TEKNIK SEPARASIAndriawan Subekti, S.Si

PENDAHULUAN

Separasi dalam bidang kimia adalah proses pemisahan suatu atau lebih campuran menjadi komponen-komponen penyusunnya

Proses Separasi

Bahan baku berupa campuran

Produk 1

Produk 2

Produk N-1

Produk N

• Pemisahan dapat dilakukan secara mekanis berdasarkan;

gravitasi, gaya sentrifugasi, penurunan tekanan, medan listrik dan/atau magnetik.

• Pemilihan teknik tersebut perlu didahului dengan mengetahui terutama sifat fisik komponen yang diinginkan, seperti sifat molekul, seperti ukuran molekul, bentuk molekul, momen dipol, polarisabilitas, konstanta dielektrik dan sifat termodinamika serta transport, seperti tekanan uap, kelarutan, adsorptivitas, dan difusivitas.

PENDAHULUAN

PENDAHULUAN

Teknik separasi umum: (a) separasi dengan pembentukan fase; (b) separasi dengan penambahan fase; (c) separasi dengan pembatas; (d) separasi dengan agen padat; (e) separasi dengan medan gaya atau gradient. *MSA = mass separating agent

PENDAHULUAN

Metode-metode khusus separasi.Proses dalam tanda kurung digunakan untuk memisahkan komponen-komponen larut (larutan).

Komponen Minor

Padat Cair Gas/Uap

Komponen Mayor

Padat

Sorting Pengepresan CrushingPengayakan Pengeringan PemansanHydrocyclone LeachingClassifiersJigsTablesMedia padatPengapunganMagnetikElektrostatik

Cair

Pengental/Penjernih

Dekanters (Stripping)

Hydrocyclones Coalescers Separasi membran

(Ekstraksi pelarut)

Penyaringan (Distilasi)Sentrifugasi (Adsorpsi)(Pengkristal) (Penukar ion)(Penguap)

Gas/Uap

Pengatur gravitasi

Separating vessel

(Adsorpsi)

Impingement settler

Demisting pads (Absorpsi)

Cyclones CyclonesPenyaring Wet scrubbersWet scrubbersPengendap elektrostatik

Pengendap elektrostatik

SEPARASI PADAT-PADAT

Separasi padat-padat lebih mengutamakan sifat fisik partikel-partikel. Bentuk dan ukuran partikel Densitas partikel Kecenderungan mengumpul

Sifat lainnya juga digunakan seperti sifat listrik dan magnetik

SEPARASI PADAT-PADAT

Pengayakan (Screenings)

Secara umum, ayakan digunakan untuk memisahkan partikel-partikel berdasarkan ukuran.

Pengayakan memiliki dua jenis, yaitu ayakan statis dan dinamis.Statis : “Grizzly” yang terdiri atas berbaris-baris palang paralel dengan ruang yang sama.Dinamis : Ayakan vibrasi (1000–7000 Hz)

Ayakan osilasi (100–400 Hz) Ayakan resiprokasi (20–200 Hz) Ayakan pindah (shifting)

Ayakan putar (10–20 rpm)

Pemilihan ayakan yang tepat perlu memperhatikan faktor penting lain selain selang ukuran, seperti laju keluaran yang diinginkan, karakter material (mengalir bebas atau lengket, densitas meruah), bahaya (kemudahan terbakar, toksisitas, ledakan debu), dan pengayakan kering atau basah yang digunakan.

Pengayakan (Screenings)

Pengayakan (Screenings)

Hydrocyclone• Partikel yang lebih besar dalam cyclone bergerak secara

selektif kearah dinding. Saat cairan mencapai puncak kerucut, cairan tersebut telah bebas dari partikel kasar dan membentuk pusaran sekunder yang bergerak ke arah tengah saluran keluar.

Hydraulic Jig

• Jig memisahkan padatan berdasarkan perbedaan densitas dan ukuran

Riffled table

• Riffled table merupakan salah satu jenis table (meja) yang terdiri atas meja datar yang condong dengan sudut 3°.

• Riffled table terdiri atas gerak resiprokasi depan yang lambat dan gerak balik yang cepat.

Separator magnetik dan elektostatik

SEPARASI PADAT-CAIR

Pengental dan penjernih

• Pengental dan penjernih merupakan proses sedimentasi dengan menggunakan prinsip dan peralatan yang sama.

Jenis-jenis pengental dan penjernih; •(a) didukung dengan jembatan (dia. <40 m), •(b) didukung dengan colom tengah (dia. 30 m), •(c) dijalankan dengan tenaga tarik (dia. <60 m)

Pengental dan penjernih

Penyaringan

• Penyaringan dalam industri lebih sulit dilakukan karena membutuhkan penanganan mekanis yang khusus disebabkan jumlah suspensi dan padatan sangat besar.

• Dalam industri penyaringan dilakukan dalam area yang luas dan wadah bertekanan.

Penyaringan

Jenis Media Peyaringan

Penyaringan

Penuntun pemilihan penyaring dalam industri

Penyaringan

Contoh-contoh penyaring dalam industri

Penyaringan

Separasi membran

• Membran : interfase yang memisahkan dua fase dan mengndalikan transport material dalam kedua fase tersebut secara selektif.

• Faktor pendorong munculnya separasi membranAdanya pelarutan partikel sangat halus yang memiliki

densitas hampir sama dengan pelarut dan viskositas yang tinggi.

Adanya pelarutan garam-garam organik nonvolatil berbobot molekul rendah

Material biologi yang sangat sensitif terhadap lingkungan kimia dan fisikanya

Separasi membran

Klasifikasi membran dalam sistem cairan

• Bahan pembentuk membran : polimer organik atau okisda anorganik

- Polimer organik : Selulosa, Poliamida, Polisulfon, Polikarbonat, dll.

- Oksida anorganik : Zirkonia, Alumina, Titania

• Keuntungan membran anorganik:

- stabilitas suhu lebih tinggi

- mengizinkan sterilisasi uap panas

dalam penerapan bioteknologi dan pangan

- daya tahan terhadap kerusakan

(pembusukan) lebih tinggi

- distribusi ukuran partikel lebih sempit

Separasi membran

Separasi membran

• Penyaringan membran lintas-alir (cross-flow) merupakan salah satu sistem dalam separasi membran

• Menggunakan modul membran balok atau tubular

Separasi membran

• Elektrodialisis

Separasi membran

Modul-modul Membran

1. Modul tubular : terdiri atas sekelompok tabung (dia. 10-25 mm; panjang 1-6 m) dalam selubung permeat stainless steel

2. Modul lembaran datar : terdiri atas serangkaian cakram membran anular (dia. 0,3 m) yang ditempatkan pada salah satu sisi piringan pendukung polisulfon

Separasi membran

Modul-modul Membran

1. Modul gulungan-spiral : terdiri atas beberapa lembaran membran yang dipsahkan oleh separator berlubang melingkar dan membentuk gulungan

2. Modul serat-berongga : terdiri atas sebundel serat halus (dia. 0,1-2 mm) dalam tabung tertutup

Separasi membran

Susunan modul membran dalam industri

a. Susunan “feed and bleed” setahap

b. Susunan “feed and bleed” dengan beberapa tahap

c. Susunan continous single-pass

Separasi membran

MEMBRAN CAIR

Pemindahan solut melewati lapisan tipis cairan yang berada di antara dua fase cair lain yang campur.

terdapat dua tipe : membran cair emulsi (ELM) dan membran cair dengan pendukung (SLM)

Separasi sentrifugal

• Sentrifugasi sebagai proses pemisahan didasarkan oleh perbedaan perilaku partikel terhadap gaya gravitasi.

• Sentrifugasi merupakan teknik yang luas dan tidak hanya digunakan untuk pemisahan padat-cair.

• Dalam industri, sentrifugasi digunakan antara lain untuk:

- pemisahanpartikel berdasarkan ukuran dan densitas

- pemisahan cairan tak-campur dengan densitas berbeda

- penyaringan suspensi

- pengeringan padatan, khususnya kristal

- merusak emulsi dan suspensi koloid

- pemisahan gas

- proses transfer massa

Separasi sentrifugalKlasifikasi separasi sentrifugal

Berdasarkan mekanismenya, sentrifugasi diklasifikasikan menjadi dua:

- Sentrifugasi penyaringan (cairan dipisahkan dari padatan dan dikeluarkan melalui lubang pada dinding sentrifus)

- Sentrifugasi sedimentasi (pemisahan cairan berdasarkan densitas padatan dan cairan)

Umumnya, sentrifugasi sedimentasi digunakan untuk memperoleh cairan, sedangkan sentrifugasi penyaringan digunakanuntuk engambil padatan kering yang murni

Pemilihan jenis sentrifugasi harus memperhatikan sifat alami bahan baku dan bentuk produk yang akan inginkan.

Separasi sentrifugalKlasifikasi separasi sentrifugal

Pemilihan mekanisme sentrifugasi

Separasi sentrifugal

Klasifikasi separasi sentrifugal

Pengelompokkan lebih lanjut dapat dilakukan berdasarkan :

a. Bentuk operasi — batch atau kontinu

b. Orientasi bowl/basket — horizontal atau vertikal

c. Posisi suspesi dan kemudi — atas atau bawah

d. Tipe tangki (bowl) — padat, keranjang berlubang, cakram

e. Metode pembuangan padatan

f. Metode pembuangan cairan

Separasi sentrifugal

Klasifikasi separasi sentrifugal

Pemilihan tipe sentrifugasi berdasarkan ukuran partikel

Separasi sentrifugal

Tipe sentrifus sedimentasi

Tubular bowl

Sentrifus berkecepatan tinggi (15.000 rpm; 250 Hz) dengan axis vertikal dan digunakan untuk pemisahan cairan-cairan tak-campur atau padatan halus.

Disk bowl (tangki cakram)

membagi cairan menjadi beberapa lapisan sangat tipis. Digunakan untuk pemisahan cairan dengan padatan halus, dan pengelompokan padatan yang dipisahkan

Separasi sentrifugal

Tipe sentrifus penyaringan

(a) Keranjang lompok, kemudi bawah dengan kantong

(b) Keranang lompok, kemudi atas, pembuangan bawah

(c) Keranjang lompok, kemudi bawah, pmbuangan bawah

(d) Keranjang otomatis, kemudi bawah, pisau timbul

(e) Keranjang otomatis, kemudi bawah, pisau putar

(f) Pisau balik-tunggal, pisau timbul

(g) Otomatis kecepatan-tunggal, pisau putar

(h) Otomatis kecepatan tunggal, pisau melintang

(i) Dinding miring, pembuangan otomatis

(j) Dinding getar miring, pembuangan otomatis

(k) Dinding berguling miring, pembuangan otomatis

(l) Dinding miring, scroll discharge

(m) Pendorong satu tahap tradisional

(n) Pendorong multi-tahap tradisional

(o) Pendorong kerucut dengan kerucut dewatering

Separasi sentrifugal

Tipe sentrifus penyaringan

Leaching

• Leaching merupakan teknik yang digunakan untuk memisahkan cairan dari padatan dengan suatu pelarut yang sesuai.

• Faktor penting yang perlu diperhatiakan untuk proses leaching:- Ukuran partikel ; semakin kecil, luas daerah intermuka cairan- padatan semakin meningkat, laju transfer meningkat.- Pelarut- Suhu- Agitasi cairan ; agitasi meningkatkan difusi pusaran dan transfer material, serta mencegah terjadinya sedimentasi.

Leaching

• Contoh sistem dalam proses ekstraksi minyak dari bebijian

Proses leaching dalam ekstraksi minyak dari bebijian; (kiri) tipe batch-plant, (kanan) tipe continous (ekstraktor Bollmann)

SEPARASI CAIR-CAIR

Distilasi

• Distilasi merupakan proses pemisahan cair-cairan yang banyak digunakan dalam industri, terutama dalam fraksinasi minyak bumi.

• Distilasi dalam industri umumnya menggunakan kolom vertikal besar dengan diameter 0,3-10 m dan panjang 30-75 m.

Bagan alir umum distilasi campuran biner (a) dan multikomponen (b)

a

b

Distilasi

Kolom fraksinasi kontinu yang digunakan dalam proses distilasi

b

Distilasi

Kolom fraksinasi tipe batch yang digunakan dalam proses distilasi

Distilasi

DISTILASI AZEOTROP DAN EKSTRAKTIF

• Hambatan yang perlu diperhatikan dalam beberapa distilasi adalah sifat azeotrop suatu campuran.

• Azeotrop terjadi karena suatu campuran memiliki sifat yang sama dengan sifat cairan tunggal, yaitu titik didih.

• Pada titik azeotrop, campuran tidak dapat dipisahkan berdasarkan perbedaan suhu lagi.

• Contoh : campuran air-etanol, air-asam nitrat, dan air-HCl.

Distilasi

DISTILASI AZEOTROP DAN EKSTRAKTIF

• Distilasi azetrop dan ekstraktif dilakukan melalui penggunaan senyawa baru (senyawa ketiga/entrainer /pelarut) yang mampu meningkatkan volatilitas relatif dua komponen kunci.

• Dalam distilasi azeotrop, entrainer ditambahkan untuk membentuk azeotrop baru dengan salah satu komponen.

• Dalam distilasi ekstraktif, entrainer yang ditambahkan merupakan senyawa yang kurang volatil dibandingkan dengan komponen yang akan dipisahkan. Entrainer ini meyebabkan campuran bersifat non-ideal, sehingga volatilitas relatif komponen-komponen meningkat.

Distilasi

Distilasi azeotrop dalam pemisahan etanol dari air menggunakan benzena sebagai entrainer. E = etanol, B = benzena, W = air, S= uap.

Distilasi

Distilasi ekstrakstif dalam pemisahan toluena-isooktana menggunakan fenol sebagai entrainer.

DistilasiDISTILASI UAP

Disitilasi uap digunakan jika komponen yang dipisahkan memiliki titik didih tinggi tetapi dapat terurai dalam distilasi langsung.

Uap dilewatkan melalui cairan dalam penyuling. Kelarutan uap dalam cairan harus sangat rendah. Metode yang baik untuk menentukan suhu dan komposisi uap,

dengan hadirnya fase air cair, dapat dilakukan menggunakan diagram berikut:

DistilasiDISTILASI UAP

Contoh : Jika nitrobenzena didistilasi pada tekanan atmosfer dengan uap jenuh dan titik didihnya sekitar 372 K, maka nisbah-massa air terhadap nitrobenzena dalam uap sebaiknya bernilai

Penggunaan uap yang lebih ekonomis dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain pemanasan penyuling secara tidak langsung, penghilangan fase air cair, atau pengurangan tekanan.