MAKALAH CRYSTALLIZER

7/22/2019 MAKALAH CRYSTALLIZER

1/14

KRISTALISASI

Penyusun :

Amelia Virgiyani Sofyan 1215041006

Azelia Wulan C.D 1215041007

Dwi Derti. S 1215041012

Fakih Aulia Rahman 1215041019

Ulfah Nur Khikmah 1215041052

Yuliana 1215041056

Mata Kuliah : Pemisahan Campuran Heterogen

Dosen : Simparmin Br. Ginting, S.T.,M.T.

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

2014


2/14

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kami ucapkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa,

atas rahmat-Nya kami dapat menyelesaikan Makalah Crystallizerini. Makalah ini

kami susuun sebagai tugas dari mata kuliah Pemisahan Campuran Heterogen Bab

Kristalisasi yang harus dipenuhi setelah proses perkuliahan selesai.

Dalam pembuatan laporan ini kami mendapatkan banyak materi dan

pengetahuan baru, khususnya mengenai kristalisasi baik mekanisme, alat, dan hal

penting lainnya yang berkaitan dengan materi tersebut, meskipun waktu yang

tersedia cukup singkat sehingga materi yang kami dapat dikatakan belum cukup

memenuhi rasa ingin tahu kami. Selain itu, di dalam makalah ini kami juga

melampirkan data perhitungan sesuai dengan yang kami dapatkan dari sumber

yang ada yaitu beberapa hasil laporan Tugas Akhir atau pun Tugas Khusus milik

mahasiswa alumni jurusan Teknik Kimia.

Makalah ini diharapkan dapat memberi pengetahuan dan informasi barumengenai kristalisasi kepada kami sebagai penyusun dan pembaca. Selain itu,

kami berharap makalah ini juga dapat menjadi materi tambahan kepada

mahasiswa dalam proses perkuliahan bahkan ketika proses penyusunan Tugas

Akhir, khususnya mengenai kristalisasi.

Bandar Lampung, Juni 2014

Penyusun,

ii


3/14

DAFTAR ISI

HALAMAN

HALAMAN JUDUL .............................................................................

KATA PENGANTAR ............................................................................ ii

DAFTAR ISI ............................................................................................ iii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ............................................................................... 1

BAB II PEMBAHASAN

2.1 Spesifikasi Crystalizer ......................................................................... 2

2.2 Deskripsi Proses Kristalisasi ............................................................... 8

2.3 Jumlah dan Dimensi Alat .................................................................... 9

2.4 Sistem Pengendalian Kristalizer ................................................................... 10

2.5 Permasalahan yang Mungkin Timbul di Unit Cristallizer ............................ 10

DAFTAR PUSTAKA

iii


4/14

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Salah satu materi penting dalam matakuliah Pemisahan Campuran Heterogen

jurusan Teknik Kimia adalah kristalisasi, baik pengertian, proses, alat, hingga

perhitungannya. Kristalisasi adalah proses pembentukan bahan padat dari

pengendapan larutan, melt (campuran leleh), atau lebih jarang pengendapan

langsung dari gas. Kristalisasi juga merupakan teknik pemisahan kimia antara

bahan padat-cair, di mana terjadi perpindahan massa (mass transfer) dari suat zat

terlarut (solute) dari cairan larutan ke fase kristal padat. Pemisahan dengan teknik

kristalisasi didasari atas pelepasan pelarut dari zat terlarutnya dalam sebuah

campuran homogeen atau larutan, sehingga terbentuk kristal dari zat terlarutnya.

Proses ini adalah salah satu teknik pemisahan padat-cair yang sangat penting

dalam industri, karena dapat menghasilkan kemurnian produk hingga 100%. Alat

untuk melakukan proses kristalisasi adalah kristalizer. Kristalizer dirancang sesuai

dengan kebutuhan produksi suatu pabrik. Oleh karena itu, makalah ini disusun

dengan tujuan untuk mengetahui dan memahami rancangan, baik perhitungan

hingga proses yang berlangsung dalam alat kristalizer di suatu pabrik. Makalah ini

disusun dengan Tugas Akhir dan Tugas Khusus beberapa alumni jurusan Teknik

Kimia sebagai landasannya.

1.2 Rumusan Masalah

Makalah ini disusun dengan beberapa rumusan masalah yaitu :

1. Spesifikasi input dan output alat krisltalisasi?2. Jumlah dan dimensi detail alat?3. Deskripsi proses kristalisasi?4. Permasalahan yang dialami proses kristalisasi di pabrik?

1


5/14

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Spesifikasi Cristalizer

2.1.1 Perancangan Crystallizer (CR-301)

Fungsi : Membentuk kristal Meta-aminophenol dari resorcinol dan

ammonia dengan bantuan katalis Ammonium klorida.

Tipe : Coolingcontinuous stirred tank crystallizerdengan tutup

atas torisphericaldan tutup bawah kerucut terpotong.

Temperatur operasi : 18oC

Tekanan operasi : 1 atm

Sistem pendingin : Koil

Jenis pengaduk : Six-flat blade open turbindengan menggunakan 4 buah

baffel

Dasar pemilihan :

1. Kristalisasi Meta-aminophenol dengan pendinginan menghasilkanyieldyang lebihbesar (Mullin,1972: 321).

2. Stirred Tank Crystallizermenghasilkan distribusi ukuran yang lebih seragam(Banchero, 1988 : 523).

3. Internal coillebih ekonomis untuk mencapai luas transfer panas yang diharapkankarena bisa langsung bersinggungan dengan fluida sehingga transfer panas bisa

efektif (Kern, 1950 : 720)

Asumsiasumsi :

1. Operasinyasteady state2. Crystallizer selalu berisi magma suspensi-campuran3. Dalam keseluruhan magma itu terdapat keadaan lewat jenuh yang seragam

2


6/14

4. Hukum L tentang pertumbuhan kristal berlaku5. Tidak menggunakan sistem pengeluaran hasil yang diklasifikasi menurut

ukurannya

6. Umpan tidak mengandung kristal7. Tidak ada kristal yang pecah menjadi partikel dengan ukuran tertentu

A. Neraca Massa

F15 in

F15 out

Dalam hal ini diinginkan hasil C6H4NH2OH kristal C6H4NH2OH(k)

Di mana :

F14= umpan masuk ke kristalizer

F16= produk keluar dari kristalizer

F15= aliran amonia pendingin

Neraca massa : F14 = F16

Zat yang tidak mengkristal adalah C6H4(OH)2, NH4Cl, dan H2O

CR-301

F14 F16

3


7/14

Neraca komponen : F C6H4(OH)2 = FA14= FA16

F NH4Cl = FC14= FC16

F H2O = FD14 = FD16

Suhu masuk kristalizer = 142,34825 oC

Untuk menghasilkan 6.281,5656 kg/jam C6H4NH2OH kristal dan mother liquor yang

tidak terkristal sebanyak 0,5 % maka diasumsikan C6H4NH2OH (nk) masuk ke kristalizer

(FF18) = 6.312,973383 kg/jam

Kelarutan C6H4NH2OH pada suhu 142,34825

o

C

= 473,077161 kg C6H4NH2OH/100 kg H2O (Kirk Othmer,vol 4).

Maka air yang dibutuhkan untuk menjenuhkan 6.312,973383 kg C6H4NH2OH adalah

O2Hkgx

NH2OHHCkg836.312,9733730772,4

46

x = FD18 = 1.334,448887 kg/jam H2O

Maka jumlah larutan jenuh yang masuk ke kristalizer adalah 8.662,809581kg/jam

Banyaknya kristal yang terbentuk :

C =

tan%1

tan%OHNHHC%246

kelaru

kelaruwtxF ( Chopey,N,Hal.108 )

Dimana :

C = berat kristal yang terbentuk

F = berat larutan

% wt = % berat C6H4NH2OH dalam larutan

4


8/14

Dimana,

% wt = %100818.662,8095

836.312,9733x = 72,87 %

Kelarutan C6H4NH2OH pada suhu 18oC

= 1,30285 kg C6H5COOH /100 kg H2O (Kirk Othmer,vol 4)

C = 8.662,809581

kgkg

kg

kg

x

10030285,1

1

100

30285,1

%72,87= 6.281,5656 kg

Berat C6H4NH2OH yang tidak terkristalisasi adalah :

C6H4NH2OH ( liquid ) = 6.312,973383 6.281,5656

= 31,407783 kg/jam

KOMPONEN

Input (Kg/jam) Output (Kg/jam)

Aliran 14 Aliran 16

C6H4(OH)2 130,018174 130,018174

NH4Cl 885,305588 885,305588

H2O 1.334,448887 1.334,448887

C6H4NH2OH(nk) 6.312,973383 31,407783

C6H4NH2OH(k) 0 6.281,5656

Total 8.662,809581 8.662,809581

Tabel 2.1. Neraca massa di crystalizer(CR-301)

5


9/14

B. Neraca Panas

Umpan crystallizer masuk pada suhu 142,34825oC

KomponenFi

(kg/jam)

Fi

(kmol/jam)

CpdT

(kJ/kmol)

Fi. CpdT

(kJ/jam)

C6H4(OH)2 130,018174 1,181983 28.527,57505 33.719,10874

NH4Cl 885,305588 16,547768 40.268,06901 666.346,6638

H2O 1.334,448887 74,136049 3.975,050937 294.694,571

C6H4NH2OH(nk) 6.312,973383 57,917187 43.341,08454 2.510.193,698

TOTAL 8.662,809581 149,782987 3.504.954,042

Tabel 2.2. Panas Umpan Masuk Crystallizer

Produk crystallizer keluar pada suhu 18oC

Komponen

Fi

(kg/jam)

Fi

(kmol/jam)

CpdT

(kJ/kmol)

Fi. CpdT

(kJ/jam)

C6H4(OH)2 130,018174 1,181983 -1.468,181705 -1.735,366403

NH4Cl 885,305588 16,547768 -2.007,770293 -33.224,11701

H2O 1.334,448887 74,136049 -234,716716 -17.400,97002

C6H4NH2OH(nk) 31,407783 0,288145 -1.523,681126 -439,041098

C6H4NH2OH(k) 6.281,5656 57,629042 -2.323,681126 -133911,5177

TOTAL 8.662,809581 149,782987 -186.711,0122

Tabel 2.3. Panas Produk Keluar Crystallizer

Panas kristalisasi C6H4NH2OH = - (Panas kelarutan C6H4NH2OH)

Panas kelarutan C6H4NH2OH = -164,52 kJ/kg

(Perrys, tabel 3-199 : 3-248)

6


10/14

Panas kristalisasi C6H4NH2OH = - (-164,52) kJ/kg

= 164,5254 kJ/kg

Meta-aminophenol (C6H4NH2OH) yang terkristal = 6.281,5656kg/jam

Maka, panas kristalisasi Meta-aminophenol (C6H4NH2OH) :

sikristalisaQ.

= 164,5254 kJ/kg x 6.281,56556kg/jam

sikristalisaQ.

= 1.033.477,093 kJ/jam

c. Menghitung jumlah pendinginyang dibutuhkan

Beban pendingin = Q keluar- Qumpan- Qkristalisai

= (-186.711,0122-3.504.954,042 -1.033.477,093) kJ/jam

= -4.725.142,147 kJ/hr

Tanda negatif (-) pada Q menunjukkan bahwa sistem (crystalizer) membutuhkan

pendinginan.

Pendingin yang digunakan adalah amonia refrigerant, dengan temperatur (T)

-33,5 oC & tekanan (P) 1 atm :

Hf = 47,90068 kJ/kg

Hg = 1.417,498 kJ/kg

amonia = 1.369,59732 kJ/kg

Jumlah amonia refrigerantyang dibutuhkan:

mamonia =

amonia

amoniaQ

.

7


11/14

mamonia =kJ/kg1369,59732

kJ/hr1474.725.142,

= 3.450,022921 kg/jam

Komponen

Panas masuk Panas keluar

Aliran 14 (kJ/jam) Aliran 16 (kJ/jam)

C6H4(OH)2 33.719,10874 -1.735,366403

NH4Cl 666.346,6638 -33.224,11701

H2O 294.694,571 -17.400,97002

C6H4NH2OH(nk) 2.510.193,698 -439,041098

C6H4NH2OH(k) - -133911,5177

Panas kristalisasi 1.033.477,093 -

Panas pendingin -4.725.142,147 -

TOTAL -186.711,0122 -186.711,0122

Tabel 2.4. Neraca panas pada Cristalizer-01 (CR-301)

2.2 Deskripsi Proses Kristalisasi

Mekanisme kristalisasi terdiri dari dua tahap, yaitu nukleasi dan pertumbuhan kristal.

Potensial pendorong untuk kedua tahap itu ialah kelewatjenuhan atau supersaturasi.

Baik nukleasi maupun pertumbuhan kristal tidak dapat berlangsung di dalam larutan

jenuh atau tidak jenuh. Proses pembuatan larutan supersaturasi dapat dilakukan

dengan berbagai cara, antara lain sebagai berikut:

Pendinginan larutanPendinginan larutan dilakukan dengan cara mendinginkan larutan yang akan

dikristalisasi sampai keadaan lewat jenuh tercapai disaat konsentrasi larutan lebih

tinggi daripada konsentrasi larutan lewat jenuh pada suhu itu.

Penguapan solvenPenguapan solven dilakukan dengan tujuan konsentrasi solut akan meningkat dan

dapat melewati konsentrasi jenuhnya pada suhu tertentu. Larutan diuapkan dalam

evaporatoruntuk dipekatkan lalu dikristalkan dengan pendinginan.

8


12/14

Penambahan senyawa lainPenambahan senyawa lain dapat mengubah kelarutan senyawa dalam suatu

solven menjadi lebih kecil, sehingga dapat berubah menjadi supersaturasi.

Evaporasi adiabatisDalam keadaan panas bila larutan dimasukkan ke dalam ruang vakum, maka akan

terjadi penguapan dengan sendirinya karena tekanan total lebih rendah

dibandingkan tekanan uap solven tersebut. Penguapan ini mengambil energi dari

larutan itu sendiri. Penguapan dan turunnya suhu diikuti proses kristalisasi.

2.3 Jumlah dan Dimensi Alat

1. Dimensi Tangki

Kondisi Operasi :Temperatur larutan Meta-aminophenol masuk, T1= 142,34825

oC

=415,34825 K =288,2268oF

Temperatur kristal Meta-aminophenol keluar, T2= 18oC = 291 K = 64,4

oF

Temperatur amonia masuk, t1 = -33,5

oC = 239,5 K = -28

oF

Temperatur amonia keluar, t2 = -33,5oC = 239,5 K = -28 oF

Menentukan Dimensi tangkiKOMPONEN kg/jam wi i(kg/m

3) wi/i

C6H4NH2OH (nk) 6.281,5656 0,7287 1.167 6,24422.10-4

C6H4(OH)2 130,018174 0,01501 1.285 1,16809.10-5

NH4Cl 885,305588 0,1022 1.527 6,69286.10-5

H2O 1.334,448887 0,15404 998 1,54348.10-4

Total 8.662,809581 1 - 8,5738.10-4

Tabel 2.5 penentuan dimensi tangki

9


13/14

2.4 Sistem Pengendalian Kristalizer

Tujuan pengendalian adalah agar kristalizer bekerja pada kondisi yang

diharapkan. Unit Proses ini bekerja secara kontinyu. Instrumen pengendali

yang digunakan yaitu:

a. Flow Controller (FC), dengan alat berupa venturimeter, mengatur lajuumpan masuk sehingga selalu sesuai dengan komposisi yang

diinginkan. FC yang digunakan merupakan pengendali tipe feedforward

jenis PI.

b. Temperatur Controller (TC), dengan alat ukur berupa radiationpyrometer, yang menunjukkan temperatur kristalizer dan mengatur laju

alir air pendingin. TC yang digunakan merupakan pengendali tipe

feedbackjenis PID.

c. Level Controller (LC), yang bertujuan untuk menjaga ketinggian cairandalam kristalizer agar tidak meluap dengan mengatur valve keluaran

kristalizer. LC yang digunakan merupakan tipefeedbackjenis P.

d. Pressure Controller (PC), yang menjaga tekanan dalam kristalizer agartetap aman. Tekanan dalam kristalizer yang bereaksi pada fase cair tidak

akan mengalami perubahan yang sensitive. Oleh karena itu, tekanan

kristalizer akan berada pada kondisi konstan. Besarnya nilai tekanan

pada kristalizer dapat dipantau dengan memasang alat ukur tekanan.

(Coulson, 1983).

2.5 Permasalahan yang Mungkin Timbul di Unit Cristallizer

PT Gunung Madu Plantation ,Gunung BatinPada pabrik PT Gunung Madu Plantation terdapat suatu permasalahan dalam

unit pengkristalan yaitu adanya kerusakan gula akibat panas. Solusinya

adalah proses kristalisasi tersebut dilaksanakan pada kondisi vacuum,

sehingga suhu maksimal hanya berkisar antara antara 65-70oC.

10


14/14

DAFTAR PUSTAKA

Jayanti,Nyoman. 2009. Perancangan PabrikK Mata-Aminohenol dari

Resorcinoldan Ammonia dengan Katalis Ammonium Klorida Kapasitas

50.000 Ton/Tahun (Perancangan Crystallizer (CR-301)). Bandar

Lampung

Julaiha,Titin. 2003. Laporan Kerja Praktek di PT Gunung Madu Plantations

Gunung Batin. Bandar Lampung

11

MAKALAH CRYSTALLIZER

Documents

Transcript of MAKALAH CRYSTALLIZER