Disusun oleh : Kelompok A II 1. Andi Prasetyo
L0C 005 175
2. Andiyane Sukma Putri
L0C 005 173
3. Anita Nurfida
L0C 005 175
4. Anita Sari
L0C 005 176
5. Antik Mulyani
L0C 005 177
6. Aprilia Anggraeni
L0C 005 179
PROGRAM DIPLOMA III TEKNIK KIMIA PROGRAM DIPLOMA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2007
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 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
2.
•
konsentrasi yang tinggi
•
pemberian kristal halus sebagai bibitan
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
pendinginan. Sesuai dengan
proses
kristalisasi
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 cocurrent 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 bersamasama 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 2030% 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
DAFTAR PUSTAKA Brown, G. G. Unit Operation. Japan : Modern Asia Edition, 1978. Cook, T. M dan D. J. Cullen. Industri Kimia Operasi. Jakarta : PT Gramedia, 1958. Dwi Handayani. Diktat Kuliah Peralatan Industri Kimia. Semarang : PSD III Teknik Kimia Universitas Diponegoro. Mc. Cabe, Warren L dan Jullian C. Smith. Operasi Teknik Kimia, terj. Ir. E. Jasifi, MSc, Jilid I. Jakarta : Erlangga, 1993.
•
Teori Miers Lama
F D Konsentrasi
A C
G B
E
Tempertur
Gambar. Kurva Pembentukan Kristalisasi Primary Homogen Keterangan: FG
: Supersolubility Curve
AB
: Solubility Curve Kurva AB biasanya untuk kurva yang sifat zatnya dapat larut
(keseimbangan) dan menentukan konsentrasi maksimal larutan yang dapat dicapai dengan membawa padatan terlarut dan pelarut pada titik keseimbangan sifat ini menggambarkan batas ujung tentang kristalisasi dan supersaturated larutan jika sampel dari bahan mempunyai komposisi dan temperatur di titik C adalah dingin yang ditunjukkan dengan panah. Langkah pertama adalah memotong kurva solubility, selanjutnya akan mulai menjadi kristal. Jika langkah pertama dan sedikit larutan sedikit dibebaskan dari partikel padat, tidak hanya zat padat itu sendiri tapi juga zat padat lainnya, larutan tidak akan mulai menjadi kristal sampai larutan itu sangat dingin yang terletak dari kurva AB. Pada titik D,
menurut teori Miers kristalisasi dimulai dan konsentrasi suatu zat tidak merata melalui kurva DE. Partikel padat kurva FG (dinamakan kurva Supersolubility) menggambarkan batas pembentukan nucleus secara spontan dan konsekuen, titik dimana kristalisasi dapat dimulai Teori Miers, titik terpendek (pada garis CD) nuklei tidak terbentuk dan kristalisasi tidak dapat terjadi. Jika suatu larutan pada T dan C diturunkan suhunya, sehingga memotong kurva AB, pada saat larutan menjadi jenuh. Bila suhu diturunkan lagi akhirnya C akan memotong kurva lewat jenuh FB di D. apabila dalam keadaan tersebut ditambahkan inti kristal, maka konsentrasi larutan akan turun menurut garis DE sampai akhirnya solute mengkristal seluruhnya dan solvent dapat dipakai kembali.
D
Konsentrasi
F B C E A
Temperatur Gambar. Kurva Pembentukan Secondary Nuklei Keterangan: AB
: Kurva Saturated
CD
: Kurva Primary Homogen Nuklei
EF
: Kurva Penambahan Seeding
J
: Tumbuhnya Inti Kristal (Secondary Nuklei)
Teori Miers Baru Konsentrasi
A
Supersolubility Superheated
B
Temperatur
Gambar. Kurva Teori Miers Baru Pengaruh kecepatan penurunan T pada larutan jenuh pada terjadinya kristal dapat diterangkan dengan Teori Miers sebagai berikut: •
Bila kecepatan turunnya T cepat Jika larutan jenuh diturunkan temperaturnya dengan cepat maka kecepatan terbentuknya inti kristal primer akan cepat, sehingga inti kristal primer yang terbentuk banyak.
•
Bila kecepatan turunnya T lambat Apabila waktu pertumbuhan kristal makin lama, maka kristal yang tumbuh pun akan semakin besar.
