EKSTRAKSI

Created byElfi Nur Rohmah ST.,MTSultan Ageng Tirtayasa, BantenElfi_surya@yahoo.com2009

PENDAHULUAN

Ekstrasi : pemisahan komponen dalam fase liquid-liquid

prinsip kerjanya prinsip kerjanya adalah pemisahan senyawa yang mempunyai perbedaan kelarutan pada 2 pelarut yang berbeda

ektraksi ini sangat dipengaruhi oleh luas kontak perpindahan massa.banyak sekali digunakan pada pabrik2 kimia

•pemurnian limbah•pembuatan pupuk SNN (Super Natural Nutrition) atau pupuk cair organik•pemurnian minyak atsiri

Contoh :

C

Camp.

Cairan

A , B

A , ( B ) , C

A , B , ( C )

Solvent

Skets proses Ekstraksi

Komponen A � soluteKomponen B � dilute

A , B A , B , ( C )

•Hanya komponen solute terdistribusi baik pada fase extract dan rafinat•Fase extract = kaya dengan solute•Fase rafinat = kaya dengan dilute

Pada keadaan setimbang

Hubungan Kesetimbangan Hubungan Kesetimbangan Hubungan Kesetimbangan Hubungan Kesetimbangan

dalam Ekstraksidalam Ekstraksidalam Ekstraksidalam Ekstraksi

Koordinat Segitiga

menunjukkan kesetimbangan data dari ketiga komponendari ketiga komponen

sudut pada segi tiga

komponen A, B, C dalam keadaan murni

0,4

0,8

0,6

0,60,4

0,2

10

( C )

xA = 0,4

Mol fraksi A

M

Mol fraksi C

Titik M

campuran

XB = 0,2

0

0,2

0,4

0,8

1

1

0,6

0,80,60,40,20( A ) ( B )

Mol fraksi B

XC= 0,4

xA + xB + xC =0,4 + 0,2 + 0,4 = 1

campuran komponen A, B, C

Koordinat Segi empat

contoh system:Asam Asetat (A)Air (B)Isoprophyl ether (C)

Water Layer (fraksi massa)

Isoprophyl Ether Layer

(fraksi massa)

A B CA B C

0.0000 0.988 0.012

0.0039 0.981 0.012

0.0141 0.971 0.015

0.0289 0.955 0.016

0.0642 0.917 0.019

0.1330 0.844 0.023

0.2550 0.711 0.034

0.3670 0.589 0.044

0.4430 0.451 0.106

0.4640 0.371 0.165

A B C

0.0000 0.006 0.994

0.0018 0.005 0.993

0.0037 0.007 0.989

0.0079 0.008 0.984

0.0193 0.010 0.971

0.0482 0.019 0.933

0.1140 0.039 0.847

0.2160 0.069 0.715

0.3110 0.108 0.581

0.3600 0.150 0.487

Rafinat

Extrac

Contoh soal:

Suatu campuran larutan mempunyai massa 100 kg terdiridari 30 kg isoprophyl ether(C), 10 kg Asam asetat(A), 60 kgair(B) akan disetimbangkan (dipisahkan) secara ekstraksidan dalam phase kesetimbangan inilah akan terpisah.Berapakan kompopsisi pada masing-masing phase (extractdan rafinat layer)!

Lihat gambar dibawah

Fraksi massa dalam kondisi awalxA = 0,1 ; xB = 0,6 ; xC = 0,3

1.Komposisi ini kemudian diplotkan dan akan mendapatkan titik h.

2.Trial and error dengan membuat garis gi melalui titik h, dengan cara dihubungkan garis

Langkah 2 :

melalui titik h, dengan cara dihubungkan garis kesetimbangan dibawahnya.

3.Apabila sudah didapatkan titik g maka titik inilah yang memuat komposisi ekstrak yaitu yA

= 0,04 ; yC =0,94 dan yB = 1-(0,04+0,94) = 0,02.

4.Untuk titik i akan memuat komposisi rafinat yaitu xA = 0,12 ; xC = 0,02 dan xB = 1-(0,12+0,02) = 0,86

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Fra

ks

i m

as

sa

C(X

c,Y

c)

Rafinat layerxC vs xA

Extract layeryC vs yA

h

i

g

0

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Fraksi massa A (Xa,Ya)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

water layer (rafinat),Xa

Eth

er la

yer (e

xtr

act),Y

a

45o

KesetimbanganKesetimbanganKesetimbanganKesetimbangan EkstraksiEkstraksiEkstraksiEkstraksi

UntukUntukUntukUntuk SingleSingleSingleSingle StageStageStageStage

A.Sistem Penyelesaian dengan Cara Grafik Penjumlahan

Fraksi

Massa

C

xAxAM

xC

xCM

YC

YA

M,xAM,xCM

L,xA,xC

V,yA,yC

C

Fraksi Massa A

Grafik Penjumlahan dan lever- arm rule

(a). Aliran Proses (b) Grafik penjumlahan

( b )

( a )

Neraca Massa total MLV =+

N.M. Komponen AAMAA MxLxVy =+

N.M. Komponen C ACCC MxLxVy =+

1

2

3

Dari pers. (1) dan (2) Dari pers.(4) dan (3)

AAM

AMA

xx

xy

V

L

−

−=

CCM

CMC

xx

xy

V

L

−

−=4 5

dari pers.(4) dan (5):

AAM

CCM

AMA

CMC

yx

yx

xx

xx

−

−=

−

−6

Persamaan ini dapat ditunjukkan dengan titik L,M dan V bahwa panjang dari VM sama dengan LM hal ini dapat dikerjakan secara grafik (b)

B.Kesetimbangan Ekstraksi Untuk Single stage

pemisahan campuran A dan B dengan menggunakan pelarut C dalam single

equilibrium stage pemisahan campuran A dan B dengan menggunakan pelarut C

dalam single equilibrium stage

V2

C

x

V1

V1

Tie line

M

Single stage equilibrium

L1

AxAM

xCM

L0

Grafik Single stage equilibrium

(a). Aliran Proses (b) Plot Pada diagram fase

B

L1

L0

M

( b )

( a )

Neraca Massa Untuk Proses diatas:

MVLVL =+=+1120

AMAAAA MxyVxLyVxL =+=+11112200

CMCCCC MxyVxLyVxL =+=+11112200

7

8

9 CMCCCC MxyVxLyVxL =+=+11112200

1. Cara trial and error kita gunakan untukmenggambarkan tie line hingga didapat titik M

2. komposisi dari L1 dan V1 dapat diketahui, begitupula dengan harga V1 dan L1.

Dengan persamaan diatas dapat kita hitung harga M, xCM dan xAM.

9

Continuous Multistage Continuous Multistage Continuous Multistage Continuous Multistage

Countercurrent ExtractionCountercurrent ExtractionCountercurrent ExtractionCountercurrent Extraction

Ekstrak

L1L0

V3V2V1

1 2

Feed

multi stage

LN-1 LN

LnLn-1

VN+1VN

Vn Vn+1

n

N

Solvent

Raffinat

tiap stage

total stage

Neraca Massa Total untuk jumlah stage N

MVLVL NN =+=+ + 110

M= massa total =konstan (Kg/j atau lbm/j)

Dimana:

10

M= massa total =konstan (Kg/j atau lbm/j)L0= Rate Feed (Kg/j atau lbm/j)VN+1= Flow rate inlet solvent (Kg/j atau lbm/j)V1= aliran ekstrak (Kg/j atau lbm/j)LN= aliran raffinat (Kg/j atau lbm/j)

Neraca Massa komponen C:

CMCCNNCNNC MxyVxLyVxL =+=+ ++ 11110011

12

Dari pers.(10) dan (11)

1

11

10

1100

VL

yVxL

VL

yVxLx

N

CCNN

N

CNNC

CM+

+=

+

+=

+

++

Maka Untuk Komponen A :

1

11

10

1100

VL

yVxL

VL

yVxLx

N

AANN

N

ANNA

AM+

+=

+

+=

+

++

13

1. Persamaan (12) dan (13) dapat digunakan untuk menentukan titik M pada diagram fase dengan aliran masuk L0 dan VN+1 dan aliran keluar V1 dan LN.

2. Perlu diperhatikan komposisi dari L0 dan VN+1 sudah diketahui maka komposisi keluar xAN akan

Pnentuan LN dan V1

diketahui maka komposisi keluar xAN akan diketahui juga.

3. Jika kita memplotkan titik L0,VN+1 dan M pada gambar dibawah ini maka garis lurus yang harus menghubungkan ketiga titik diatas→ LN,M dan V1

terletak pada satu garis.4. Maka LN dan V1 akan terlihat pada diagram fase

VN+1CV1

xC,y

Grafik Multistage Countercurrent Extraction

AxAM

xCM

B

LNL0

xC,y

C

M

xA,yA

Contoh soal:

Pelarut murni isopropyl ether dengan rate (VN+1) 600kg/j akan digunakan untuk mengekstrak larutan air yangmengandung 30% massa asam asetat dengan rate 200kg/j. Proses berjalan dalam countercurrent multistage.Pada aliran raffinat diketahui mengandung 4% asamasetat. Hitunglah komposisi ekstrak dan laju alir ekstrakserta raffinat.(Gunakan data kesetimbangan dari Appendix A.3(Gunakan data kesetimbangan dari Appendix A.3Geankoplish)

VN+1 = 600 kg/jamyAN+1 = 0yCN+1 = 1L0 = 200 kg/jamxA0 = 0,3xB0 = 0,7xC0 = 0xAN = 0,04

1. Komposisi extrak2. Laju alir ekstrak dan raffinat

Diketahui

( ) ( )075,0

600200

06003,0200=

+

+=AMx

( ) ( )16000200 +

1.Gambar diagram fasa2.Plot L0 dan VN+1 pada diagram fasa3.Plot LN dengan kadar xAN = 0,044.Hitung xAM dan xCM

Penyelesaian

( ) ( )75,0

600200

16000200=

+

+=CMx

5. Plot titik M (xAM,xCM)6. Gambar garis lurus yang melalui LN-M hingga

memotong diagram fasa7. Perpotongan inilah yang akan menghasilkan nilai

yA1= 0,08 dan yC1=0,98. Dari LN akan didapatkan harga xCN = 0,079. Dengan substitusi ke pers (1) dan (2) akan didapat

LN= 136 dan V1= 664 kg/jam

Niehh..Grafiknyee…

!

Perhitungan tiap stage Perhitungan tiap stage Perhitungan tiap stage Perhitungan tiap stage

untuk Proses Countercurrent untuk Proses Countercurrent untuk Proses Countercurrent untuk Proses Countercurrent Neraca Massa Total pada stage ke 1

1120VLVL +=+14

Untuk stage ke-n

nnnn VLVL +=+ +− 11

Perbedaan flow pada tiap titik misalkan ∆

∆=−=−2110VLVL

15

16

Sedangkan harga ∆ adalah konstan untuk semua stage, maka dpt dituliskan :

1110 ++ −=−=−=∆ NNnn VLVLVL

Untuk perbedaan pada Neraca Massa Komponen (A,B,C) pada tiap titik :

17

11111100 ++++∆ −=−=−=∆ NNNNnnnn yVxLyVxLyVxLx

Substitusi antara persamaan diatas (17) dan (18) :

1

11

1

11

10

1100

+

++

+

++∆

−

−=

−

−=

−

−=

NN

NNNN

nn

nnnn

VL

yVxL

VL

yVVL

VL

yVxLx

18

19

Dimana x∆ adalah koordianat x pada titik ∆.Dari persamaan (16) dan (17) dapat dituliskan :

1

1

10

+

+

+∆=

+∆=

+∆=

NN

nn

VL

VL

VL

20

1++∆= NN VL

Dari pers.(20) apabila titik LN dan VN+1 kita tarikgaris lurus, begitu pula dengan titik V1 dan L0maka perpotongan antara kedua garis tersebutakan berada pada ∆.

Untuk menghitung jumlah stagelangkah-langkah sebagai berikut:

1.tentukan titik L0, kemudian gambar garis L0-∆2.V1 terletak pada phase boundary3.Gambar tie line dari V1 hingga didapat V23.Gambar tie line dari V1 hingga didapat V2

4.Gambar L1-∆ hingga berpotongan dengan phase boundary didapatkan nilai V2

5.Gambar tie line di V2 hingga didapatkan L26.Langkah diatas diulang hingga mencapai LN

dihentikan7.Hitung stage yang tergambar

Caragambar

Grafik menentukan ∆∆∆∆ dan menghitung jumlah stage untuk Countercurrent Extraction

Contoh soal:

Isopropil ether murni sebanyak 450 kg/jam digunakan untukmengekstrak larutan asam asetat dengan komposisi 30%massa sebanyak 150 kg/jam secara countercurrent multistage extraction. Konsentrasi keluar raffinat mengandung10% massa asam.Hitunglah jumlah stage yang diperlukan!

VN+1 = 450yAN+1 = 0yCN+1 = 1L0 = 150xA0 = 0.3xB0 = 0.7xC0 = 0xAN = 0.1

Jumlah stage

Diketahui

1. Dengan Menggunakan pers.(12) dan (13) akan didapatkan xAM dan xCM

xAM= 0.075xCM= 0.75

2. Plot (xAM,xCM) menjadi titik M. Dari titik M akan ditarik garis lurus LN-M hingga memotong garis kesetimbangan akan didapatkan V1 (yA1,yC1).

Penyelesaian:

kesetimbangan akan didapatkan V1 (yA1,yC1).3. Garis L0V1 dan LNVN+1 tarik terus hingga

berpotongan, dan perpotongan inilah yang merupakan posisi titik .

4. Tarik garis tie line hingga didapatkan L15. Tarik garis L1 maka akan didapatkan V2 6. Terus lakukan seperti langkah 3, 4 dan 5 hingga

berhenti pada LN7. Maka akan didapatkan jumlah stage 2,5 (secara teori

plate yang dibutuhkan)

VN+1

CaraGrafik

L3 LN L2 L1