomposisiasam sulfat)2HBr ~ Br2+ H2Br2+ S02 + 2H20 ~ 2HBr + H2S04

3. Proses produksi hidrogen termokimia Sulfure­Iodine:

2H2S04 ~ 2S0z + 2HzO + Oz (dekomposisiasam sulfat)2HI B Hz + Iz[2+ S02 + 2H20 B 2HI + H2S04

Sumijanto, dkk lSSN 1410 - 8178 131

Page 3: ANALISIS PROSES REAKSI DEKOMPOSISI ASAM SULFAT …

PROSIDING SEMINAR NASIONALPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dekomposisi asam sulfat H2S04 <--> H20 +503

Dari hasil perhitungan termodinamikadiperoleh korelasi t1H,t1G, dan t1S pada berbagaitemperatur untuk dekomposisi asam sui fat yangmenghasilkan sulfur trioksida dan air seperti padaTabel 2. Perhitungan untuk menghitung hargat1H,t1G dan t1S pada variasi temperatur adalahsebagai berikut :

]. Contoh perhitungan menentukan t1H padatemperatur 373 K :t1H2= t1H1 + t1Cp (T2 - Td

Pada variasi suhu nilai entropi adalah sebagaiberikut :

t1S2= t1S)+ t1Cp In (T2/Td

Energi 8ebas Gibbs (AG)Energi bebas Gibbs suatu sistem

didetinisikan sebagai berikut :G=H-TS

Jika perubahan dilakukan pada tekanan dantemperatur tetap maka,

t1G = Lm - Tt1SJika harga t1G negatif maka reaksi spontan,

tetapi jika harga t1G positif maka reaksi tidakspontan.Berdasarkan nilai t1G terdapat tiga kemugkinanpada suatu reaksi:

I. Jika t1G<Omaka reaksi akan berjalan spantan.

2. Jika t1G>O maka reaksi dalam arah sebaliknya(tidak spontan).

3. Jika t1G=O maka reaksi berada dalam keadaansetimbang.

Rumusan matematis t1G adalah t1G = t1H­

Tt1S. Dengan t1H adalah perubahan ental pi, Tadalah temperatur mutIak (K), serta t1S adalahperubahan entropi. Dengan demikian terdapatempat kemungkinan nilai t1G dari kombinasi nilait1H dan t1S seperti ditunjukkan pada Tabel I.

Tabel 1. Nilai t1G pada reaksi kimia~H I ~S I ~G

~G<O

~G>O

Reaksi kimia

Reaksi ini selalu

spantan.Reaksi selalu

tidak spantan.

Reaksi spantan

[makin fixed] I~G = ~H - T ~S ljika suhu reaksi

sangat rendah.

+ I IReaksi spantan[makin acak] ~G = ~H - T ~S jika suhu reaksiCUkUD tinaai.

[Eksaterm]

+

[Endaterm]

4. Proses produksi hidrogen termokimia GA Cycle23:

H2S ~ S + H2

2H2S04 ~ 2S02 + 2H20 + O2 (dekomposisiasam suifat)3S + 2H20 ~ 2H2S+ S023S02 + 2H20 ~ 2H2S04 + SS + O2 ~ S02

Dekomposisi asam sulfat akanmenghasilkan sulfur dioksida, air dan oksigenterdiri dari dua tahap [3J:

Tahap I : H2S04 ~ H20 + SO)Tahap II : SO) ~ S02 + ~02

Tahap pertama diawali dengan pemanasanuntuk penguapan asam sulfat (H2S04), danselanjutnya diikuti pembentukan sulfur trioksida(SO)) dan air (H20) yang melibatkan lingkungandengan temperatur yang tinggi, melebihi temperaturkritis air. Pada tahapan ini tidak semua asam sulfatterdekomposisi menjadi sulfur trioksida dan airmelainkan akan membentuk kesetimbangan sesuaidengan suatu tetapan kesetimbangan tertentu.Sedangkan yang diharapkan adalah sebanyakmungkin atau semua asam sulfat dapatterdekomposisi menjadi H20 dan SO). Dekomposisiasam sulfat yang sempuma akan dapat diperolehjika produk dekomposisi (H20 dan SO)) dapatdipisahkan dari sistem sehingga kesetimbanganselalu bergeser ke arah kanan. Setelah sulfurtrioksida dapat dipisahkan dari sistem, tahapdekomposisi asam sulfat yang kedua adalahdekomposisi SO) menjadi sulfur dioksida (S02) danoksigen (02), Proses reaksi tahap kedua juga akanmencapai kesetimbangan pada temperatur tertentusehingga S02 yang dihasilkan tidak akan optimalsesuai dengan kebutuhan siklus reaksi pasangannya.

Termodinamika Reaksi Kimia

EntalpiEntalpi pembentukan standar (t1Hf) suatu

zat adalah entalpi reaksi standar untuk pembentukansuatu zat dari unsur-unsumya dalam keadaan yang

paling stabil pada suhu tertentu dan tekanan 1 bar(4]

(t1Hf) = t1HOproduk - t1Horeaktan

Pada variasi temperatur persamaan entalpipembentukan standar menjadi

(t1Hf) = t1Ho)+ t1Cp (T2 - T1)

dengan t1Cp = Cp produk - Cp reaktan

EntropiEntropi merupakan suatu fungsi keadaan

yang menyatakan derajad ketidakteraturan suatusistem. Nilai entropi dapat dihitung menggunakanpersamaan :

t1S = S produk - S reaktan

132 ISSN 1410 - 8178 Sumijanto, dkk

Page 4: ANALISIS PROSES REAKSI DEKOMPOSISI ASAM SULFAT …

PRO SIDING SEMINAR NASIONALPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akslerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

200

Tabel 3. Harga Kp dekomposisi asam sulfat padakenaikan temperatur

Gambar 1. Hubungan energi bebas Gibbs (6G) vsTemperatur reaksi dekomposisi asamsulfat

Tabel 2. Data korelasi 6H,6G dan 68 padaberbagai temperatur untuk reaksidekomposisi asam sulfat.

Temperatur IK

200

-400

-300

100

·500

_ 0-g 0

~ -100CJ

<] -200

Temperatur 6G6H68{K)

(kJ/mo\)(kJ/mol)(kJ/Kmol)298

136,353227,720,306373

109,699259,142Q,400473

64,462301,0380,500573

10,300342,9340,585673

-14,101360,1110,609720

-82,3354045210,676750

-102,879417,0900,693773

-118,971426,7240,705800

-138,226438,0380,720850

-174,884458,9860,745873

-192,165468,6220,756

Temperatur (K)Kp (tetapan kesetimbangan fasa

gas)2981,005338

3730,000187

4731,17x 10-08

5733,31 x 10 -12

6731,63 x 10-13

7201,41 x 10 -16

7502,25 x 10 -17

7735,77 x 10 -18

8001,22 x 10 -18

Dari gambar I dapat diketahui bahwareaksi dekomposisi asam sulfat menjadi sulfurtrioksida dan air berada dalam keadaan setimbang(6G = 0) dalam rentang temperatur antara 573 Khingga 673 K at~u antara 300°C hingga 400°C.Selanjutnya semakin tinggi temperatur yangdiberikan maka reaksi dekomposisi asam sulfatmenjadi semakin spontan yang ditandai dengannilai yang semakin negatif. Dekompsisi asam sulfatini adalah reaksi dapat balik dan terjadi padakondisi diatas temperatur didih asam sulfat (340°C)artinya reaksi ini berada dalam fasa gas. Reaksi

• 6H 1 = Entalpi dekomposisi asam sulfat padatemperatur 298 K = 227,72 kJ/mol

• 6H2 = Entalpi dekomposisi asam sulfat padatemperatur T2 (yang akan

• dihutung)• 6Cp = Kapasitas panas dekomposisi asam

sulfat pada temperatur 298 K• (0,418961 kJ/K mol)• Tl = Temperatur dekomposisi asam sulfat

temperatur sebelumnya (298 K)• T2 = Temperatur dekomposisi asam suIfat

yang baru (akan dihitung).Dengan menganggap kapasitas panas

adalah tetap pada kenaikan temperatur maka entalpipada 373 K adalah : 6H373 = 227,72 kJ/mol +0,418961 kJ/Kmol (373 - 298) K

6H373= 259, 142 kJ/mol

2. Contoh perhitungan menentukan 68 padatemperatur 373 K :• 682 = 68! + 6Cp In(T2 IT!)

• 681 = Entropi dekomposisi asam sulfat padatemperatur 298 K = 0,3066 kJ/Kmol

• 682 = Entropi dekomposisi asam suIfat padatemperatur T2(yang akan dihutung)

• 6Cp = Kapasitas panas dekomposisi asamsulfat pada temperatur 298 K

• (0,418961 kJ/K mol)• T I = Temperatur dekomposisi asam sulfat

temperatur sebelumnya (298 K)• T2 = Temperatur d~komposisi asam sulfat

yang baru (akan dihitung).• Entropi pada 373 K = 68373= 0,3066 kJ/Kmol

+ 0,418961 kJ/Kmolln(373/298)• 68373= 0,400 kJ/Kmol.

3. Contoh perhitungan menentukan 6G padatemperatur 373 K :• 6Gr = 6Hr - T 68r• T = Temperatur dimana akan ditentukan 6G• 6G313 = Energi bebas Gibbs dekomposisi

asam suifat pada 373 K• 68313= Entropi dekomposisi asam sulfat pada

373 K = 0,400 kJ/Kmol• 6H313= Entalpi dekomposisi asam sulfat pada

373 K = 259,142 kJ/mol• 6G313 = 259,142 kJ/mol - (373 K) (0,400

kJ/Kmol) = 109,699 kJ/molReaksi dekomposisi asam sulfat merupakan

reaksi endoterrn sesuai dengan hasil perhitunganentalpi 6H yang selalu bemilai positif untuktemperatur operasi dari mulai 298 K sampai dengan873 K. Sedangkan perubahan energi Gibbs (6G)reaksi dekomposisi asam sulfat pada berbagaitemperatur seperti ditunjukan pada Gambar I.

Sumijanto, dkk ISSN 1410 - 8178 133

Page 5: ANALISIS PROSES REAKSI DEKOMPOSISI ASAM SULFAT …

PRO SIDING SEMINAR NASIONALPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan

Vogyakarta, 28 Agustus 2008

dekomposisi ini mempunyai tetapan kesetimbanganfasa gas Kp yang besamya bergantung padatemperatur. Harga Kp pada dekomposisi asam sulfatmenjadi sulfur dioksida dan air pada berbagaitemperatur ditunjukan pada Tabel 3.

Telah diketahui bahwa semakin tinngitemperatur reaksi dekomposisi semakin spontan(L1G semakin negatit), tetapi bila dilihat harga Kpnya bahwa semakin tinggi termperatur harganyasemakin menurun (Tabel 2). Hal ini beratimeskipun reaksi semakin spontan tetapi efektifitasreaksi menurun yang ditandai dengan harga Kpkecil. Dengan mempertimbangkan harga temperaturdidih asam sulfat, perubahan energi Gibbs (L1G),

temperatur kesetimbangan dan harga Kp sebagaifungsi temperatur maka disimpulkan temperaturoptimal mempunyai harga antara 673 K hingga 720K (400°C hingga 447 0q.Dekomposisi sulfur trioksida SO) +-+ S02 + Yz O2

Korelasi perubahan energi Gibbs terhadaptemperatur seperti ditunjukan pacta Gambar 2.

-- 'Ttm>p ••ndur (K)

Gambar 2. Korelasi antara perubahan energi Gibbsterhadap temperatur

Dari Gambar 2 ini dapat diketahuidekomposisi sulfur trioksida dalam keadaansetimbang (L1G = 0) pada temperatur sekitar 1000K, semakin tinggi temperatur reaksi dekomposisisemakin spontan yang ditunjukan dengan L1G yangsemakin menurun.

Korelasi antara perubahan energi Gibbs (L1G) dantetapan kesetimbangan seperti ditunjukan padaGambar 3.

Gambar 3. Korelasi an tara L1G dan tetapankesetimbangan (K)

Oari Gambar ini dapat diketahui bahwa

semakin spontan reaksi dekomposisi diikuti dengansemakin rendah tetapan kesetimbangan reaksi.Tetapan kesetimbangan ini menggambarkanefektivitas reaksi. Korelasi an tara temperatur danenergi dekomposisi seperti ditunjukan pada Gambar4.

Enel'Jtilkl/mol}

Gambar 4. Korelasi antara temperatur dan energidekomposisi

Dari gambar ini dapat diketahui bahwaenergi dekomposisi semakin menurun ketikatemperatur reaksi dinaikan diatas 1000 K.

Dari Gambar 2, 3 dan 4 dapat disimpulkanbahwa reaksi dekomposisi berlangsung spontan.Berdasarkan L1G reaksi = - 9,023 kjlmol, tetapankesetimbangan = 0,000194 dan energi dekomposisi97,415 kJ maka temperatur optimumnya adalah 850°C. Pada temperatur diatas 850°C meskipun L1Gsemakin bemilai negatif, tetapi tetapankesetimbangan semakin berkurang sehingga tidakdipilih sebagai temperatur optimum karena padasaat tetapal1 kesetimbangan semakin kecilkonsentrsi prod uk akan semakin kecil dibandingreaktan. Pada temperatur 850°C ini diharapkan S02akan mencapai optimum.

KESIMPULAN

Proses dekomposisi asam sui fat terdiri daridua tahap reaksi, reaksi tahap pertama adalahdekomposisi asam suI fat yang menghasilkan air(H20) dan sulfur trioksida (S03) yang merupakanreaksi endoterm dan akan terjadi secara optimaldalam rentang temperatur 400°C hingga 447°C,sedangkan reaksi dekomposisi asam sui fat tahapkedua yaitu dekomposisi sulfur trioksida (SO)menghasilkan sulfur dioksida (S02) dan oksigen

(02) juga merupakan reaksi endoterm dan terjadisecara optimal pada temperatur 850°C. Selanjutnyadata ini digunakan sebagai dasar dalam menentukanrancangan eksperimen dekomposisi asam sui fat.

134 ISSN 1410 - 8178 Sumijanto, dkk

Page 6: ANALISIS PROSES REAKSI DEKOMPOSISI ASAM SULFAT …

PRO SIDING SEMINAR NASIONALPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akslerator dan Proses BahanYogvakarta, 28 Agustus 2008

et aI,Using

Cycles,

DAFT AR PUST AKA

I. BROWN, L.c., BESENBRUCH, G.E.,Nuclear Production of HydrogenThermochemical Water-SplittingGeneral Atomic Corporation.

2. KWANG, K.D. et. ai, Decomposition of SulfuricAcid to Produce Sulfur Dioxide and Oxygen inIS Cycle. Environmentai and Processtechnology, Hawolgokdong 39-1, Seongbukgu,Seoul 139-791. South Korea.

3. KIM, T.H.,GONG.G.T., LEE, B.G, Cata/itycDecomposition of Sulfur Trioxide with Metalliccalalysls for Ihe IS Cycle of ThermochemicalHydrogen production, Catalyst and ReactionEngineering Lab. Korea University, Anamdong,Seongbukgu,Seoul 136-701, South Korea.Nov.2005.

4. CHANG, R.,Chemistry, Northern ArizonaUniversity, Eighth Edition, 2005

TANYA JAWAB

Suyanti~ Pada abstrak dan kesimpulan dekomposisi tahap

I terjadi perbedaan suhu, mohon penjelasan

Sumijanto~ Terima kasih. sudah kami benarkan, yang

benar adalah tahap I 400 - 447 oC dan lahap/I sekitar 850 oC

Sajima~ Mengingat sifat hidrogen yang mudah terbakar,

bagaimana penanganan keselamatannya?

Sumijanto~ Per/u penyimpanan pada lempat yang aman

yang sekarang di PEBN sedang dikembangkanteknik HIDRIDA LOGAM

Sri Rinanti S

~ Apakah ini merupakan studi Iiteratur? Dan apakeistimewaan metode tersebut?

Sumijanto~ fa, ini merupakan sludi /ileralur,

keistimewaan melode ini adalah ramah

/ingkungan, efisiensi linggi jika memakaienergi lermal nuk/ir dengan, kogenerasi sitemenergi nuk/ir terulama dengan reaktorgenerasi IV

Darmanto

~ Mana yang lebih ekonomis proses e1ektrolisisdengan prosesdekomposisidalam skala pabrik

Sumijanto~ Secara ekanomi proses ini lebih baik

dibandingkan dengan elektrolisis, karenadalam elektro/isis digunakan energi /islrikyang diperoleh dari lerma/ dengan efisiensi30%, sedangkan produksi hidrogenlermokimia ini /angsung menggunakan lermal,dan akan sangal efisien jika menggunakanlermal dari energi nuk/ir

Sumijanto, dkk ISSN 1410 - 8178 135