MAKALAH

KRISTALISASI

“Perpindahan Panas”

Kelompok 4 B2/R2/V

Andi Raju Agustin : 21113069

Decki Muny Andalas : 21113111

Dahlani : 21113075

Nopri Mansyah : 21113144

Yudhi Yudistira : 21113104

TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SERANG RAYA (2016)

B. Pengertian

Kristalisasi ialah 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.

Kristalisasi juga merupakan metode pemisahan untuk memperoleh zat

padat yang terlarut dalam suatu larutan. Dasar metode ini adalah kelarutan

bahan dalam suatu pelarut dan perbedaan titik beku. Contoh proses

kristalisasi : pembuatan gula pasir dari jus tebu/beet, pembuatan kristal

pupuk dari larutan induknya, dll.

Kristalisasi dapat dilakukan dengan pendinginan, penguapan, dan

penambahan solvent bahan kimia.

Kristalisasi dapat memisahkan suatu campuran tertentu dari larutan multi

komponen sehingga didapat produk dalam bentuk kristal. Kristalisasi dapat

juga dipakai sebagai salah satu cara pemurnian karena lebih ekonomis.

Operasi kristalisasi terbagi menjadi:

1. Membuat larutan supersaturasi (lewat jenuh)

2. Pembuatan inti kristal

3. Pertumbuhan Kristal

C. Pembagian Tahapan Operasi Kristalisasi

1. Membuat Larutan Lewat Jenuh

Bila larutan telah mencapai derajat saturasi tertentu, maka di dalam larutan akan

terbentuk zat padat kristaline. Oleh sebab itu derajat supersaturasi larutan merupakan

faktor terpenting dalam mengontrol operasi kristalisasi.

Cara mencapai supersaturasi:

Pendinginan

Yaitu mendinginkan larutan yang akan dikristalka sampai keadaan

supersaturasi dimana konsentrasi larutan lebih besar dari konsentrasi

larutan jenuh pada suhu tersebut.

Penguapan Solvent

Larutan disiapkan dalam evaporator untuk dipekatkan, lalu

dikristalkan dengan pendingn. Cara ini digunakan untuk zat yang

mempunyai kurva kelarutan agak dalam.

Evaporasi Adiabatis

Larutan dalam keadaan panas bila dimasukan ke dalam ruang

vacuum, maka terjadi penguapan dengan sendirinya, sebab tekanan

totalnya menjadi lebih rendah dari tekanan uap solvent pada suhu itu.

Penguapan dan turunya suhu disertai kristalisasi.

Penambahan zat lain yang dapat menurunkan kelarutan zat yang akan

dikristalisasi, misalnya larutan NaOH ditambah gliserol, maka

kelarutan NaOH menjadi turun dan larutan NaOH mudah diendapkan.

2. Pembentukan Inti Kristal

Pembentukan Inti Kristal secara sistematis :

Gambar1:

Pembentukan Inti Kristal

1) Primary Nukleus

Proses pembentukan inti kristal karena larutan telah mencapai

derajat supersaturasi yang cukup tinggi.

Homogen Nukleus

Nukleus disini pembentukannya spontan pada larutan dengan

supersaturasi tinggi, artinya nukleus terbentuk karena penggabungan

molekul-molekul solute sendiri

Heterogen Nukleus

Pembentukan inti kristalnya masih dalam supersaturasi tinggi, namun

dapat dipercepat dengan adanya partikel-partikel asing seperti debu

dan sebagainya.

2) Secondary Nukleus (Contact Nucleation)

Pembentukan inti kristal dengan akibat dari :

Tumbukan antarkristal induk

Tumbukan antar kristal dengan katalisator

Gerakan antara permukaan kristal yang relatif lebih kecil. Dinyatakan

dengan persamaan :

N = (a) (L)b (¨C)c (P)d

Dimana :

N  : jumlah nukleus yang terbentu (number/jam)

L  : ukuran kristal induk (mm)

C : derajat supersaturasi larutan (mol/lt) atau (oC)

P  : power dari pengaduk (Hp)

a,b,c,d : konstanta-konstanta

Jika :

L >>> maka jumlah kristal yang terbentuk juga semakin besar, krisatal

makin besar menyebabkan kemungkinan tumbukan semakin banyak.

Pecahan bagian kecil dari kristal menyebabkan terbentuknya inti kristal.

C >>> maka jumlah kristal yang terbentuk juga semakin banyak.

Derajat saturasi makin besar maka semaikn besar pula kemungkinan

terbentuk inti kristal baru.

P >>> maka gaya gesekan partikel larutan juga semakin besar sehingga

kemungkinan terjadinya tumbukan partikel semakin besar, maka inti kristal

yang terbentuk juga semakin besar jumlahnya.

Dalam percobaan, Miers membuat larutan supersaturasi melalui

pendingin setelah melalui kurva saturasi A-B sampai pada kondisi

kristalisasi mulai terbentuk inti kristal (titik ke F). kurva larutan murni dua

komponen tanpa feeding, artinya inti kristal yang terbentuk primary

homogen nuklei mulai terbentuk dengan terbentuknya inti kristal yang

selanjutnya tumbuh maka konsentrasi solute dalam larutan akan turun (dari

F ke G).

Untuk beberapa sistem tertentu yang viskositasnya tinggi, kurva

primary homogen nuklei tetap jenuh daripada kurva saturasi. Dengan kata

lain diperlukan konsentrasi lebih tinggi untuk membuat primary homogen

nukleasi. Hal ini sangat tidak rfisien secara teoritis dan ekonomi. Karena

itu dalam kondisi industri dikenal sistem seeding (pemberian kristal

nuklei). Nukleasi ini disebut secondary nukleasi. Penambahan larutan

supersaturasi melaui pendinginan setelah melalui kurva saturasi AB. Pada

konsentrasi ini di titik baru akan terbentuk inti kristal. Tetapi mengingat

efisiensi secar ekonomis, penambahan kristal pada sistem ini akan

memperoleh penghematan.

3. Pertumbuhan Kristal

Umumnya kristal yang berukuran > 100 kecepatan tumbuhnya tidak

tergantung pada ukuran dan dapat dinyatakan dengan :

r = a (¨C)b

di mana :

r         : kecepatan tumbuhnya kristal

¨C       : derajat saturasi (mol/L)

a,b      : kontanta

Derajat saturasi (oC) merupakan faktor terpenting dalam proses

pertumbuhan kristal. Larutan yang berderajat saturasi tinggi, perbedaan

konsentrasi antara permukaan kristal dengan permukaan akan tinggi

sehingga r dan ¨C juga semakin tinggi.

D. Proses Kristalisasi secara sederhana

Seperti dijelaskan pada pendahuluan di atas, proes kristalisasi

dimualai dengan menambahkan senyawa yang akan dimurnikan

dengan pelarut panas sampai kelarutan senyawa tersebut berada pada

level super jenuh. Pada keadaan ini, bila larutan tersebut didinginkan,

maka mlekul-molekul senyawa terlarut akan saling menempel, tumbuh

menjadi kristal-kristal yang akan mengendap di dasar wadah.

Sementara kotoran-kotoran yang terlarut tidak ikut mengendap.

Pembentukkan kristal itu sendiri terdiri dari dua tahap. Tahap

pertama adalah nukleasi primer atau pembentukkan inti, yaitu tahap

dimana kristal-kristal mulai tumbuh namun belum mengendap. Tahap

ini membutuhkan keadaan superjenuh dari zat terlarut. Saat larutan

didinginkan, pelarut tidak dapat “menahan” semua za-zat terlarut,

akibatnya molekul-molekul yang lepas dari pelarut saling menempel,

dan mulai tumbuh menjadi inti kristal. Semakin banyak inti-inti yang

bergabung, maka akan semakin cepat pula pertumbuhan kristal

tersebut.

Tahap kedua setelah nukleasi primer adalah nukleasi sekunder.

Pada tahap ini petumbuhan kristal semakin cepat, yang ditandai

dengan saling menempelnya inti-inti menjadi kristal-kristal padat.

Da lam p rose s k r i s t a l i s a s i d i s i n i , k i t a

mengguna kan a l a t yang dinamakan dengan crystallizer.

Crystallizer adalah alat yang digunakan untuk memperoleh atau

membuat kristal dari larutannya. Oleh karenaitu, larutan yang akan

dikristalisasi harus dibuat lewat jenuh terlebihdu lu dengan

j a l an penguapa n a t a u pend ing ina n . Kr i s t a l i sa s i t i dak

d a p a t t e r j a d i t a n p a s u p e r s a t u r a s i t e r l e b i h

d a h u l u , d i m a n a c a r a memperoleh saturasi ini tergantung dari

kelarutannya.

E. JENIS - JENIS KRISTALIZER

1. Oslo Surface Cooled Crystalizer

Alat ini dikembangkan dalam larutan tersirkulasi dengan

pendinginan di dalam cooler (H) larutan supersaturasi ini dengan

dikontakan dengan suspensi kristal alm ruangan suspensi pada (E).

Pada puncak ruang suspensi aliran larutan induk (D) dapat dipisahkan

digunakan untuk memindahkan partikel halus

2. Oslo Evaporative Crystalizer

Larutan yang meninggalkan ruang penguapan pada

sueprsaturated, mendekati daerah metastail sehingga nukleus baru

tidak akan terentuk. Kontak cairan pada unggun E membantu

supersaturasi pada pertumbuhan kristal dan menuju pertumbuhan

kristal. Dalam kristal tipe umpan panas dimasukan pada 6 dan

campurn larutan menyemprot ketika mencapai kamar penguapan pada

A. Jika evaporator lebih jauh diperlukan untuk menghentikan driving

force.

Sebuah penukar panas dipasang antara pipa sirkulasi dan ruang

penguapn utnuk mencuplai panas yang dibutuhkan. Perpindahan

larutan supersaturasi dai vaporizer (titik B), sering menyebabkan

timbulnya kerak dan pengurang sirkulasi.

Gambar 2: Oslo Evaporative Crystalizer

3. Draft Tube Buffle Crystalizer

Dilengkapi buffle untuk mengukur sirkulasi magma dan

propeler yang berfungsi mengatur sirkulasi kristal magma sedangkan

diluar body crystalizer ditambah pompa untuk sistem sirkulasi di mana

pada pompa dihubungkan heater dan feed inert.

Alat ini dilengkapi dengan ekstraktor pum yang berfungsi

untuk mengklasifikasikan kristal hingga didapat kristal dalam ukuran

tertentu. Klasifikasi ukuran kristal di sini didasarkan atas gaya

gravitasi dengan jalan sebagai berikut:

Jika dalam kristalizer telah terbentuk kristal-kristal dengan

ukuran heterogen, maka kristal ni diklasifikasikan ukuranya dengan

mengalirkan larutan ini dari bawah ke atas dengan menggunakan

ekstraktor pump. Dengan adanya larutan jenuh ini, kristal dengan

ukuran yang besar akan berada di bawah, dengan demikian didapatkan

produk dengan ukuran yang homogen. Disini untuk mendapatkan

kristal dengan ukuran tertentu dapat diatur dengan mengatur aliran

larutannya. Jika larutan mempunyai kecepatan tinggi, maka akan

didapat kristal dengan ukuran yang besar dan menyebabkan turun ke

bawah dan dapat dikeluarkan sebagai produk.

Sistem sirkulasi ini simaksudkan agar inti kristal berkurang

dimana dibiarkan makin lama makin banyak. Karena inti kristal

membutuhkan solute untuk pertumbuhan selanjutnya. Padahal

kecepatan feed masuk tetap, maka diperlukan recycle dengan ukuran

pompa sirkulasi yang bersama-sama feednya masuk melalui heater

sehingga larut dan masuk kembali ke dalam ruang kristalisasi.

Ekstraksi pump bergunsi untuk membantu memisahkan kristal :

prinsip pemisahan berdasarkan peredaan berat kristal. Karena adanya

gaya gravitasi maka partikel (padat) berat akan lebih dahulu

mengendap, sedangakan partikel ringan akan masuk ke atas (karena

adanya aliran ke bawah). Jadi ukuran kristal produk bisa diatur dengan

mengatur flowrate aliran dari bawah. Untuk mendapatkan kristal yang

besar, flow rate dibesarkan.

Gambar 3: Draft Tube Buffle Crystalizer

Kecepatan kristalisasi meliputi :

a. Pembentukan inti Kristal

b. Pertumbuhan Kristal Terjadinya inti kristal dapat dipertinggi dengan

pendinginan yang cepat

pengadukan yang baik

memakai larutan yang murni

temperature yang tinggi

konsentrasi yang tinggi

pemberian kristal halus sebagai bibitan

1. Hasil Kristalisasi

Hasil kristalisasi tergantung dari prosesnya. Apabila

proses k r i s t a l i s a s i b e r j a l a n c e p a t m a k a k r i s t a l

y a n g t e r j a d i h a l u s . Sebaliknya bila proses kristalisasi

berjalan lambat maka kristalyang terbentuk kasar (besar).

2. Kemurnian dan Ukuran Kristal

Pada proses kristalisasi harus dihindarkan adanya pencucian kristal

yang dihasilkan. Hal ini terutama bagi kristal yang mudah l a ru t dan

k r i s t a l yang be r s i f a t h id ros kop i s . Un t uk in i l eb ih ba ik

larutan yang akan dikristalkan dibuat semurni mungkin sehingga pada

kristalisasi akan diperoleh kristal yang lebih bersih.

3. Energy yang diperlukan

Pada kristalisasi energi diperlukan untuk penguapan sampai

diperoleh larutan yang lewat jenuh. Untuk kristaliser yang bekerja

secara adiabatic (tidak memerlukan energi dari luar) biasanya

mengguna kan pe nguapan d i s e r t a i pe nd ing inan a t au

dengan memakai vacuum.

4. Uniformity (Keseragaman Ukuran)

Kristal yang uniform dapat diperoleh dengan menambahkan kristal

halus pada larutan yang telah lewat jenuh. Disini Kristal halus

tersebut berfungsi sebagai inti kristal (bibitan). Kristal yang uniform

akan memberikan keseragaman dalam proses berikutnya t e rha dap

k r i s t a l t e r s ebu t . D i sam p ing i t u k r i s t a l yang un i fo rm

menunjukkan bahwa proses pembuatanya sangat teliti sehingga akan

lebih menarik.

F. Klasifikasi Peralatan Kristalisasi

1. Berdasarkan cara memperoleh super saturasi, peralatan

kristalisasidiklasifikasikan sebagai berikut :

Super saturasi diperoleh dengan pendinginan tanpa penguapan :

Tank Crystallizer 

Swenson Walker Crystallizer 

Crystal Cooling Crysyallizer 

Super saturasi diperoleh dengan penguapan tanpa pendinginan :

Crystal Evaporator Crystallizer 

Strike Pans

S u p e r s a t u r a s i d i p e r o l e h d e n g a n k o m b i n a s i

p e n g u a p a n d a n pendinginan adiabatic :

Swenson Vacum Crystallizer 

Crystal Vacum Crystallizer 

G. Kesimpulan

DAFTAR PUSTAKA

1. Ken Toyokura et all : ‘Crystallization’ Volume I & II , JACE Design

Manual Series, Tokyo 1982.

2. Ken Toyokura, R.C. Bennett & G.H. Dale : ‘Crystallization’ in

‘Encyclopedia of Chemical Processing and Design’ editor : Mc. Ketta &

Cunningham, Marcel Dekker Inc. New York, 1981.

3. J.W. Mullin ‘Crystallization’ ; Butterworths, London, 1972.

4. P.A. Schweitzer (ed.) : ‘ Handbook of Separation Techniques for

Chemical Enginers’; McGraw Hill Book, New York, 1979.

5. R.W. Rousseau (ed.) : ‘Handbook of Separation Process Technology’

John Wiley & Sons, New York, 1987.