BAHAN KULIAH OTK III
KRISTALISASI
DOSEN PENGAMPU
Ir.Hj. Ir.Hj.Lai Laila la Faizah Faizah MKes
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. leh karena itu, larutan yang akan dikristalisasi harus dibuat lewat !enuh terlebih dulu dengan !alan penguapan atau pendinginan. Kristalisasi tidak dapat ter!adi tanpa super saturasi terlebih dahulu, dimana cara memperoleh saturasi ini tergantung dari kelarutannya. "ebagai contoh
misalnya #a#$, 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 &. Kecepatan kristalisasi Kecepatan kristalisasi meliputi % a. 'embentukan inti kristal b. 'ertumbuhan kristal er!adinya 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
. *asil kristalisasi *asil kristalisasi tergantung dari prosesnya. +pabila proses kristalisasi ber!alan cepat maka kristal yang ter!adi halus. "ebaliknya bila proses kristalisasi ber!alan lambat maka kristal yang terbentuk kasar (besar).
$. Kemurnian dan ukuran kristal 'ada proses kristalisasi harus dihindarkan adanya pencucian kristal yang dihasilkan. *al ini terutama bagi kristal yang mudah larut dan kristal yang bersifat hidroskopis. ntuk ini lebih baik larutan yang akan dikristalkan dibuat semurni mungkin sehingga pada kristalisasi akan diperoleh kristal yang lebih bersih.
. nergi yang diperlukan 'ada kristalisasi energi diperlukan untuk penguapan sampai diperoleh larutan yang lewat !enuh. ntuk kristaliser yang beker!a secara adiabatic (tidak memerlukan energi dari luar) biasanya menggunakan penguapan disertai pendinginan atau dengan memakai /acuum.
0. niformity (keseragaman ukuran) Kristal yang uniform dapat diperoleh dengan menambahkan kristak halus pada larutan yang telah lewat !enuh. 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 menun!ukkan bahwa proses pembuatanyya sangat teliti sehingga akan lebih menarik.
C. Klasifikasi Peralatan Kristalisasi 1erdasarkan cara memperoleh super saturasi, peralatan kristalisasi diklasifikasikan sebagai berikut % "uper saturasi diperoleh dengan pendinginan tanpa penguapan % ank Crystallizer "wenson 2alker Crystallizer Crystal Cooling Crysyallizer "uper saturasi diperoleh dengan penguapan tanpa pendinginan % Crystal /aporator Crystallizer "trike 'ans "uper saturasi diperoleh dengan kombinasi penguapan dan pendinginan adiabatic % "wenson 3acum Crystallizer Crystal 3acum Crystallizer
D. Macam-Macam Peralatan Kristalisasi &. +gitated 1atch Crystallizer 4erupakan type yang kuno, beroperasi secara batch dan sebagai pendingin dipakai air yang dialirkan di dalam pipa-pipa pendingi yang ada di dalam be!ana. Kerugiannya % 'roses secara batch sehingga banyak waktu untuk bongkar pasang 'ada koil ter!adi kritalisasi paling cepat atau banyak 'emeliharaan dan pembersihannya lebin sulit
5ambar &. +gitated 1atch Crytallizer
Cara kerja : +ir akan mengalir sepan!ang gulungan kawat. 'endingin dan larutan digerakkan oleh baling-baling yang terdapat pada tanki. +gitasi ini menun!ukkan fungsi, yaitu % *al ini akan menambah transfer panas serta men!aga temperatur larutan agar tetap sama. 4en!aga
kebaikan
kristal
pada
suspensi
ini
serta
memberikan kesempatan pembuatan yang lebih seragam dari luar kristal yang terbentuk (agregat).
. "wenson 2alker Crystallizer 1iasanya
digunakan
untuk
pendinginan. "esuai 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. +lat ini berupa suatu larutan yang pan!ang dan ber!aket, dimana !aket tersebut untuk aliran air pendingin. 1iasanya terdiri dari beberapa ruas6unit yang masing-masing bersambungan saut dengan yang lain membentuk kristaliser yang pan!ang. 1iasanya lebar 7 inch dengan dasr semisilindris tiap 7 &8 ft. Di dalam salurannya dilengkapi dengan pengaduk yang horizontal sepan!ang saluran. 'engaduk tersebut berupa suatu as yang dilengkapi dengan pengaduk bentuk helic, yang mana disamping fungsinya sebagai pengaduk (untuk membuat homogen) !uga untuk mengalirkan bahan sesuai dengan arus aliran helicnya. 9arutan masuk pada u!ung yang satu dengan temperature yang tinggi dan keluar pada u!ung yang lain dengan temperature yang relati/e rendah. +ir pendingin dapat dialirkan da dalam !aket secara cocurrent ataupun conter current.
5ambar . 'enampang "wenson 2alker Crystallizer
Cara Kerja : 9arutan masuk pada u!ung yang satu dengan temperatur yang tingi dan keluar pada u!ung yang lain dengan temperatur relatif
rendah. +ir pendingin dapat dialirkan di dalam !aket secara cocurrent ataupun counter current . Di dalam salurannya dilengkapi pengaduk yang horisontal sepan!ang saluran. 'engaduk tersebut berupa suatu as yang dilengkapi dengan pengaduk bentuk helic, yang mana disamping
fungsinya
sebagai
pengaduk (untuk
men!adikan larutan homogen) !uga untuk mengalirkan bahan sesuai dengan arus helicnya.
$. Crystal Cooling Crystallizer 4erupakan crystallizer dengan menggunakan air sebagai media pendingin. Kadang-kadang digunakan !uga larutan garam sebagai media pendingin. 'roses yang ter!adi terdiri dari % a. 'embentukan larutan lewat !enuh (super saturasi) % :eed merupakan larutan !enuh yang tercampur dengan sisa larutan dari tangki
pengkristalan dilewatkan pada cooler,
karena adanya penurunan suhu maka dihasilkan larutan lewat !enuh. b.'embentukan6pertumbuhan kristal % 9arutan lewat !enuh yang diperoleh dialirkan dalam tangki kristalisasi sehingga ter!adi kontak dengan inti kristal dan ter!adi pertumbuhan kristal. "isa kristal setelah kristalisasi disirkulasi kembali dicampur dengan feed yang masuk.
5ambar $. Crystal Cooling Crystallizer
Cara Kerja : 1. Pembentukan larutan leat !enuh"super saturasi#$ :eed merupakan larutan !enuh yang tercampur dengan sisa larutan dari tangki
pengkristalan lewat !enuh pada
cooler,karena adanya penururnan suhu dihasilkan larutan lewat !enuh. %. Pembentukan&pertumbuhan kristal 9arutan !enuh yang diperoleh dialirkan dalam tangki kritalisasi sehingga ter!adi kontak dengan inti kristal dan te!adi pertumbuhan kristal."isalarutan setelah dikristalisasi disirkulasi kembali dicampur dengan feed yang masuk.
. /aporator Crystallizer Digunakan
untuk
kristalisasi
dengan
penguapan
non
adiabatic. +lat ini terdiri dari dua bagian yaitu % a. *eat e;changer sebagai penguap dengan pemanas uap b. Crystallizer yang berfungsi sebagai tempat kristalisasi Kedua alat ini digabung men!adi satu sehingga merupakan e/aporator crystallizer. Disini super saturasi diperoleh dengan penguapan di dalam e/aporator, yang mana sebelum masuk ke e/aporator terlebih dulu dilewatkan heater yang dipanaskan dengan uap dengan system shell side.
5ambar . /aporator Crystallizer
Cara kerja : :eed masuk pada , kemudian masuk pada pemanas (heater), dialirkan uap (steam yang berada diluar tabung. Kemudian dikeluarkan pada kondensor bagian bawah dan dipompakan ke be!ana. Diatas e/aporator ada penghisap untuk mengkondisikan, umumnya untuk mencapai supersaturasi. Kemudian !ika sudah !enuh turun pada be!ana dan ter!adi pertumbuhan kristal besar dan dialirkan ke 4. Kristal murni diperoleh dengan !alan centrifugasi. 'ada kristal keluarnya dipanaskan kembali pada heater bersamasama feed yang masuk dan disirkulasi kembali sehingga beker!a secara kontinyu. Kristal hasil dan mother li
0. 1atch 3acum Crystallizer 4erupakan salah satu type dari "wenson 3acum 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 !enuh. angki kristalisasi dibuat /acuum dengan menggunakan steam !et booster dan kondensor. 1oster diperlukan apabila suhu akhir dari magma di bawah suhu yang seharusnya. Kondensor dilengkapi dengan pompa /acuum yang digunakan !uga untuk memindahkan udara maupun gas-gas yang tak terkondensasikan.
5ambar 0. 1atch 3acum Crystallizer
Cara kerja : :eed masuk mencapai ketingggian tertentu, kran masuk ditutup. Di dalam
tangki
terdapat
propeller
yang
di!alankan
sehingga
menimbulkan olakan-olakan centrifugal didalam kristal pada larutan lewat !enuh. angki krital dibuat /acuum dengan menggunakan !et bouster dan kondensor yang !uga dipengaruhi oleh pompa /acuum. Kemudian steam digunakan untuk mendorong uap ke /acuum pompa. =ang sebelumnya dihisap oleh bouster dan dibuat /acuum, untuk memperbesar /acuum menggunakan kondensor. 'ada kondensor digunakan atau dilengkapi pompa /acuum agar uap
yang tidak terkondensasi dihisap oleh pompa /acum. "etelah penguapan tersebut larutan lewat !enuh sehingga mempengaruhi pertumbuhan kristal. Kemudian kristal dikeluarkan dan lewat induk dipisahkan dengan cara centrifugal.
>. Continuous "wenson 3acum Crystallizer perasi yang direncanakan dalam unit ini semua magma disirkulasi dengan pompa melalui dasar tangki. +liran yang keluar dari
pompa
menimbulkan
olakan
yang
berfungsi
sebagai
pengadukan sehingga suhu dan konsentrasinya uniform. Dengan adanya system /acuum maka uap meninggalkan tangki menu!u booster atau kondensor. "uhu larutan yang keluar dari pompa sedikit lebih tinggi (? 8:) dibanding suhu magma di dalam tangki. 'erbedaan suhu ini diatur dengan control terhadap perbandingan antara feed dengan magma yang direcycle. 'ipa pengeluaran kristal dibuat miring ke atas dengan maksud apabila sementara discharge ditutup, kristal akan kembali
ke
kristalisasi
memberi
sehingga
menyumbat
aliran,
untuk
pipa
kesempatan pertumbuhan kristal. 'ertumbuhan kriatal yang baik ter!sdi pada magma dengan density tinggi dan berkisar antara 8$8@ solid.
5ambar >. Continuous "wenson 3acum Crystallizer
Cara kerja : "istem yang digunakan dalam operasi alat ini yaitu sistem /accum. Dengan adanya sistem /accum maka uap meninggalkan tangki menu!u booster atau kondensor. 9arutan 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 lan!ut, dan cairan induk didaurkan kembali kedalam pipa turun. "ebagian 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 !alan mengalirkan ke classifier. ntuk membantu pemisahan kristal kecil agar tidak terikut keluar sebagai produk maka dialirkan larutan !enuh dari bawah kaki cristallizer. Klasifikasi hanya efektif bila !umlah pertumbuhan kristal dapat diatur. ntuk 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.
A. Crystal 3acum Crystallizer :eed dicampur dengan cairan yang direcycle dipompa ke ruang penguap untuk diuapkan secara adiabatic sehingga ter!adi larutan lewat !enuh. 9arutan 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.
5ambar A. Crystal 3acum Crystallizer
Cara Kerja : :eed dicampur dengan cairan yang direcycle kemudian dipompa ke ruang penguap untuk diuapkan secara adiabatic sehingga ter!adi larutan lewat !enuh. 9arutan tersebut mengalir melalui pipa tangki kristalisasi sehingga terbentuk kristal, kemudian kristal dikeluarkan melalui discangernya sedangkan cairan direcycle.
B. Continuous Crystallizer 'ada kristaliser unit tunggal, pada dasarnya menyerupai e/aporator efek tunggal tetapi unit ini dapat
pula dioperasikan
dalam efek berganda. 4agma 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 /ertical yang dipanaskan oleh uap yang kondensasi di dalam selongsongnya dan kemudian ke dalam tubuh alat. ap panas masuk melalui pemasuk tangensial yang terletak persis di bawah permukaan magma. ap ini menyebabkan ter!adinya gerakan aduk didalam magma yang mempermudah e/aporasi kilat dan membuat magma itu seimbang dengan uap karena aksi kilat adiabatic. Keadaaan lewat !enuh yang dibangkitkan akan memberikan potensial pendorong nukleasi dan pertumbuhan. 3olume magma dibagi dengan la!u aliran /olumetric magma melalui pompa bubur memberikan waktu retensi atau waktu ketertahanan.
5ambar B. Continuous Crystallizer
9arutan 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 lan!ut, dan cairan induk didaurkan kembali ke dalam pipa turun. "ebagian cairan induk dikeluarkan dari system dengan po,pa untuk mencegah akumulasi impuritas.
. Draft ube 1affle Crystallizer 4erupakan kristalisator yang lebih efektif dan serbaguna. ubuh kristalisator ini dilengkapi dengan tabung !u!ut (draft tube) yang !uga berfungsi sebagai sekat untuk mengendalikan sirkulasi magma, dan agitator propeller yang mengarah ke bawah untuk memberikan sirkulasi yang terkendali di dalam kristalisator.
5ambar . Draft ube Crystallizer
DAF'A( P)*'AKA
1rown, 5. 5. Unit Operation. apan % 4odern +sia dition, &AB. Cook, . 4 dan D. . Cullen. Industri Kimia Operasi. akarta % ' 5ramedia, &0B. Dwi *andayani. Diktat Kuliah Peralatan Industri Kimia. "emarang % '"D EEE eknik Kimia ni/ersitas Diponegoro. 4c. Cabe, 2arren 9 dan ullian C. "mith. Operasi Teknik Kimia, ter. Ir. !. "asi#i, $%c, "ilid I. akarta % rlangga, &$.
Teori Miers Lama
F D Konsentrasi
A C
G B
E
Tempertur
5ambar. Kur/a 'embentukan Kristalisasi 'rimary *omogen Keterangan% :5
% "upersolubility Cur/e
+1
% "olubility Cur/e
Kur/a +1 biasanya untuk kur/a yang sifat zatnya dapat larut (keseimbangan) dan menentukan konsentrasi maksimal l arutan yang dapat dicapai dengan membawa padatan terlarut dan pelarut pada titik keseimbangan sifat ini menggambarkan batas u!ung tentang kristalisasi dan supersaturated larutan !ika sampel dari bahan mempunyai komposisi dan temperatur di titik C adalah dingin yang ditun!ukkan dengan panah. 9angkah pertama adalah memotong kur/a solubility, selan!utnya akan mulai men!adi kristal. ika langkah pertama dan sedikit larutan sedikit dibebaskan dari partikel padat, tidak hanya zat padat itu sendiri tapi !uga zat padat lainnya, larutan tidak akan mulai men!adi kristal sampai larutan itu sangat dingin yang terletak dari kur/a +1. 'ada titik D,
menurut teori 4iers kristalisasi dimulai dan konsentrasi suatu zat tidak merata melalui kur/a D. 'artikel padat kur/a :5 (dinamakan kur/a "upersolubility) menggambarkan batas pembentukan nucleus secara spontan dan konsekuen, titik dimana kristalisasi dapat dimulai eori 4iers, titik terpendek (pada garis CD) nuklei tidak terbentuk dan kristalisasi tidak dapat ter!adi. ika suatu larutan pada dan C diturunkan suhunya, sehingga memotong kur/a +1, pada saat larutan men!adi !enuh. 1ila suhu diturunkan lagi akhirnya C akan memotong kur/a lewat !enuh :1 di D. apabila dalam keadaan tersebut ditambahkan inti kristal, maka konsentrasi larutan akan turun menurut garis D sampai akhirnya solute mengkristal seluruhnya dan sol/ent dapat dipakai kembali.
D Konsentrasi
F B C E A
Temperatur
5ambar. Kur/a 'embentukan "econdary #uklei
Keterangan% +1
% Kur/a "aturated
CD
% Kur/a 'rimary *omogen #uklei
:
% Kur/a 'enambahan "eeding
% umbuhnya Enti Kristal ("econdary #uklei)
Teori Miers Baru
Konsentrasi A
Supersolubility Superheated
B
Temperatur
5ambar. Kur/a eori 4iers 1aru 'engaruh kecepatan penurunan pada larutan !enuh pada ter!adinya kristal dapat diterangkan dengan eori 4iers sebagai berikut% 1ila kecepatan turunnya cepat ika larutan !enuh diturunkan temperaturnya dengan cepat maka kecepatan terbentuknya inti kristal primer akan cepat, sehingga inti kristal primer yang terbentuk banyak. 1ila kecepatan turunnya lambat +pabila waktu pertumbuhan kristal makin lama, maka kristal yang tumbuh pun akan semakin besar.
