CRYSTALLIZER PART I
1 Vote
Kristalisasi Kristalisasi merupakan proses pemisahan padat-cair dimana terjadi perpindahan massa dari solut (zat yang terlarut) menuju padatan dari fasa yang homogen atau dengan kata lain peristiwa pembentukan partikel-partikel zat padat dalam suatu fasa homogen. Dalam kristalisasi dari larutan sebagaimana yang dilakukan oleh industri, campuran dua fasa cairan induk (mother liquor) dan kristal dari segala ukuran yang mengisi crystallizer, akan dikeluarkan sebagai hasil atau disebut dengan magma. Tujuan dari kristalisasi yang utama ialah mendapatkan perolehan atau hasil yang memuaskan terutama kemurnian yang tinggi, oleh karena terdapat pertimbangan ; 1. Jika kristal yang dihasilkan akan diproses lebih lanjut, maka ukuran yang wajar dan cukup seragam diperlukan untuk kemudahan filtrasi, pencucian, pelaksanaan reaksi dengan bahan kimia lain, pengangkutan, serta penyimpanan kristal 2. Jika kristal tersebut akn dipasarkan secara langsung, untuk dapat diterima oleh konsumen, maka kristal tersebut harus kuat, tidak mengumpal, ukurannya seragam, dan tidak melekat dalam kemasan Untuk mencapai tersebut, maka distribusi ukuran kristal (crystal size distiribusion) atau CSD, harus dikendalikan dengan benar dan itulah yang menjadi tujuan utama dalam perancangan dan operasi pada crystallizer. Kristal yang baik, terbentuk dengan baik, umumnya hampir murni, namun masih mengandung cairan induk bila dikeluarkan dari magma akhir dan jika hasil tersebut masih
mengandung agregat kristal, massa zat padat itu mungkin mengandung cairan induk bersama kristal.
Jenis-Jenis Crystallizer Seperti yang sudah dijelaskan bahwa untuk mencapai tujuan dari kristalisasi tersebut diperlukan operasi crystallizer yang baik dan teknik perancangan crystallizer yang benar. Oleh karena itu, pada industri banyak digunakan bermacam-macam crystallizer untuk mencapai tujuan akhir, umumnya memiliki ukuran padatan yang seragam. Jenis-jenis crystallizer didasarkan pada prosesnya, apakah umpan segar bercampur dengan hasil proses kristalisasi (umpan bercampur dengan magma) atau tidak? Perbedaan operasi yang dilakukan pada crystallizer akan menghasilkan produk yang berbeda-beda.
A. Jenis Crystallizer dengan Circulating Magma 1. Forced Circulating Liquid Evaporator Cyrstallizer Cyrstallizer jenis ini menggabungkan proses antara proses pendinginan dan penguapan (evaporasi). Hal tersebut dimaksudkan untuk mencapai keadaan yang supersaturasi (supersaturated) atau keadaan dimana larutan lewat jenuh.
Kristalisasi merupakan proses pemisahan padat-cair dimana terjadi perpindahan massa dari solut (zat yang terlarut) menuju padatan dari fasa yang homogen atau dengan kata lain peristiwa pembentukan partikel-partikel zat padat dalam suatu fasa homogen. Dalam kristalisasi dari larutan sebagaimana yang dilakukan oleh industri, campuran dua fasa cairan induk (mother liquor) dan kristal dari segala ukuran yang mengisi crystallizer, akan dikeluarkan sebagai hasil atau disebut dengan magma. Tujuan dari kristalisasi yang utama ialah mendapatkan perolehan atau hasil yang memuaskan terutama kemurnian yang tinggi, oleh karena terdapat pertimbangan ; 1. Jika kristal yang dihasilkan akan diproses lebih lanjut, maka ukuran yang wajar dan cukup seragam diperlukan untuk kemudahan filtrasi, pencucian, pelaksanaan reaksi dengan bahan kimia lain, pengangkutan, serta penyimpanan kristal 2. Jika kristal tersebut akn dipasarkan secara langsung, untuk dapat diterima oleh konsumen, maka kristal tersebut harus kuat, tidak
mengumpal, ukurannya seragam, dan tidak melekat dalam kemasan Untuk mencapai tersebut, maka distribusi ukuran kristal (crystal size distiribusion) atau CSD, harus dikendalikan dengan benar dan itulah yang menjadi tujuan utama dalam perancangan dan operasi pada crystallizer. Kristal yang baik, terbentuk dengan baik, umumnya hampir murni, namun masih mengandung cairan induk bila dikeluarkan dari magma akhir dan jika hasil tersebut masih mengandung agregat kristal, massa zat padat itu mungkin mengandung cairan induk bersama kristal.
Jenis-Jenis Crystallizer Seperti yang sudah dijelaskan bahwa untuk mencapai tujuan dari kristalisasi tersebut diperlukan operasi crystallizer yang baik dan teknik perancangan crystallizer yang benar. Oleh karena itu, pada industri banyak digunakan bermacam-macam crystallizer untuk mencapai tujuan akhir, umumnya memiliki ukuran padatan yang seragam. Jenis-jenis crystallizer didasarkan pada prosesnya, apakah umpan segar bercampur dengan hasil proses kristalisasi (umpan bercampur dengan magma) atau tidak? Perbedaan operasi yang dilakukan pada crystallizer akan menghasilkan produk yang berbeda-beda.
A. Jenis Crystallizer dengan Circulating Magma 1. Forced Circulating Liquid Evaporator Cyrstallizer Cyrstallizer jenis ini menggabungkan proses antara proses pendinginan dan penguapan (evaporasi). Hal tersebut dimaksudkan untuk mencapai keadaan yang supersaturasi (supersaturated) atau keadaan dimana larutan lewat jenuh.
Gambar 1. Forced Circulating Liquid Evaporator Pada gambar diatas terlihat bahwa umpan berupa larutan induk terlebih dahulu dilewatkan melalui sebuah Heat Exchangers untuk dipanaskan. Heat exchangers tersebut berada didalam evaporator. Didalam evaporator terjadi flash evaporation yaitu, terjadi pengurangan jumlah atau kandungan pelarut dan terjadi peningkatan kosentrasi zat terlarut. Dimana pada saat itu juga, keadaan zat terlarut sudah lewat jenuh atau supersaturasi. Larutan yang sudah berada pada keadaan lewat jenuh tersebut dialirkan menuju badan crystallizer untuk diperoleh padatan berupa kristal. Dimana pada badan crystallizer terdapat mekanisme kristalisasi yaitu nukleasi dan pertumbuhan kristal. Produk kristal dapat diambil sebagai hasil pada bagian bawah crystallizer, namun tidak semua proses berjalan sempurna atau dengan kata lain tidak
semua cairan induk berubah menjadi padatan kristal. Karena itu ada proses pengembalian kembali hasil pipa sirkulasi (circulating pipe) atau proses recycle hasil kristaliasi. Terlihat bahwa umpan dan campuran umpan dengan hasil yang masih belum padatan, dialirkan dengan paksa atau forced circulation, serta adanya Heat Exchangers dapat membuat kenaikan titik didih yang sempurna. Kenaikan titik didih pada Heat Exchangers pada Evaporator untuk dapat membuat larutan menjadi lewat jenuh berkisar antara 3 – 100F untuk sekali lewat. Bila kenaikan titid didih yang diharapkan untuk mendapatkan kristal yang baik tidak sesuai, maka dapat digunakan beberapa evaporator untuk menaikan titik didih, dimana kosentrasi zat terlarut akan meningkat juga. Karena mengalir secara paksa menggunakan pompa, maka kecepatan aliran cukup tinggi, sehingga akan mengakibatkan ketinggian permukaan larutan pada crystallizer tidak tetap atau naik turun. Umumnya crystallizer jenis ini dibangun dengan diameter 2 feet atau pada skala industri sekitar 4 feet atau lebih 1. Draft Tube Baffle (DTB) Cyrstallizer Pada crystallizer jenis ini, terdapat keunggulan dimana pada badan crytallizer terdapat pola atau sirkulasi untuk mekanisme kristalisasi. Diantaranya ialah draft tube, draft tube akan memisahkan antara cairan induk dengan kristal yang akan terbentuk, yang dilengakapi dengan pengaduk yang bergerak lambat. Pengaduk tersebut ada dimaksudkan untuk membuat cairan induk dapat bernukleasi dengan cepat, karena dengan pengadukan reaksi akan berjalan cepat.
Terlihat pada gambar diatas bahwa umpan masuk melalui Heat Exchangers untuk proses pemanasan, karena terdapat pengaduk yang diletakkan pada poros badan atau tangki crystallizer maka cairan induk akan tertarik menuju daerah pengaduk yang menuju kearah atas, lalu bersikulasi turun kebawah bila hasilnya sudah berupa kristal. Namun bila tidak akan dikembalikan menuju Heat Exchangers kembali melalui pipa sirkulasi. Karena masuk ke HE maka akan terjadi kenaikan titik didih sekitar 1- 20F. Terjadi pemisahan antara cairan induk dan kristal pada draft tube ialah karena adanya perbedaan massa jenis, dimana massa jenis kristal akan lebih besar dila dibandingkan dengan cairan induk, oleh karena itu adanya gaya gravitasi mengakibatkan kristal tersebut akan turun kebawah dan diambil sebagai produk. Produk kristal memiliki ukuran sekitar 6 – 20 mesh untuk padatan KCl, (NH4)2SO4, dan (NH4)H2PO4 1. Draft Tube Crystallizer Jenis Crystallizer ini tidak jauh berbeda dengan DTB Crystallizer, hanya saja pada jenis ini tidak ada baffle atau penyekat antara draft tube dengan badan crystallizer. Namun kelemahan dari Crystallizer jenis ini kenaikan titik didih atau untuk dapat membuat larutan menjadi lewat jenuh agak sulit, karena jenis ini beroperasi dengan lambat dan panjang, namun akan didapatkan hasil atau magma yang cukup banyak. 1. 2.
Forced Circulation Baffle Surface Cooled Crystallizer
Crystallizer jenis ini menggunkan prinsip sirkulasi cairan atau larutan induk, dimana umpan maupun hasil kristaliasi akan masuk kedalam Sheell and Tube Heat Exchangers untuk
didinginkan. Perbedaan dengan jenis crystallizer lainnya ialah karena pada saat dibadan crystallizer terbentuk campuran kristal dan cairan induk, maka akan terjadi tumbukan antara cairan dengan kristal sehingga suhu campuran akan meningkat, untuk mendinginkannya diperlukan medium pendingin. Crystallizer ini mneggunakan prinsip pendinginan, karena kristalisasi dapat terjadi melalui pembekuan (solidification).
Gambar 3. Forced Circulation Baffle Surface Cooled Crystallizer Terlihat pada gambar diatas, umpan dan recylce kristalisasi bersama-sama masuk kedalam medium pendingin. Namun ada kelemahannya yaitu, panjang untuk pertukaran panas pada HE dan kecepatan umpan serta recycle kristalisasi sangat di perhitungkan, sebab jika terjadi kesalahan penurunan suhu untuk dapat melakukan kristalisasi pada proses pendinginan tidak berlangsung secara optimal. Oleh karena itu, pompa untuk sirkuasi sangat dikontrol dengan baik, karena pompa itulah yang menciptakan laju alir disamping bukaan valve. Adanya pompa menyebabkan cairan induk akan mengalir secara turbulen baik didalam HE maupun didalam badan Crystalizer, maka akan terjadi sering tumbukan untuk menghasilkan kristal, dimana terdapat sekat antara saluran Head HE dengan ujung keluaran cairan induk. Bila kristal sudah terbentuk pada cairan induk yang sudah lewat jenuh, maka kristal akan turun karena adanya gaya gravitasi dan perbedaan massa jenis. Kristal dari Crystallizer jenis ini berukuran besar antara 30 – 100 mesh. 1. 1.
OSLO Evaporative Crystallizer
Crystallizer ini dirancang berdasarkan adanya perbedaan suspensi yang mulai terbentuk pada chamber of suspension. Dimana terdapat HE eksternal yang bertujuan untuk membuat keadaan lewat jenuh pada suhu supersaturasinya.
Gambar 4. OSLO Evaporative Crystallizer Terlihat pada gambar, bahwa umpan masuk pada G, karena dipompa umpan akan bergerak secara paksa, masuk kedalam evaporator yang terdapat HE, cairan umpan tersebut masuk kedalam B. Sebelum masuk ke B, pada bagian A cairan induk yang panas akan bercampur dengan panas penguapan pada bagian B. Laju penguapan tersebut harus dikontrol antara kerja pompa untuk mengalirkan cairan induk dengan perubahan panas campuran tersebut. Pada bagian B terjadi proses pencampuran antara keadaan supersaturasi dengan kedaan penguapan, maka sering timbul scale atau kerak garam, sehingga akan mengganggu proses sirkulasi dari aliran tersebut. Sering kali diberikan bibit kristal pada bibit kristal untuk mempercepat pembentukan kristal-kristal yang kita harapkan. 1. 1.
OSLO Surface Cooled Crystallizer
Tidak jauh berbeda dengan OSLO Evaporative Crystallizer, hanya saja cairan induk didinginkan terlebih dahulu sebelum masuk kedalam crystallizer. Lainnya sama dengan jenis crystallizer OSLO EC.
Gambar 5. OSLO Surface Cooled Crystallizer 1. 1.
Vacuum Pan Crystallizer
Jenis crystallizer ini banyak digunakan pada industri gula. Proses kristalisasi gula terjadi didalam suatu pan masak yang prosesnya kerjanya dilakukan pasa keadaan vakum (hampa udara). Disamping itu proses kristalisasi dapat dilakukan baik dengan single effect maupun multiple effect. Kondisi vakum dimaksudkan agar nira yang diperoleh tidak rusak. Nira yang digunakan ialah nira yang kental yang merupakan bahan baku proses kristalisasi. Dalam kristalisasi kadar kotoran dan air pada nira kental akan dihilangkan.
Gambar 6. Vacuum Pan Crystallizer Pada nira kental masih terkandung kotoran sekitar 15-20% zat terlarut, sedangka kadar airnya sekitar 35-40% (dengan Brix 60-65). Sebelum dilakukan kristalisasi dalam pan masak, nira pekat terlebih dahulu dialirkan gas SO2 untuk proses bleaching dan untuk menurunkan viskositas masakan nira. Langkah pertama dari proses kristalisasi adalah menarik masakan (nira pekat) untuk diuapkan airnya sehingga mendekati kondisi jenuhnya. Dengan pemekatan secara terus-menerus koefisien kejenuhannya akan meningkat. Pada keadaan lewat jenuh maka akan terbentuk suatu pola kristal sukrosa. Setelah itu langkah membuat bibit yaitu dengan memasukkan bibit gula kedalam gula kedalam pan masak kemudian melakukan proses pembesaran kristal. Pada proses masak ini kondisi kristal harus dijaga jangan sampai larut kembali ataupun tidak beraturan
