Gas nitrogen (N2) diproduksi secara industri dengan mengisolasi dan memisahkannya langsung dari udara bebas. Udara sendiri adalah campuran gas yang sebagian besarnya adalah nitrogen, sehingga sumber bahannya sangat melimpah dan ekonomis.
Proses Distilasi Udara Kriogenik
Ini adalah metode paling umum untuk memproduksi nitrogen dalam volume besar dengan kemurnian tinggi.
Disaring & Dikompresi] --> B[Pemurnian:
Hilangkan CO2 & Uap Air] B --> C[Pendinginan Ekstrem
Hingga -200°C] C --> D[Udara Berubah
Menjadi Cair] D --> E[Distilasi Kriogenik
dalam Fractionating Column] E --> F[Pemisahan Berdasarkan
Titik Didih] F --> G[Titik Didih Tertinggi: Oksigen -183°C
Mengalir ke Bawah sebagai Cairan] F --> H[Titik Didih Terendah: Nitrogen -196°C
Menguap & Terkumpul di Puncak] H --> I[Nitrogen Murni
Dikumpulkan] I --> J[DISTRIBUSI] J --> K[Disalurkan sebagai
Gas via Pipa] J --> L[Dicairkan Kembali
sebagai Nitrogen Cair LN₂] L --> M[Disimpan & Diangkut
dalam Tangki Kriogenik]
Langkah-langkah Detail Proses Kriogenik
Penyaringan dan Kompresi
Udara atmosfer ditarik ke dalam pabrik dan disaring untuk menghilangkan debu, uap air, dan kotoran lainnya. Udara bersih kemudian ditekan (dikompresi) ke tekanan yang sangat tinggi menggunakan kompresor besar. Proses kompresi ini menghasilkan panas, sehingga udara kemudian didinginkan.
Pemurnian
Udara yang telah dikompresi dan didinginkan dialirkan melalui sistem "Molecular Sieves" (saringan molekuler) untuk menghilangkan uap air, karbon dioksida (CO2), dan hidrokarbon yang masih tersisa. Ini sangat penting karena senyawa-senyawa ini dapat membeku dan menyumbat peralatan pada tahap pendinginan ekstrem selanjutnya.
Pendinginan dan Pencairan (Liquefaction)
Udara yang telah dimurnikan kemudian didinginkan hingga suhu yang sangat rendah (cryogenic), sekitar -200°C, hingga berubah menjadi cair. Pendinginan ini dilakukan dengan cara melewatkan udara melalui penukar panas (heat exchanger), di mana udara dingin yang keluar dari proses distilasi digunakan untuk mendinginkan udara yang masuk. Ini membuat proses menjadi sangat efisien.
Distilasi (Penyulingan)
Udara cair yang merupakan campuran dari nitrogen cair, oksigen cair, dan argon cair dimasukkan ke dalam kolom distilasi yang disebut "Fractionating Column". Prinsipnya adalah perbedaan titik didih:
- Nitrogen (N2) memiliki titik didih terendah: -196°C
- Argon (Ar) titik didih: -186°C
- Oksigen (O2) memiliki titik didih tertinggi: -183°C
Di dalam kolom, campuran udara cair ini dipanaskan secara perlahan. Komponen dengan titik didih lebih rendah (nitrogen) akan menguap terlebih dahulu dan naik ke puncak kolom. Komponen dengan titik didih lebih tinggi (oksigen dan argon) akan tetap sebagai cairan dan turun ke dasar kolom. Uap nitrogen murni kemudian dikumpulkan di puncak kolom.
Penyimpanan dan Distribusi
Nitrogen gas yang telah dipisahkan kemudian dialirkan ke kompresor untuk disalurkan langsung melalui pipa gas ke pelanggan industri terdekat. Atau, bisa juga dicairkan kembali untuk dibuat menjadi nitrogen cair (LN2) dan disimpan dalam tangki penyimpanan kriogenik yang besar untuk kemudian didistribusikan dengan truk tangki.
Metode Produksi Lain untuk Skala Kecil
| Metode Produksi | Prinsip Kerja | Skala & Aplikasi |
|---|---|---|
| Pressure Swing Adsorption (PSA) |
Udara dikompresi dan dialirkan melalui vessel berisi "Carbon Molecular Sieves" (CMS) yang menyerap molekul oksigen dan uap air. |
Skala Menengah. Untuk pabrik yang membutuhkan gas nitrogen dalam volume sedang. |
| Membrane Air Separation |
Udara bertekanan dialirkan melalui serat membran hollow yang selektif - molekul seperti oksigen, CO2, dan uap air berdifusi lebih cepat. |
Skala Kecil/Portabel. Untuk aplikasi di lokasi terpencil atau kebutuhan volume rendah. |
Kesimpulan
Industri sangat mengandalkan udara bebas sebagai bahan baku utama untuk memproduksi nitrogen melalui proses pemisahan yang canggih. Metode Distilasi Udara Kriogenik digunakan untuk produksi skala besar, sementara metode PSA dan Membrane Separation digunakan untuk skala yang lebih kecil. Proses ini memanfaatkan perbedaan titik didih dan sifat fisik lainnya dari komponen udara untuk menghasilkan nitrogen dengan kemurnian tinggi untuk berbagai aplikasi industri.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar