TUGAS KRISTALISASI_VINSENSIA_053.doc

27
Nama : Vinsensia O NIM : 03121003053 TUGAS TEKNOLOGI KRISTALISASI CRYSTALLIZER A. Pengertian Kristalisasi atau penghabluran (crystallzation) ialah peristiwa pembentukan partikel-partikel zat padat (kristal) di dalam suatu fase yang homogen. Kristalisasi merupakan metode yang praktis untuk mendapatkan bahan-bahan kimia murni dalam kondisi yang memenuhi syarat baik untuk pengemasan ataupun untuk penyimpanan. Dalam proses kristalisasi disini, kita menggunakan alat yang dinamakan dengan crystallizer. Crystallizer adalah alat yang digunakan untuk memperoleh atau membuat kristal dari larutannya. Oleh karena itu, larutan yang akan dikristalisasi harus dibuat lewat jenuh terlebih dulu dengan jalan penguapan atau pendinginan. Kristalisasi tidak dapat terjadi tanpa super saturasi terlebih dahulu, dimana cara memperoleh saturasi ini tergantung dari kelarutannya. Sebagai contoh misalnya NaNO 3 , untuk memperoleh super saturasi dan kristalisasi dapat dilakukan dengan :

Transcript of TUGAS KRISTALISASI_VINSENSIA_053.doc

Nama : Vinsensia O

NIM : 03121003053

TUGAS TEKNOLOGI KRISTALISASI

CRYSTALLIZERA. Pengertian

Kristalisasi atau penghabluran (crystallzation) ialah peristiwa

pembentukan partikel-partikel zat padat (kristal) di dalam suatu fase

yang homogen. Kristalisasi merupakan metode yang praktis untuk

mendapatkan bahan-bahan kimia murni dalam kondisi yang memenuhi

syarat baik untuk pengemasan ataupun untuk penyimpanan.

Dalam proses kristalisasi disini, kita menggunakan alat yang

dinamakan dengan crystallizer. Crystallizer adalah alat yang digunakan

untuk memperoleh atau membuat kristal dari larutannya. Oleh karena

itu, larutan yang akan dikristalisasi harus dibuat lewat jenuh terlebih

dulu dengan jalan penguapan atau pendinginan. Kristalisasi tidak

dapat terjadi tanpa super saturasi terlebih dahulu, dimana cara

memperoleh saturasi ini tergantung dari kelarutannya. Sebagai contoh

misalnya NaNO3, untuk memperoleh super saturasi dan kristalisasi

dapat dilakukan dengan :

pendinginan tanpa penguapan

penguapan tanpa pendinginan

kombinasi penguapan dan pendinginan (adiabatic)

B. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Proses Kristalisasi

1. Kecepatan kristalisasi

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

2. Hasil kristalisasi

Hasil kristalisasi tergantung dari prosesnya. Apabila proses

kristalisasi berjalan cepat maka kristal yang terjadi halus.

Sebaliknya bila proses kristalisasi berjalan lambat maka kristal

yang terbentuk kasar (besar).

3. Kemurnian dan ukuran kristal

Pada proses kristalisasi harus dihindarkan adanya pencucian

kristal yang dihasilkan. Hal ini terutama bagi kristal yang mudah

larut dan kristal yang bersifat hidroskopis. Untuk ini lebih baik

larutan yang akan dikristalkan dibuat semurni mungkin sehingga

pada kristalisasi akan diperoleh kristal yang lebih bersih.

4. Energi 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

menggunakan penguapan disertai pendinginan atau dengan

memakai vacuum.

5. Uniformity (keseragaman ukuran)

Kristal yang uniform dapat diperoleh dengan menambahkan

kristak 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

terhadap kristal tersebut. Disamping itu kristal yang uniform

menunjukkan bahwa proses pembuatanyya sangat teliti sehingga

akan lebih menarik.

C. Klasifikasi Peralatan Kristalisasi

Berdasarkan cara memperoleh super saturasi, peralatan kristalisasi

diklasifikasikan 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

Super saturasi diperoleh dengan kombinasi penguapan dan

pendinginan adiabatic :

Swenson Vacum Crystallizer

Crystal Vacum Crystallizer

D. Macam-Macam Peralatan Kristalisasi

1. Agitated Batch Crystallizer

Merupakan type yang kuno, beroperasi secara batch dan

sebagai pendingin dipakai air yang dialirkan di dalam pipa-pipa

pendingi yang ada di dalam bejana.

Kerugiannya :

Proses secara batch sehingga banyak waktu untuk

bongkar pasang

Pada koil terjadi kritalisasi paling cepat atau banyak

Pemeliharaan dan pembersihannya lebin sulit

Gambar 1. Agitated Batch Crytallizer

Cara kerja :

Air akan mengalir sepanjang gulungan kawat. Pendingin dan

larutan digerakkan oleh baling-baling yang terdapat pada tanki.

Agitasi ini menunjukkan 2 fungsi, yaitu :

Hal ini akan menambah transfer panas serta menjaga

temperatur larutan agar tetap sama.

Menjaga kebaikan kristal pada suspensi ini serta

memberikan kesempatan pembuatan yang lebih seragam

dari luar kristal yang terbentuk (agregat).

2. Swenson Walker Crystallizer

Biasanya digunakan untuk proses kristalisasi dengan

pendinginan. Sesuai dengan sifat kelarutan suatu zat di dalam

pelarut, maka kristalisasi dengan pendinginan ini hanya baik untuk

larutan yang perubahan kelarutanya cepat bila temperature sedikit

berubah. Alat ini berupa suatu larutan yang panjang dan berjaket,

dimana jaket tersebut untuk aliran air pendingin. Biasanya terdiri

dari beberapa ruas/unit yang masing-masing bersambungan saut

dengan yang lain membentuk kristaliser yang panjang. Biasanya

lebar = 24 inch dengan dasr semisilindris tiap = 10 ft.

Di dalam salurannya dilengkapi dengan pengaduk yang

horizontal sepanjang saluran. Pengaduk tersebut berupa suatu as

yang dilengkapi dengan pengaduk bentuk helic, yang mana

disamping fungsinya sebagai pengaduk (untuk membuat homogen)

juga untuk mengalirkan bahan sesuai dengan arus aliran helicnya.

Larutan masuk pada ujung yang satu dengan temperature

yang tinggi dan keluar pada ujung yang lain dengan temperature

yang relative rendah. Air pendingin dapat dialirkan da dalam jaket

secara cocurrent ataupun conter current.

Gambar 2. Penampang Swenson Walker Crystallizer

Cara Kerja :

Larutan masuk pada ujung yang satu dengan temperatur yang

tingi dan keluar pada ujung yang lain dengan temperatur relatif

rendah. Air pendingin dapat dialirkan di dalam jaket secara co-

current ataupun counter current. Di dalam salurannya dilengkapi

pengaduk yang horisontal sepanjang saluran. Pengaduk tersebut

berupa suatu as yang dilengkapi dengan pengaduk bentuk helic,

yang mana disamping fungsinya sebagai pengaduk (untuk

menjadikan larutan homogen) juga untuk mengalirkan bahan

sesuai dengan arus helicnya.

3. Crystal Cooling Crystallizer

Merupakan crystallizer dengan menggunakan air sebagai

media pendingin. Kadang-kadang digunakan juga larutan garam

sebagai media pendingin. Proses yang terjadi terdiri dari :

a. Pembentukan larutan lewat jenuh (super saturasi) :

Feed merupakan larutan jenuh yang tercampur dengan sisa

larutan dari tangki pengkristalan dilewatkan pada cooler,

karena adanya penurunan suhu maka dihasilkan larutan lewat

jenuh.

b.Pembentukan/pertumbuhan kristal :

Larutan lewat jenuh yang diperoleh dialirkan dalam tangki

kristalisasi sehingga terjadi kontak dengan inti kristal dan

terjadi pertumbuhan kristal. Sisa kristal setelah kristalisasi

disirkulasi kembali dicampur dengan feed yang masuk.

Gambar 3. Crystal Cooling Crystallizer

Cara Kerja :

1. Pembentukan larutan lewat jenuh(super saturasi):

Feed merupakan larutan jenuh yang tercampur dengan

sisa larutan dari tangki pengkristalan lewat jenuh pada

cooler,karena adanya penururnan suhu dihasilkan larutan

lewat jenuh.

2. Pembentukan/pertumbuhan kristal

Larutan jenuh yang diperoleh dialirkan dalam tangki

kritalisasi sehingga terjadi kontak dengan inti kristal dan

tejadi pertumbuhan kristal.Sisalarutan setelah dikristalisasi

disirkulasi kembali dicampur dengan feed yang masuk.

4. Evaporator Crystallizer

Digunakan untuk kristalisasi dengan penguapan non

adiabatic. Alat ini terdiri dari dua bagian yaitu :

a. Heat exchanger sebagai penguap dengan pemanas uap

b. Crystallizer yang berfungsi sebagai tempat kristalisasi

Kedua alat ini digabung menjadi satu sehingga merupakan

evaporator crystallizer. Disini super saturasi diperoleh dengan

penguapan di dalam evaporator, yang mana sebelum masuk ke

evaporator terlebih dulu dilewatkan heater yang dipanaskan

dengan uap dengan system shell side.

Gambar 4. Evaporator Crystallizer

Cara kerja :

Feed masuk pada T, kemudian masuk pada pemanas (heater),

dialirkan uap (steam yang berada diluar tabung. Kemudian

dikeluarkan pada kondensor bagian bawah dan dipompakan ke

bejana. Diatas evaporator ada penghisap U untuk mengkondisikan,

umumnya untuk mencapai supersaturasi. Kemudian jika sudah

jenuh turun pada bejana dan terjadi pertumbuhan kristal besar dan

dialirkan ke M. Kristal murni diperoleh dengan jalan centrifugasi.

Pada kristal keluarnya dipanaskan kembali pada heater bersama-

sama feed yang masuk dan disirkulasi kembali sehingga bekerja

secara kontinyu. Kristal hasil dan mother liquor dikeluarkan lewat M

untuk dipisahkan kristalnya dengan menggunakan separator atau

centrifuge.

5. Batch Vacum Crystallizer

Merupakan salah satu type dari Swenson Vacum Crystallizer.

Didalam tangki kristalisasi terdapat propeller yang dapat

menimbulkan olakan centrifugal dalam larutan pada kemiringan

yang sama. Dengan adnya olakan tersebut akan mengakibatkan

tumbuhnya kristal pada larutan yang lewat jenuh. Tangki kristalisasi

dibuat vacuum dengan menggunakan steam jet booster dan

kondensor. Boster diperlukan apabila suhu akhir dari magma di

bawah suhu yang seharusnya. Kondensor dilengkapi dengan

pompa vacuum yang digunakan juga untuk memindahkan udara

maupun gas-gas yang tak terkondensasikan.

Gambar 5. Batch Vacum Crystallizer

Cara kerja :

Feed masuk mencapai ketingggian tertentu, kran masuk ditutup. Di

dalam tangki terdapat propeller yang dijalankan sehingga

menimbulkan olakan-olakan centrifugal didalam kristal pada larutan

lewat jenuh. Tangki krital dibuat vacuum dengan menggunakan jet

bouster dan kondensor yang juga dipengaruhi oleh pompa vacuum.

Kemudian steam digunakan untuk mendorong uap ke vacuum

pompa. Yang sebelumnya dihisap oleh bouster dan dibuat vacuum,

untuk memperbesar vacuum menggunakan kondensor. Pada

kondensor digunakan atau dilengkapi pompa vacuum agar uap

yang tidak terkondensasi dihisap oleh pompa vacum. Setelah

penguapan tersebut larutan lewat jenuh sehingga mempengaruhi

pertumbuhan kristal. Kemudian kristal dikeluarkan dan lewat induk

dipisahkan dengan cara centrifugal.

6. Continuous Swenson Vacum Crystallizer

Operasi yang direncanakan dalam unit ini semua magma

disirkulasi dengan pompa melalui dasar tangki. Aliran yang keluar

dari pompa menimbulkan olakan yang berfungsi sebagai

pengadukan sehingga suhu dan konsentrasinya uniform.

Dengan adanya system vacuum maka uap meninggalkan

tangki menuju booster atau kondensor. Suhu larutan yang keluar

dari pompa sedikit lebih tinggi (+ 20F) dibanding suhu magma di

dalam tangki. Perbedaan suhu ini diatur dengan control terhadap

perbandingan antara feed dengan magma yang direcycle. Pipa

pengeluaran kristal dibuat miring ke atas dengan maksud apabila

sementara discharge ditutup, kristal akan kembali ke pipa

kristalisasi sehingga menyumbat aliran, untuk memberi

kesempatan pertumbuhan kristal. Pertumbuhan kriatal yang baik

terjsdi pada magma dengan density tinggi dan berkisar antara 20-

30% solid.

Gambar 6. Continuous Swenson Vacum Crystallizer

Cara kerja :

Sistem yang digunakan dalam operasi alat ini yaitu sistem

vaccum. Dengan adanya sistem vaccum maka uap meninggalkan

tangki menuju booster atau kondensor. Larutan umpan akan masuk

ke dalam pipa-turun sebelum disedot oleh pompa sirkulasi.

Cairan induk dan kristal ditarik keluar melalui pipa pengeluar

yang ditempatkan diatas pemasuk umpan didalam pipa-turun.

Cairan induk dipisahkan dari kristal didalam pemisah sentrifugal

kontinue, kristal dibawa keluar sebagai hasil atau untuk diolah lebih

lanjut, dan cairan induk didaurkan kembali kedalam pipa turun.

Sebagian cairan induk dikeluarkan dari sistem dengan pompa

untuk mencegah akumulasi ketakmurnian.

Crystallizer dilengkapi klasifikasi dan pemindahan inti kristal

ukuran kristal yang lebih kecil biasanya tidak diinginkan, sehingga

harus dicegah supaya tidak masuk dalam tangki kristalisasi dengan

jalan mengalirkan ke classifier. Untuk membantu pemisahan kristal

kecil agar tidak terikut keluar sebagai produk maka dialirkan larutan

jenuh dari bawah kaki cristallizer. Klasifikasi hanya efektif bila

jumlah pertumbuhan kristal dapat diatur. Untuk memindahkan inti

kristal yang tidak diinginkan (kelebihan inti kristal) maka magma

disirkulasi melalui separator. Dalam separator, kristal yang besar

mengendap kebawah yang kemudian bersama sama feed

disirkulasi kembali, sedang kristal yang kecil (inti kristal) bersama

sama cairan akan dikeluarkan.

7. Crystal Vacum Crystallizer

Feed dicampur dengan cairan yang direcycle dipompa ke

ruang penguap untuk diuapkan secara adiabatic sehingga terjadi

larutan lewat jenuh. Larutan tersebut mengalir melalui pipa ke

tangki kristalisasi sehingga terbentuk kristal di dalam tangki

kristalisasi, kemudian kristal dikeluarkan melalui dischargenya dan

cairannya direcycle.

Dengan alat ini ukuran kristal yang diinginkan dapat diatur

dengan mengatur kecepatan pompa sirkulasi. Kalau sirkulasinya

lambat maka kristal yang kecil-kecilpun akan larut mengendap.

Gambar 7. Crystal Vacum Crystallizer

Cara Kerja :

Feed dicampur dengan cairan yang direcycle kemudian dipompa ke

ruang penguap untuk diuapkan secara adiabatic sehingga terjadi

larutan lewat jenuh. Larutan tersebut mengalir melalui pipa tangki

kristalisasi sehingga terbentuk kristal, kemudian kristal dikeluarkan

melalui discangernya sedangkan cairan direcycle.

8. Continuous Crystallizer

Pada kristaliser unit tunggal, pada dasarnya menyerupai

evaporator efek tunggal tetapi unit ini dapat pula dioperasikan

dalam efek berganda. Magma disirkulasikan dari dasar kristaliser

yang berbentuk kerucut, melalui pipa turun ke dalalm pompa

sirkulasi yang mempunyai tinggi tekan rendah dan kecepatan

rendah,mengalir ke atas melalui pemanas tabung vertical yang

dipanaskan oleh uap yang kondensasi di dalam selongsongnya dan

kemudian ke dalam tubuh alat. Uap panas masuk melalui pemasuk

tangensial yang terletak persis di bawah permukaan magma. Uap

ini menyebabkan terjadinya gerakan aduk didalam magma yang

mempermudah evaporasi kilat dan membuat magma itu seimbang

dengan uap karena aksi kilat adiabatic. Keadaaan lewat jenuh yang

dibangkitkan akan memberikan potensial pendorong nukleasi dan

pertumbuhan. Volume magma dibagi dengan laju aliran volumetric

magma melalui pompa bubur memberikan waktu retensi atau waktu

ketertahanan.

Gambar 8. Continuous Crystallizer

Larutan umpan masuk ke dalam pipa turun sebelum disedot

oleh pompa sirkulasi. Cairan induk dipisahkan dari kristal di dalam

pemisah sentrifugal kontinyu, kristal dibawa keluar sebagai hasil

atau untuk diolah lebih lanjut, dan cairan induk didaurkan kembali

ke dalam pipa turun. Sebagian cairan induk dikeluarkan dari system

dengan po,pa untuk mencegah akumulasi impuritas.

9. Draft Tube Baffle Crystallizer

Merupakan kristalisator yang lebih efektif dan serbaguna.

Tubuh kristalisator ini dilengkapi dengan tabung jujut (draft tube)

yang juga berfungsi sebagai sekat untuk mengendalikan sirkulasi

magma, dan agitator propeller yang mengarah ke bawah untuk

memberikan sirkulasi yang terkendali di dalam kristalisator.

Gambar 9. Draft Tube Crystallizer

A. Pengertian

Evaporator adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengubah fase sebuah

larutan menjadi fase uap. Evaporator mempunyai dua prinsip dasar, untuk

menukar panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari cairan. Evaporator

umumnya terdiri dari tiga bagian, yaitu penukar panas, bagian evaporasi (tempat

di mana cairan mendidih lalu menguap), dan pemisah untuk memisahkan uap dari

cairan lalu dimasukkan ke dalam kondenser (untuk diembunkan/kondensasi) atau

ke peralatan lainnya.

Hasil dari evaporator (produk yang diinginkan) biasanya dapat berupa

padatan atau larutan berkonsentrasi. Larutan yang sudah dievaporasi bisa saja

terdiri dari beberapa komponen volatil (mudah menguap). Evaporator biasanya

digunakan dalam industri kimia dan industri makanan. Pada industri kimia,

contohnya garam diperoleh dari air asin jenuh (merupakan contoh dari proses

pemurnian) dalam evaporator. Evaporator mengubah air menjadi uap, menyisakan

residu mineral di dalam evaporator. Uap dikondensasikan menjadi air yang sudah

dihilangkan garamnya. Pada sistem pendinginan, efek pendinginan diperoleh dari

penyerapan panas oleh cairan pendingin yang menguap dengan cepat (penguapan

membutuhkan energi panas). Evaporator juga digunakan untuk memproduksi air

minum, memisahkannya dari air laut atau zat kontaminasi lain.

B. Metode Evaporasi

Prinsip-prinsip Evaporasi :

Penguapan atau evaporasi merupakan perubahan wujud zat dari cair menjadi

uap.

Penguapan betujuan memisahkan pelarut (solvent) dari larutan sehingga

menghsilkan larutan yang lebih pekat.

Evaporasi merupakan proses pemisahan terroal, dipakani secara luas untukk

merekatkan cairan dalam bentuk larutan, suspensi maupun emulsi dengan

cara menguapkan pelarutnya, umumnya air dan cairan.

Evaporasi menghasilkan cairan yang lebih pekat, tetapi masih berup cairan

pekat yang dapat dipompa sebagai hasil utama, reaksi kadang-kadang ada

pula cairan volatile sebagai hasil utama, misalnya selama pemulihan pelarut.

C. Jenis-jenis evaporator

Evaporator dibagi menjadi beberapa jenis, yaitu:

1. Submerged combustion evaporator , adalah evaporator yang dipanaskan oleh

api yang menyala di bawah permukaan cairan, dimana gas yang panas

bergelembung melewati cairan.

2. Direct fired evaporator , adalah evaporator dengan pengapian langsung

dimana api dan pembakaran gas dipisahkan dari cairan mendidih lewat

dinding besi atau permukaan untuk memanaskan

3. Steam heated evaporator , adalah evaporator dengan pemanasan stem dimana

uap atau uap lain yang dapat dikondensasi adalah sumber panas dimana uap

terkondensasi di satu sisi dari permukaan pemanas dan panas ditranmisi lewat

dinding ke cairan yang mendidih.

D. Pertimbangan Pemilihan Evaporator :

1. Kontak panas harus tetap menjaga produk yang harus diuapkan

2. Pemeriksaan permukaan cukup mudah dengan membukan rak evaporator

3. Ekonomis dibuat bertingkat atau rekompressi termal/mekanis

4. Ukuran disesuaikan dengan kapsitas produksinya

5. Mudah pembersihan dan perawatannya

6. Mudah dioperasikan, suara tidak gaduh

7. Bahan pembuatannya cukup baik

Tipe-Tipe Evaporator

Evaporator sirkulasi alami/paksa

Evaporator sirkulasi alami bekerja dengan menambahkan sirkulasi yang

terjadi akibat perbedaan densitas yang terjadi akibat pemanasan. Pada

evaporator tabung, saat air mulai mendidih, maka buih air akan naik ke

permukaan dan memulai sirkulasi yang mengakibtakan permisahan liquid dan

uap air di bagian atas dari tabung pemanas. Jumlah evaporasi bergantng dari

perbedaan temperature uap dengan larutan. Seringkali pendididhan

mengakibatkan system kering.untuk menghindari hal ini dapat digunakan

sirkulasi paksa, yaitu dengan menambahkan pompa untuk meningkatkan

tekanan dan sirkulasi sehingga pendidihan tidak terjadi.

Gambar evaporator sirkulasi alami Gambar evaporator sirkulasi

paksa

Falling film evaporator

Evaporator ini berbentuk tabung panjang (4-8 meter) yang dilapisi denan

jaket uap. Distribusi larutan yang sergaam sangat penting. Larutann masuk

dan memperoleh gaya gerak karena arah larutan yang menurun. Kecepatan

gerakan larutan akan mempengaruhi karakteristik medium pemanas yang

juga mengalir turun. Tipe ini cocok untuk menangani larutan kental

sehingga sering digunakan untuk industri kimia, makanan dan fermentasi.

Rising film (Long tube vertical) evaporator

Pada evaporator tipe ini, pendidihan berlangsung di dalam tabung dengan

sumber panas berasal dari luar tabung (biasanya uap). Buih air akan timbul

dan menimbulkan sirkulasi

Plate evaporator

Mempunyai luas permuakan yang besar, plate biasanya tidak rata dan

ditopang oleh bingkai (frame. Uap mengalir melalui ruang-ruang diantara

plate. Uap mengalir secara co-current dan counter current terhadap larutan.

Larutan dan uap masuk ke separasi yang nantinya uap akan disalurkan ke

condenser. Evaporator jenis ini sering dipakai pada industry susu dan

fermentasi karena flesibilitas ruangan.

Multi effect evaporator

Menggunaan uap pada tahap untuk dipakai pada tahap berikutnya.

Semakin banyak tahp, semakin rendah konsumsi energinya Biasanya

maksimal teridri dari tujuh tahap, bila lebih seringkali ditemui biaya

pembuatan melebihi biaya penghematan energy Ada 2 tipe aliran, aliran

maju dimana larutan masuk dari tahap paling panas ke yang lebih rendah,

dan aliran mundur kebalikan dari aliran maju. Cocok untuk mengani

produk yang sensitive terhadap panas seperti enzim dan protein.