PENGENALAN APLIKASI GAS INDUSTRI

Beberapa jenis gas yang di produksi di Indonesia :

1                    Oksigen

2                    Nitrogen

3                    Argon

4                    Karbondioksida

5                    Hidrogen

6                    Asetilen

Untuk mengetahui aplikasi masing-masing gas, kita perlu mengenali sifat masing-masing gas.

1.      Oksigen

1.1. Karakteristik Oksigen

Sifat Fisika :

•                      Tidak berwarna

•                      Tidak berbau

•                      Tidak berasa

Sifat Kimia 

•                      Gas yang menyokong kehidupan

•                      Gas yang tidak mudah terbakar  akan tetapi membantu pembakaran

•                      Oksidator

Sifat Biologis

•                      Kadar 0-7% akan menyebakan sesak napas

•                      Kadar 7-12% akan hilang kesadaran

•                      Kadar 12-17% akan menyebabkan pusing

• Kadar 75-100% akan menimbulkan efek hyperoxia Bahaya

•                      Jika bereaksi dengan bahan bakar atau zat yang mudah terbakar akan mudah timbul kebakaran dan ledakan

•                      Jika dalam bentuk cair akan terkena kulit dapat menyebabkan rasa terbakar hebat & kerusakan jaringan tubuh

•                      Jika oksigen murni dalam jumlah besar dihirup akan sangat berbahaya

•                      Dalam botol baja bertekanan tinggi

Konstanta Fisika

•                      Chemical formula O2

•                      Molecular weight 31.9988

•                      Density gas 70oF (21.1oC) & 1 atm 1.326 kg/m3

•                      Specific volume of gas at 70oF (21.1oC)&1 atm 0.7541 m3/kg

•                      Boiling point at 1 atm -182.96oC

•                      Freezing point at 1 atm -218.78oC

•                      Critical temperature -118.57oC

•                      Critical pressure 5043 kPa abs

•                      Critical density     436.1 kg/m3

•                      Triple point at 0.1480 kPa abs -218.79oC

•                      Latent heat of vaporization at boiling point 213 kJ/kg

•                      Specific heat gas at 70oF (21.1oC) & 1 atm 0.9191 kJ/ (kg)(oC)

•                      Density of the liquid at boiling point 1141 kg/m3

•                      Density of the gas at boiling point 4.483 kg/m3

1.2. Aplikasi Oksigen

A. Berdasarkan sifat energi :

1. Gas Oksigen sangatlah cepat digunakan untuk proses pembakaran untuk menghasilkan kalori yang lebih & temperatur yang lebih tinggi daripada yang didapatkan dari udara biasa. Oksigen ini dapat digunakan untuk nyala oxyacetylene atau oxypropane. Nyala ini digunakan untuk :

•                      Welding, brazing, surface quenching, forming, descaling, metallization

•                      Oxycutting, gouging, scarfing, flame machining

•                      Steelworks, foundry, glassworks burner

•                      Rock cutting, bekerja dengan proses ROCJET

•                      Thermal drilling dengan oxygen lance

•                      Sebagai comburent dalam propulsion (tenaga penggerak)

1.       Dalam industri baja, oksigen dipergunakan untuk hyperoxygenation dari blast furnace dan gas-gas cupola.

2.       Aplikasi energi yang lain adalah pada fuelcell 

3.       Oksigen enrichment dan Oxy Fuel pada burner furnace

B. Berdasarkan sifat oksidasi :

1.  Dalam industri baja, digunakan dalam pure oxygen converter untuk refining cast iron dan baja.

2. Dalam non-ferrous metallurgy, oksigen digunakan untuk refining copper dan untuk roasting   sulfur-bearing ores. Juga digunakan untuk carbon determination dalam logam.

3. Dalam industri kertas, oksigen digunakan untuk bleaching pulp (SAPOXAL process), oxidation dari black liquor, purifikasi buangan, pemasakan kayu, ozone bleaching dari mechanical pulp.

4. Dalam industri elektronik, oksigen digunakan dalam produksi semi-conductor, untuk menyimpan oxide dari germanium atau silicon.

5. Dalam industri kimia, oksigen khusus digunakan untuk :

a. Oksidasi olefin

b. Produksi gas sintetis (H2+O2) yang dipergunakan untuk memproduksi CH3OH dan NH3

c. Produksi nitric acid

d. Menyiapkan C2H2 dengan oksidasi yang terkontrol oleh hidrokarbon

e. Synthesis ethylene dan propylene oxide

f. Synthesis acetaldehyde, vinyl acetate, dan formic acid serta methanol

6. Dalam industri-industri yang lain, digunakan untuk penyisihan zat-zat yang tidak diinginkan dalam udara atmosfir, sebagai contoh untuk menyingkirkan CO dalam CO2 dalam lingkar reaktor nuklir.

7. Dalam industri makanan, oksigen digunakan dalam pengangkutan ikan hidup dan makanan laut. Dan jika dicampur dengan gas-gas yang lain, gas oksigen menyediakan suatu produk pernapasan (seperti O2 + CO2 : menghidupkan; O2+N2 untuk penyelaman)

8. Regenerasi katalis

9. Industri semiconductor untuk thermal oksidasi silicon

10. Gas pembakar pada industri roket

11. Flame spraying pada surface metalizing

12. Fire polishing pada pembuatan produk terbuat dari gelas

C. Lain-lain

1.       Untuk pembuatan ozone sebagai peng-sterilisasi.

2.       Gas campur pada modified atmosphere di packaging dan fumigasi

3.       Diving gas sebagai Divox (pure O2), dan campuran Nitrox, Heliox, dan Trimix

4.       Breathing gas di medis

5.       Waste water treatment (pengolahan air buangan) untuk oksigen enrichment

2. Nitrogen

2.1. Karakteristik Nitrogen

Sifat Fisika

•                      Tidak berwarna

•                      Tidak berbau

•                      Tidak berasa

•                      Tidak beracun

Sifat Kimia

•                      Inert

•                      Dalam bentuk cairan tidak berwarna

•                      Tidak mudah terbakar (non flammable) & tidak membantu pembakaran

Sifat Biologis

• Hilang keseimbangan tubuh, pusing, tekanan pada daerah wajah, kesemutan, lemah bicara, sulit koordinasi gerakan, hilang kesadaran, gangguan sensor syaraf, gangguan aktivitas mental

Bahaya

•                      Rasa tercekik

•                      Jika dalam bentuk cair terkena kulit, akan menyebabkan kerusakan jaringan tubuh

•                      Dalam botol baja bertekanan tinggi

Konstanta Fisika

•                      Chemical formula N2

•                      Molecular weight 28.01

•                      Density gas at 70oF (21.1oC) & 1 atm 1.153 kg/m3

•                      Specific volume gas at 70oF (21.1oC) & 1 atm 0.867 m3/kg

•                      Boiling point at 1 atm -195.8 oC

•                      Melting point at 1 atm -209.9oC

•                      Critical temperature -146.9oC

•                      Critical pressure 3399 kPa abs

•                      Critical density     314.9 kg/m3

•                      Triple point at 0.1480 kPa abs -210.0oC

•                      Latent heat of vaporization at boiling point 199.1 kJ/kg

•                      Specific heat gas at 70oF (21.1oC) & 1 atm 1.04 kJ/ (kg)(oC)

•                      Weight of the liquid at boiling point 808.5 kg/m3

2.2. Aplikasi Nitrogen

Aplikasi Nitrogen dibedakan berdasarkan bentuknya yaitu sebagai gas dan cairan.

2.2.1. Gas Nitrogen Dalam inert atmosphere :

1                    Metallurgy : heat treatment (annealing, stress relief), perlindungn pada graphite crucibles dan pengecatan pada tembaga dan campurannya.

2                    Kimia dan petrokimia : melindungi katalis dan reaktor

3                    Industri gas : melindungi tangki methane

4                    Industri makanan, minuman dan farmasi (modified atmosphere packaging dan control atmosphere storage) : menyimpan buah-buahan dan sayur-sayuran, membungkus obat-obatan dan bahan makanan, bottling dan penyimpanan minuman seperti bir, wine, jus, dan lainnya

5                    Fumigasi dengan modified atmosfer

6                    Industri pertambangan : pemadam api dan shielding gas pada storage

7                    Industri elektronik : digunakan dalam campuran dengan Argon untuk mengisi bola lampu

8                    Industri semikonduktor: untuk inert atmosfer dan gas carrier pada diffusi, epitaxy dan chemical vapour deposition (CVD)

9                    Gas tekan untuk hidraulik

10                Sebagai gas untuk leak tes

Di industri Metalurgi, Foundry dan baja

1                    Degassing dari molten aluminium bath

2                    Sebagai gas untuk mengaktivkan shut off switch pada burner dan furnace

3                    Gas feeding campuran alloy

4                    Spray metal melt

5                    Shielding gas pada thermal treatment (annealing, sintering dan hardening)

6                    Carburizing untuk mengatur jumlah karbon

Dalam pembersihan dan inert fluida transfer :

1                    Electrical engineering : pembersihan shutdown seperti generator 

2                    Industri elektronika

3                    Injection moulding pada pembuatan ban, plastic dan lain-lain.

Di industri kimia dan petrokimia

1                    Pembuatan produk NH3, Calcium cyanamide, dan metla nitrides

2                    Pembuatan plastik foam (N2 sebagai blowing agent)

3                    Shielding gas pada produksi graphite, phospor, sodium, plastik, karet, dan sintetik

4                    Kimia, petrokimia dan gas industri : pembersihan dan pengeringan pipa, katalis regenerasi, pembersihan tangki methane

Lain-lain

1. Diving gas berupa Nitrox dan Trimix 2.2.2. Nitrogen Cair Digunakan dalam :

1                    Penyimpanan produk makanan yang mudah membusuk : freezing, subfreezing dan lyophilization, mempertahankan bahan makanan dan bahan setengah matang agar tetap dalam suhu rendah, transportasi dalam inert atmosphere dengan refrigerator truck.

2                    Penyimpanan produk biologi : freezing, subfreezing dan lyophilization, penyimpanan darah pada suhu rendah, mempertahankan jaringan & air mani yang digunakan untuk inseminasi.

3                    Pembedahan otak & mata

4                    Cryogrinding untuk bumbu masak

5                    Penandaan pada binatang

6                    Metallurgy : pemadaman di bawah 0oC, impact test (pengetesan tubrukan), penyambungan dengan kontraksi bagian yang kecil (shrink fitting) seperti valve seat bersama dengan barang yang besar seperti rolling mill roll.

7                    Pekerjaan umum : pembekuan tanah lapang yang tertutup air (waterlogged)

8                    Industri recuperation: pendinginan awal pada badan mobil, electric motor, gulungan kabel electric.

9                    Pemotongan bagian sisa pada produk berbahan karet (deflashing atau deburring rubber)

10                Pengerasan plastik sebelum crushing atau grinding (penghancuran)

11                Cryo condensation untuk solvent recovery pada metalizing, percetakan, pengecatan, dan farmasi

12                Industri nuklir : cold trap, crypump

13                Penelitian ilmiah : cold trap, berbagai macam penelitian

14                Penggantian keramik pada bangunan

3. Argon

3.1. Karakteristik Argon

Sifat Fisika

•                      Tidak berbau

•                      Tidak berasa

•                      Tidak beracun

Sifat Kimia

• Sangat inert

Sifat Biologis

• Hilang keseimbangan tubuh, pusing, tekanan daerah wajah, kesemutan, lemah bicara, sulit koordinasi gerakan, hilang kesadaran, gangguan sensor syaraf, gangguan aktivitas mental

Bahaya

•                      Rasa tercekik

•                      Jika dalam bentuk cair terkena kulit, akan menyebabkan kerusakan jaringan tubuh

•                      Dalam botol baja bertekanan tinggi

Konstanta Fisika 

•                      Chemical formula Ar

•                      Molecular weight 39.95

•                      Density of the gas at 70oF (21.1oC) & 1 atm 1.650 kg/m3

•                      Specific volume of gas at 70oF (21.1oC) & 1 atm 0.606 m3/kg

•                      Boiling point at 1 atm -185.9oC

•                      Freezing point at 1 atm -189.2oC

•                      Critical temperature -122.3oC

•                      Critical pressure      4905 kPa abs

•                      Critical density      535.6 kg/m3

•                      Triple point at 12.5 kPa abs    -199.3oC Latent heat of vaporization at boiling point 162.3 kJ/kg

•                      Specific heat of gas at 70oF (21.1oC) & 1 atm 0.523 kJ/ (kg)(oC)

•                      Weight of the liquid at boiling point 1394 kg/m3

3.2. Aplikasi Argon

Sebagai gas inert :  

1                    Argon banyak digunakan untuk pengelasan di dalam atmosphere gas inert TIG, dan MIG/MAG Welding (murni atau mengandung CO2, O2, H2, He) dipergunakan untuk pengelasan mild dan stainless steel, aluminium, dan light alloy (campuran ringan), magnesium, titanium, dll

2                    Dalam metallurgy untuk heat treatment dalam protective atmosphere, khususnya

untuk annealing pada high carbon steel, dimana decarburization dihindari) Sebagai gas pembawa

1. Untuk silane dalam endapan dan pertumbuhan epitaxic dari silicon.

2. Gas chromatograpy Dalam industri     Metalurgi

1                    Dalam keadaan cair, mencegah oksidasi logam lelehan dan campuran

2                    Dalam keadaan gas, digunakan dalam degassing & desulfuration baja lelehan &

iron bath Dalam industri lampu listrik, Argon digunakan untuk :

1                    Bola lampu pijar

2                    Phosphorescent tube, dalam campuran neon, helium, dan mercury vapor

3. Thyratron radio tube, dalam campuran dengan neon  Lain-lain:

1. Argon dicampur dengan methane, digunakan untuk flushing Geiger Muller counter yang digunakan untuk mendeteksi sinar X & γ. Alat ini digunakan dalam memonitor radiasi nuklir dan untuk menganalisa spectrum dengan alat fluorencence sinar X.

4. Karbondioksida

4.1. Karakteristik Karbondioksida

Sifat Fisika

•                      Tidak berwarna

•                      Sedikit berbau tajam dan pedas

•                      Rasa sedikit menggigit

•                      Tidak beracun

•                      Tidak reaktif

Sifat Kimia

•                      Tidak dapat terbakar

•                      Bersifat asam

Sifat Biologis

•                      Kadar rendah: tidak beracun

•                      Kadar 8-15% menyebabkan sakit kepala, tak sadar, muntah dan kadar yang lebih tinggi menyebabkan  koma dan mati.

Bahaya

• Tercekik dan mati lemas (asphisia)

Konstanta Fisika

•                      Chemical formula CO2

•                      Molecular weight 44.01

•                      Density of the gas at 70oF (21.1oC) & 1 atm 1.833 kg/m3

•                      Specific gravity of the gas at 70oF (21.1oC) & 1 atm 1.522

•                      Specific volume of the gas at 70oF (21.1oC) & 1 atm 0.5457 m3/kg

•                      Density of liquid, saturated at 70oF (21.1oC) 762 kg/m3

•                      Sublimation temperature at 1 atm -78.5oC

•                      Critical temperature 31.1oC

•                      Critical pressure      7382 kPa abs

•                      Critical density      468 kg/m3

•                      Triple point at 416 kPa abs -56.6oC

•                      Latent heat of vaporization

•                      at 32oF (0oC)      234.5 kJ/kg

•                      at 2oF (-16.7oC)      276.8 kJ/kg

•                      at -20oF ( -28.9oC)     301.7 kJ/kg

•                      Latent heat of sublimation at -109.3oF (-78.5oC) 161.9 kJ/kg

•                      Specific heat of the gas at 77oF (25oC) & 1 atm 0.850 kJ/ (kg)(oC)

•                      Weight of the liquid at -2oF(-16.7oC) 1014 kg/m3

4.2. Aplikasi Karbondioksida

Industri Makanan dan Minuman

1.      Karbonisasi untuk soft drink, lemonade, soda, juice buah, dll

2.      Pembekuan (udang, ikan, & daging)

3.      Control Atmosfer Storage biji-bijian

4.      Pengalengan ikan, buah & sayuran

5.      Ekstraksi kopi (fluida superkritis)

6.      Modified Atmosfer Packaging dan Storage

7.      Penyimpanan selama transportasi ice cream, udang, buah-buahan dll

8.      Fumigasi dengan modified atmosfer

Industri Kimia dan Petrokimia

1. Pemadam kebakaran

2. Produksi cat & pernis

3. Pembuatan sodium carbonate, alkaline bikarbonate, lead carbonate dll

4. Pembuatan pupuk urea

5. Pemurnian air, pengolahan air buangan (waste water treatment)

6. Pembuatan karet busa & plastik busa (blowing agent)

7     7. Produk karet, plastik & chemical

i.         a. mengontrol pH pengeluaran alkaline dari proses

ii.         b. regenerasi resin pada produksi resin

8.     8. Produk textile untuk

i.         a.  menetralisir buangan sebelum dikeluarkan dari pabrik

ii.         b. menggantikan asam digunakan untuk pembentukkan warna,  

9. Pencelupan dan pemutihan

10. Pengontrolan pH air pada proses pembuatan kertas dan pulp

11. Inert atmosfer pada pembuatan kapsul, pil, dan ampul pada industri farmasi demikian juga pada packaging.

Industri dan Metalurgi

1.      Shrink fitting

2.      Welding

3.      Laser

4.      Blowing agent untuk pembuatan plastic foam seperti polystyrene

Lain-lain

1.      Dry Ice blasting untuk pembersihan heat exchanger, mesin printing

2.      Membersihkan tumpahan minyak di pesisir pantai dan batu karang

3.      Membersihkan cat pada mobil

4.      Fire extinguishing (pemadam kebakaran)

5.      Membersihkan surface semiconductor

5. Hidrogen

5.1. Karakteristik Hidrogen

Sifat Fisika

•                      Tidak berwarna

•                      Tidak berbau

•                      Tidak berasa

Sifat Kimia

•                      Mudah terbakar & meledak

•                      Tidak bersifat korosif

Sifat Biologis

• Gas tidak beracun

Bahaya

•                      Sesak napas

•                      Jika bercampur, mudah terbakar/meledak

Konstanta Fisika

•                      Chemical formula H2

•                      Molecular weight 2.016

•                      Density of the gas at 70oF (21.1oC) & 1 atm        0.08342 kg/m3

•                      Spesific gravity of the gas at 70oF (21.1oC) & 1 atm 0.06960

•                      Specific volume of the gas at 70oF (21.1oC) & 1 atm 11.99 m3/kg

•                      Boiling point at 1 atm -252.8 oC

•                      Melting point at 1 atm -259.2oC

•                      Critical temperature -239.96oC

•                      Critical pressure      1315 kPa abs

•                      Critical density      30.12 kg/m3

•                      Triple point at 7.205 kPa abs -259.2oC

•                      Latent heat of vaporization at boiling point 446.0 kJ/kg

•                      Specific heat of the gas at 70oF (21.1oC) & 1 atm 14.34 kJ/ (kg)(oC)

5.2. Aplikasi Hidrogen

Industri Metalurgi

1.      Welding gas untuk TIG

2.      Shielding gas pada pembuatan float glass

3.      Shielding gas pada pembuatan stainless steel

Industri kimia dan refineri

1                    Gas sintesa pada pembuatan NH3, dan Methanol

2                    Hidrogenasi pada refineri minyak bumi dan bahan kimia lainnya seperti aldehid, keton, atau nitril

3                    Hidrogenasi edibel oil (minyak sawit, minyak kelapa dll) dan pembuatan margarine

4                    Bahan bakar pada combustion engine (motor, mobil, bis)

5                    Bahan bakar untuk fuel cell

6                    Pendingin pada high speed turbin pembangkit listrik

Lain-lain

1                    Menghilangkan komponen Nitrogen dari air minum (denitrasi)

2                    Menghilangkan Oksigen pada cooling water di pembangkit listrik

3                    Gas pengisi pada balon udara

4                    Shielding gas pada pembuatan semiconductor

5                    Diving gas sebagai Hydra

6. Asetilen

6.1. Karakteristik Asetilen

Sifat fisika

•                      Tidak berwarna

•                      Berbau seperti bawang

Sifat kimia

• Sangat mudah terbakar

Sifat Biologis

•                      Hypercapnia

•                      Sesak napas

•                      Bahaya

•                      Kadar > 10% bersifat racun

•                      Kadar 20% di udara memabukkan

•                      Kadar 30% di udara menyebabkan syaraf otak tidak terkontrol

•                      Kadar 33% di udara menyebabkan pinsan, 80 % membius penuh, menurunkan tekanan darah, meransang gangguan pada pernapasan

•                      Sangat berbahaya apabila terkena panas, api dan bahan oxidator

Konstanta Fisika

•                      Chemical formula C2H2

•                      Molecular weight 26.04

•                      Vapour pressure at 70oF (21.1oC)  4378 kPa abs

•                      Density of the gas at 32oF (0oC) & 1 atm 1.1716 kg/m3

•                      Spesific gravity of the gas at 32oF (0oC) & 1 atm 0.906

•                      Specific volume of the gas at 70oF (21.1oC) & 1 atm 0.918 m3/kg

•                      Spesific gravity of the liquid at -112oF (-80oC) 0.613

•                      Density of the liquid at 70oF (21.1oC) 384 kg/m3

•                      Boiling point at 10 psig -75 oC

•                      Melting point at 10 psig -82.2oC

•                      Critical temperature 36.0oC

•                      Critical pressure      6250 kPa abs

•                      Critical density      231 kg/m3

•                      Triple point at 122 kPa abs -82.2oC

•                      Latent heat of vaporization at boiling point 614 kJ/kg

•                      Specific heat of the gas at 60oF (15.5oC) & 1 atm 1.6 kJ/ (kg)(oC)

6.2. Aplikasi Asetilen

Industri Metalurgi dan Konstruksi

1.      Pengelasan

2.      Pemotongan

3.      Heat treatment

Industri kimia untuk menghasilkan kimia-kimia organik seperti :

1.      Asam asetat

2.      Anhydrid asetat

3.      Acetone

4.      Acetyal dehide

5.      Klorida vinyl/alkohol/asetat

6.      Vinyl polimer (PVC group)

7.      Karbon acetylene hitam

8.      Perpaduan dari persenyawaan organik

Daftar Pustaka :

1.      Business Development Pengenalan Aplikasi Gas Industri Untuk Energi, PT. Aneka Gas Industri, 2010