Kristalisasi

BAB I BAB I PENDAHULUAN PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang 1.1.Latar Belakang

Telah kita ketahui bahwa materi terdiri dari unsur, senyawa, dan Telah kita ketahui bahwa materi terdiri dari unsur, senyawa, dan campuran. Campuran dapat dipisahkan melalui beberapa proses pemisahan campuran. Campuran dapat dipisahkan melalui beberapa proses pemisahan campuran secara fisika dimana didasarkan pada sifat fisikanya seperti titik campuran secara fisika dimana didasarkan pada sifat fisikanya seperti titik didih dan titik beku. Pemisahan campuran berdasarkan titik didih dapat didih dan titik beku. Pemisahan campuran berdasarkan titik didih dapat dilakukan dengan cara destilasi sedangkan pemisahan campuran berdasarkan dilakukan dengan cara destilasi sedangkan pemisahan campuran berdasarkan titik beku dilakukan dengan proses kristalisasi.Kristalisasi merupakan metode titik beku dilakukan dengan proses kristalisasi.Kristalisasi merupakan metode  pemisahan

 pemisahan campuran campuran berupa berupa larutan larutan menjadi menjadi padatan padatan atau atau Kristal Kristal melaluimelalui  proses pendinginan maupun p

 proses pendinginan maupun pemanasan.emanasan.

Dalam kehidupan sehari-hari kita sering menggunakan garam dapur dan Dalam kehidupan sehari-hari kita sering menggunakan garam dapur dan gula pasir. Kedua bahan tersebut memiliki wujud berupa Kristal. Bahan-bahan gula pasir. Kedua bahan tersebut memiliki wujud berupa Kristal. Bahan-bahan tersebut awalnya berupa larutan yang kemudian melalui proses kristalisasi tersebut awalnya berupa larutan yang kemudian melalui proses kristalisasi menjadi Kristal padat. Pada pembuatan garam dapur dari air laut, mula-mula menjadi Kristal padat. Pada pembuatan garam dapur dari air laut, mula-mula air laut ditampung dalam suatu tambak, kemudian dengan bantuan sinar air laut ditampung dalam suatu tambak, kemudian dengan bantuan sinar matahari dibiarkan menguap. Setelah proses penguapan, dihasilkan garam matahari dibiarkan menguap. Setelah proses penguapan, dihasilkan garam dalam bentuk kasar dan masih bercampur dengan pengotornya, sehingga dalam bentuk kasar dan masih bercampur dengan pengotornya, sehingga untuk mendapatkan garam yang bersih diperlukan proses rekristalisasi untuk mendapatkan garam yang bersih diperlukan proses rekristalisasi (pengkristalan kembali). Pada pembuatan gula putih dari tebu. Batang tebu (pengkristalan kembali). Pada pembuatan gula putih dari tebu. Batang tebu dihancurkan dan diperas untuk diambil sarinya, kemudian diuapkan dengan dihancurkan dan diperas untuk diambil sarinya, kemudian diuapkan dengan  penguap hampa

 penguap hampa udara udara sehingga sehingga air air tebu tebu tersebut tersebut menjadi kental, menjadi kental, lewat lewat jenuh,jenuh, dan terjadi pengkristalan gula. Kristal ini kemudian dikeringkan sehingga dan terjadi pengkristalan gula. Kristal ini kemudian dikeringkan sehingga diperoleh gula putih atau gula pasir.

diperoleh gula putih atau gula pasir.

Oleh sebab itu, untuk lebih memahami mengenai pengertian kristalisasi, Oleh sebab itu, untuk lebih memahami mengenai pengertian kristalisasi,  prinsip

 prinsip dasar dasar kristalisasi, kristalisasi, mekanisme mekanisme kristalisasi, kristalisasi, komponen dasar komponen dasar kristalisasi,kristalisasi, keunggulan, kelemahan, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari, maka keunggulan, kelemahan, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari, maka disusunlah makalah ini.

1.2.Rumusan Masalah 1.2.Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah yang melatarbelakangi penulisan makalah ini Adapun rumusan masalah yang melatarbelakangi penulisan makalah ini adalah sebagai berikut.

adalah sebagai berikut. a)

a) Apa pengertian kristalisasi?Apa pengertian kristalisasi?  b)

 b) Bagaimana pemisahan campuran berdasarkan titik beku pada senyawaBagaimana pemisahan campuran berdasarkan titik beku pada senyawa volatil dan non volatil?

volatil dan non volatil? c)

c) Apa saja prinsip dalam kristalisasi?Apa saja prinsip dalam kristalisasi? d)

d) Bagaimana mekanisme proses kristalisasi?Bagaimana mekanisme proses kristalisasi? e)

e) Apa saja factor-faktor yang mempengaruhi proses terbentuknya kristalApa saja factor-faktor yang mempengaruhi proses terbentuknya kristal dalam kristalisasi?

dalam kristalisasi? f)

f) Apa saja produk penerapan dari proses kristalisasi?Apa saja produk penerapan dari proses kristalisasi?

1.3.Tujuan Penulisan 1.3.Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan makalah ini adalah sebagai berikut. Adapun tujuan penulisan makalah ini adalah sebagai berikut. a)

a) Mengetahui pengertian kristalisasiMengetahui pengertian kristalisasi  b)

 b) Mengetahui pemisahan campuran berdasarkan titik beku pada senyawaMengetahui pemisahan campuran berdasarkan titik beku pada senyawa volatil dan non volatil

volatil dan non volatil c)

c) Memahami Memahami prinsip prinsip dalam dalam kristalisasikristalisasi d)

d) Memahami mekanisme proses kristalisasiMemahami mekanisme proses kristalisasi e)

e) Memahami faktor-faktor yang mempengaruhi proses terbentuknya kristalMemahami faktor-faktor yang mempengaruhi proses terbentuknya kristal dalam kristalisasi

dalam kristalisasi f)

BAB II PEMBAHASAN 2.1.Pengertian Kristalisasi

Kristalisasi adalah proses pembentukan bahan padat dari pengendapan larutan, melt  (campuran leleh), atau lebih jarang pengendapan langsung dari gas. Kristalisasi juga merupakan teknik pemisahan kimia antara bahan padat-cair, di mana terjadi perpindahan massa (mass transfer ) dari suat zat terlarut ( solute) dari cairan larutan ke fase kristal padat. Dasar metode ini adalah kelarutan bahan dalam suatu pelarut dan perbedaan titik beku. Kristalisasi ada dua cara yaitu kristalisasi penguapan dan kristalisasi pendinginan.

Kristalisasi penguapan dilakukan jika zat yang akan dipisahkan tahan terhadap panas dan titik bekunya lebih tinggi daripada titik didih pelarut. Pemisahan secara kristalisasi dilakukan untuk memisahan zat padat dari larutannya dengan jalan menguapkan pelarutnya. Zat padat tersebut dalam keadaan lewat jenuh akan membentuk kristal. Contoh Kristalisasi penguapan dilakukan oleh para petani garam. Pada saat air pasang, tambak-tambak garam akan terisi air laut. Pada saat air surut maka air laut yang sudah mengisi tambak garam akan tetap berada di tempat itu.

Adanya pengaruh sinar matahari mengakibatkan komponen air dari air laut dalam tambak akan menguap dan komponen garamnya akan tetap dalam larutan. Jika penguapan ini terus berlangsung, lama-kelamaan garam tersebut akan membentuk kristal-kristal garam tanpa harus menunggu sampai airnya habis. Kristalisasi pendinginan dilakukan dengan cara mendinginkan larutan. Pada saat suhu larutan turun, komponen zat yang memiliki titik beku lebih tinggi akan membeku terlebih dahulu, sementara zat lain masih larut sehingga keduanya dapat dipisahkan dengan cara penyaringan. Zat lain akan turun bersama pelarut sebagai filtrat, sedangkan zat padat tetap tinggal di atas saringan sebagai residu.

2.2.Pengantar Pemisahan Campuran Berdasarkan Titik Beku

Dalam kimia dan teknik kimia, proses pemisahan digunakan untuk mendapatkan dua atau lebih produk yang lebih murni dari suatu campuran senyawa kimia.Sebagian besar senyawa kimia ditemukan di alam dalam keadaan yang tidak murni. Biasanya, suatu senyawa kimia berada dalam keadaan tercampur dengan senyawa lain. Untuk beberapa keperluan seperti sintesis senyawa kimia yang memerlukan bahan baku senyawa kimia dalam keadaan murni atau proses produksi suatu senyawa kimia dengan kemurnian tinggi, proses  pemisahan perlu dilakukan. Proses pemisahan sangat penting dalam bidang teknik kimia. Suatu contoh pentingnya proses pemisahan adalah pada proses pengolahan minyak bumi dan pengkristalan garam maupun gula putih.

Secara mendasar, proses pemisahan dapat diterangkan sebagai proses  perpindahan massa. Proses pemisahan sendiri dapat diklasifikasikan menjadi  proses pemisahan secara mekanis atau kimiawi. Pemilihan jenis proses pemisahan yang digunakan bergantung pada kondisi yang dihadapi. Pemisahan secara mekanis dilakukan kapanpun memungkinkan karena biaya operasinya lebih murah dari pemisahan secara kimiawi. Untuk campuran yang tidak dapat dipisahkan melalui proses pemisahan mekanis (seperti pemisahan minyak bumi),  proses pemisahan kimiawi harus dilakukan.

Untuk proses pemisahan suatu campuran heterogen, te rdapat empat prinsip utama proses pemisahan, yaitu:

 Sedimentasi  Flotasi  Sentrifugasi  Filtrasi

Proses pemisahan suatu campuran homogen, prinsipnya merupakan  pemisahan dari terbentuknya suatu fasa baru sehingga campuran menjadi suatu campuran heterogen yang mudah dipisahkan. Fasa baru terjadi / terbentuk dari adanya perbedaan sifat fisik dan kimiawi masing-masing komponen. Berbagai metode yang digunakan untuk terjadinya suatu fasa baru sehingga campuran

 Absorpsi  Adsorpsi  Kromatografi  Kristalisasi  Rekristalisasi  Destilasi  Evaporasi  Ekstraksi

Senyawa volatil memiliki titik didih yang lebih rendah dibandingkan senyawa non volatil sehingga senyawa volatil akan lebih mudah menguap terlebih dahulu (lebih suka dalam wujud gas) dibandingkan senyawa non volatil. Oleh sebab itu, titik beku senyawa volatil lebih tinggi (lebih negatif) dibandingkan senyawa volatil, sementara itu kristalisasi baru dapat berlangsung melalui proses  pendinginan dibawah titik leleh suatu senyawa. Jika titik beku suatu senyawa lebih tinggi, maka kemampuan senyawa tersebut untuk mencapai titik bekunya akan semakin sulit sehingga sulit untuk mengkristal. Dari penjelasan tersebut, maka senyawa volatil sangat sulit untuk mengalami kristalisasi, sehingga dalam  pembahasan proses kristalisasi ini hanya dijelaskan pada senyawa non volatil saja.

2.3.Prinsip Kristalisasi

Prinsip pembentukan kristal adalah :

a. Kondisi lewat jenuh untuk suatu larutan seperti larutan gula atau garam  b. Kondisi lewat dingin untuk suatu cairan atau lelehan (melt) seperti air atau

lemak.

Pemisahan dengan teknik kristalisasi didasari atas pelepasan pelarut dari zat terlarutnya dalam sebuah campuran homogen atau larutan, sehingga terbentuk kristal dari zat terlarutnya. Proses ini adalah salah satu teknik pemisahan padat-cair yang sangat penting dalam industri, karena dapat menghasilkan kemurnian  produk hingga 100%.

Kristal dapat terbentuk karena suatu larutan dalam keadaan atau kondisi lewat jenuh (supersaturated). Kondisi tersebut terjadinya karena pelarut sudah tidak mampu melarutkan zat terlarutnya, atau jumlah zat terlarut sudah melebihi

kapasitas pelarut. Sehingga kita dapat memaksa agar kristal dapat terbentuk dengan cara mengurangi jumlah pelarutnya, sehingga kondisi lewat jenuh dapat dicapai. Proses pengurangan pelarut dapat dilakukan dengan empat cara yaitu,  penguapan, pendinginan, penambahan senyawa lain dan reaksi kimia.

Pemisahan dengan pembentukan kristal melalui proses penguapan merupakan cara yang sederhana dan mudah kita jumpai, seperti pada proses  pembuatan garam.

Air laut dialirkan kedalam tambak dan selanjutnya ditutup. Air laut yang ada dalam tambak terkena sinar matahari dan mengalami proses penguapan, semakin lama jumlah berkurang, dan mongering bersamaan dengan itu pula kristal garam terbentuk. Biasanya petani garam mengirim hasilnya ke pabrik untuk pengolahan lebih lanjut.

Pabrik gula juga melakukan proses kristalisasi, tebu digiling dan dihasilkan nira, nira tersebut selanjutnya dimasukkan kedalam alat vacuum evaporator . Dalam alat ini dilakukan pemanasan sehingga kandungan air di dalam nira menguap, dan uap tersebut dikeluarkan dengan melalui pompa, sehingga nira kehilangan air berubah menjadi kristal gula.

Ketiga teknik yang lain pendinginan, penambahan senyawa lain dan reaksi kimia pada prinsipnya adalah sama yaitu mengurangi kadar pelarut didalam campuran homogeen.

Untuk membentuk kristal, fase cairan (liquid) harus melewati kondisi kesetimbangan dan menjadi lewat jenuh (untuk larutan) atau kondisi lewat dingin (untuk lelehan).Kondisi tersebut dapat tercapai melalui pendinginan di bawah titik leleh suatu komponen (misalnya air) atau melalui penambahan sehingga dicapai kondisi lewat jenuh (misalnya garam dan gula)

2.4.Mekanisme Kristalisasi

2.4.1. Supersaturasi (Super satur ated State )

 Pendinginan

Solubilitas padatan dalam cairan akan menurunseiring dengan  penurunan suhu (pendinginan) untuk larutan yang dipengaruhi

suhu.

 Penguapan solven

Konsentrasi larutan menjadi makin pekat

 Penambahan larutan lain (non solven)  Menurunkan solubilitas padatan

Gambar 1.Kurva Kelarutan (www.slideshare.net)

 Ketika suatu cairan atau larutan telah jenuh, terdapat termodinamika

yang mendorong kristalisasi. Molekul-molekul cenderung membentuk kristal karena pada bentuk kristal, energi sistem mencapai minimum.

 Selama nukleasi atau pembentukan inti kristal, molekul dalam wujud

cair mengatur diri kembali dan membentuk klaster yg stabil dan mengorganisasikan diri membentuk matriks kristal.

Gambar 2. Kristal Garam dan Larutan Garam(chemistry.stackexchange.com)

2.4.2. Nukleasi (Nucleation )

Laju nukleasi ialah banyaknya partikel baru yang terbentuk per satuan waktu per satuan volume magma atau larutan induk bebas zat  padat. Besaran ini merupakan parameter kinetic pertama yang

mengendalikan distribusi ukuran kristal. Ada beberapa pengerian nukleasi :

2.4.2.1.Nukleasi Primer

 Nukleasi ialah lahirnya suatu benda yang sangat kecil, merupakan suatu fase baru di dalam fase yang telah ada, dimana fase yang telah ada itu homogen dan lewat jenuh. Pada dasarnya fenomena nukleasi sama dengan kristalisasi dari larutan, kristalisasi dari cairan, kondensasi tetesan kabut didalam uap yang lewat dingin dan pembangkitan gelembung di dalam zat cair panas lanjut. Nukleasi merupakan akibat fluktuasi local yang berlangsung cepat pada skala molekul di dalam fase homogeny yang  berada di dalam keseimbangan metastabil. Fenomena dasarnya disebut

nukleasi homogen yang terbatas pada pembentukan partikel baru di dalam suatu fase tanpa terpengaruh oleh suatu zat padat termasuk dinding bejana atau partikel submikroskopik paling kecil sekalipun.

Variasi nukleasi homogen terjadi bila partikel zat padat asing masih mempengaruhi proses nukleasi dengan mengkatalisis laju  pertambahan nukleasi pada suatu keadaan lewat jenuh tertentu atau memberikan suatu laju tertentu pada lewat jenuh dimana nukleasi

homogeny hanya akan berlangsung sesudah memakan waktu yang lama sekali. Proses ini disebut nukleasi heterogen.

2.4.2.2.Nukleasi Sekunder

Pembentukan inti yang dapat dikatakan dipengaruhi oleh kristal-kristal mikroskopik yang sudah ada di dalam magma dinamakan nukleasi sekunder. Ada dua macam nukleasi sekunder, yang pertama disebabkan geser fluida dan tumbukan antara sesama kristal yang ada/dinding kristalisator/ impeller putar/daun agitator.

2.4.2.3.Nukleasi Geser Fluida

 Nukleasi jenis ini diketahui berlangsung pada kondisi tertentu dan diperkirakan juga berlangsung pada kondisi lain. Bila larutan lewat jenuh  bergerak dengan kecepatan agak tinggi melewati permukaan kristal yang

sedang tumbuh, tegangan geser (shear stress) pada lapisan batas dapat menyebabkan embrio atau inti tersapu dan muncul sebagai kristal baru. Inti tersebut seharusnya menjadi bagian dari kristal yang sedang tumbuh tadi.

2.4.2.4.Nukleasi Kontak

 Nukleasi sekunder dipengaruhi oleh intensitas pengadukkan, jenis ini merupakan nukleasi yang paling banyak terdapat dalam kristalisator industry Karena terjadi pada lewat jenuh rendah, dimana laju  pertumbuhan kristal adalah optimum untuk menghasilkan kualitas yang  baik. Nukleasi kontak sebanding dengan pangkat satu lewat jenuh, bukan  pangkat 20 lebih seperti nukleasi primer sehingga mudah dikendalikan tanpa mengalami operasi yang tak stabil. Dalam nukleasi dan pertumbuhan digunakan satuan mol sebagai pengganti satuan massa.

2.4.3. Pertumbuhan Kristal (Growth )

Fase ini sangat dipengaruhi oleh konsentrasi dari larutan, suhu, energi yang dipakai untuk berada pada tahap ini (misalnya agitasi) dan tambahan eksternal (memakai molekul kristal kembali

 _– 

seeding agent).

Kristalisasi dari sebuah larutan dibagi menjadi dua langkah proses. Langkah pertama adalah pemisahan fase atau kelahiran kristal baru. Kedua adalah pertumbuhan kristal kedalam ukuran yang lebih besar. Dua proses tersebut dikenal sebagai nukleasi dan crystal growth. Pertumbuhan kristal  bersama nukleasi dapat mempengaruhi ukuran kristal yang kita peroleh.

Laju pembentukan inti (nukleasi) dapat dinyatakan dengan jumlah inti yang terbentuk dalam satuan waktu. Bila laju pembentukan inti tinggi, maka kristal yang terbentuk akan semakin banyak dan terdiri dari partikel  partikel kecil. Laju pembentukan inti ini tergantung pada derajat lewat  jenuh dari larutan. Semakin tinggi derajat lewat jenuh maka semakin besar kemungkinan untuk membentuk inti baru sehingga akan semakin besar laju pembentukan inti.

Pada proses kristalisasi, kristal dan cairan induk berada pada waktu yang cukup lama sehingga mencapai keseimbangan dan cairan induk itu  jenuh pada suhu akhir proses. Perolehan kristal dapat dihitung dari konsentrasi larutan awal dan kelarutan pada suhu akhir. Jika selama proses terjadi penguapan yang cukup besar, kuantitasnya harus diketahui atau dapat diperkirakan.

Bila laju pertumbuhan kristal lambat diperlukan waktu yang agak  panjang untuk mencapai keseimbangan. Hal ini sangat besar bila larutan

itu viskos atau dimana kristal itu mengumpul di dasar kristalisator sehingga hanya sedikit saja permukaan kristal yang terkena larutan lewat  jenuh. Sehingga cairan induk akhir sangat jenuh dan perolehan yang

didapat akan lebih kecil dari hasil perhitungan dari kurva kelarutan.

Jika kristal itu bebas air perhitungan lebih sederhana karena zat  padat tidaka mengandung pelarut. Bila hasil mengandung air kristalisasi, air yang terdapat bersama kristal harus diperhitungkan karena air ini tidak terkandung didalam larutan. Data kelarutan ini biasanya diberikan sebagai  bagian massa bahan bebas air perseratus bagian dari massa pelarut total

atau dalam persen massa zat terlarut bebas air. Data tersebut tidak memperhitungkan air kristalisasi. Kunci dalam perhitungan perolehan zat terlarut bebas air ialah menyatakan semua massa dan konsentrasi sebagai

garam hidrasi dan air bebas. Oleh karena kuantitas yang terakhir ini tetap  berada dalam fase zat cair selama berlangsungnya kristalisasi, konsentrasi atau kuantitas yang didasarkan atas air bebas dapat dikurangkan untuk memberikan hasil yang benar.

2.5.Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kristalisasi a. Kondisi lewat dingin larutan

Semakin dingin larutan waktu induksi (waktu yg diperlukan sampai inti kristal terbentuk) akan semakin pendek.

 b. Suhu

Penurunan suhu akan menginduksi pembentukan kristal secara cepat. c. Sumber inti kristal

Inti yang terbentuk pada pembentukan tipe heterogen memiliki kecendrungan mempercepat kristalisasi

d. Viskositas

Ketika viskositas meningkat akibat menurunnya suhu dan meningkatnya konsentrasi larutan, proses pembentukan inti kristal akan terbatasi. Hal ini disebabkan berkurangnya pergerakan molekul  pembentuk inti kristal dan terhambatnya pindah panas sebagai energi  pembetukkan inti kristal.

e. Kecepatan Pendinginan

Pendingingan yang cepat akan menghasilkan inti kristal yg lebih  banyak dibandingkan pendinginan lambat.

f. Kecepatan agitasi

Proses agitasi mampu meningkatkan laju pembentukan inti kristal. Agitasi menyebabkan pindah massa dan pindah panas berjalan lebih efisien.

g. Bahan tambahan dan pengotor

Bahan-bahan tambahan dapat berperan untuk membantu atau menghambat pembentukan inti kristal.

h. Densitas massa kristal

Jumlah kristal yg terdapat dalam satu unit volume yg terdapat dalam larutan akan berpengaruh pada tingkat pertumbuhan setiap kristal.

2.6 Jenis Alat 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 3. Agitated Batch Crytallizer  (www.civilengineeringhandbook.tk) 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.

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 4. Penampang Swenson Walker Crystallizer(www.civilengineeringhandbook.tk)

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

Gambar 5. Crystal Cooling Crystallizer(www.katsuragi.co.jp)

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 6. Evaporator Crystallizer(www.chemicalprocessing.com) 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

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 7. Batch Vacum Crystallizer(file.scirp.org) 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

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 8. Continuous Swenson Vacum Crystallizer 

(

www.chemical-equipments.com)

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 9. 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

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 10. 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 11. Draft Tube Baffle Crystallizer

2.7 Penerapan Kristalisasi

2.7.1 Kristalisasi Karbohidrat

Salah satu aplikasi dalam bidang industri yaitu kristalisasi karbohidrat. Beberapa monosakaria dan oligosakarida mempunyai rasa manis sehingga seringkali digunakan sebagai bahan pemanis. D-fruktosa dan maltosa jagung dijual dalam bentuk kristal, tetapi merupakan bahan pemanis makanan yang  penting. Sebagi standar kemanisan dipergunakan rasa manis sukrosa. Permen dibuat dengan mendidihkan campuran gula dan air bersama dengan bahan  pewarna dan pemberi rasa. Seni membuat permen dengan daya tahan yang memuaskan terletak pada pembuatan produk dengan kadar air minimum dan dengan sedikit saja kecenderungan untuk mengkristal.

Gambar 12. Proses Kristalisasi Karbohidrat (Permen)

2.7.2 Kristalisasi Gula Tebu

Kristal gula dibuat dalam Vacuum Pans melalui proses pembesaran kristal hingga mencapai ukuran yang dikehendaki dengan cara memasukkan nira kental (syrup), gula leburan, molasses kedalam pans pada kondisi temperatus dan vacuum yang terkendali. Hasil resultan dari kristalisasi adalah berupa massecuite (campuran kristal gula dengan molasses). Tingkatan masak (kristalisasi) dilaksanakan dengan sistem ABC. Kristalisasi untuk "A" dan "B"  Massecuite dikerjakan dengan menggunakan batch pan  yang dilengkapi dengan pengaduk, sedangkan untuk "C" massecuite  dikerjakan dengan continous pan. Nira kental, leburan gula "B" dan "C" sebagai bahan masakan "A" massecuite. Bahan masakan "B" massecuite  berasal dari "A" molasses dan nira kental. Bahan masakan "C" massecuite berasal dari "B" molasses dan bibitnya menggunakan "A" molasses.

Mulai

Dimasukkan gula, air dan coklat ke dalam

panci

Dipanaskan bahan sambil diaduk dengan

pengaduk dan didihkan Diaduk campuran sampai mengental Ditambahkan Mentega tanpa adanya pengadukan Dipindahkan panci dari api. Dihindarkan

pergerakan yang tidak sesuai

Dituang ke dalam kertas lilin

Dimasukkan ke dalam kulkas dan dievaluasi

Gambar 13. Vacuum Pans Pemisahan Kristal Gula Dan Molasses

Bila satu siklus proses masak pembesaran kristal telah selesai, massecuite dari vacuum pans  kristalisasi dituangkan kedalam  strike receiver   sambil melanjutkan pertumbuhannya. Kristal gula dipisahkan dari molasses menggunakan sebuah basket berlubang yang diputar sampai pada kecepatan tertentu sehingga molasses terlepas dari kristal gula akibat gaya sentrifugal (centrifugals machine). Pemisahan "A" massecuite  menggunakan batch centrifugals  menghasilkan kristal gula SHS (produk) dan "A" moolasses. Pemisahan "B" massecuite  menggunakan continuous centrifugals  menghasilkan gula "B" dan "B" molasses, pemisahan "C" massecuite menggunakan continuous centrifugals menghasilkan gula "C" dan final molasses.

Gambar 14. Batch centrifugal dan Continuous centrifugal 2.7.3 Kristalisasi Pada Pupuk Urea

Proses pembuatan Urea dibuat dengan bahan baku gas CO2 dan liquid  NH3 yang disupply dari Pabrik Amonia. Proses pembuatan Urea tersebut dibagi

menjadi 6 unit, yaitu: (1) Sintesa Unit

Unit ini merupakan bagian terpenting dari pabrik Urea, untuk mensintesa Urea dengan mereaksikan Liquid NH3 dan gas CO2 di dalam Urea Reaktor dan ke dalam reaktor ini dimasukkan juga larutan recycle karbamat yang berasal dari  bagian Recovery. Tekanan operasi di Sintesa adalah 175 Kg/cm2 G. Hasil Sintesa Urea dikirim ke bagian Purifikasi untuk dipisahkan ammonium karbamat dan kelebihan ammonianya setelah dilakukan stripping oleh CO2.

(2) Purifikasi Unit

Ammonium karbamat yang tidak terkonversi dan kelebihan amonia di unit Sintesa diuraikan dan dipisahkan dengan cara tekanan dan pemanasan dengan dua step penurunan tekanan, yaitu pada 17kg/cm2 G dan 22,2 kg/cm2 G. Hasil  peruraian berupa gas CO2 dan NH3 dikirim ke bagian Recovery, sedangkan

(3) Kristaliser Unit

Larutan urea dari unit Purifikasi dikristalkan dibagian ini secara vacuum. Kemudian kristal ureanya dipisahkan di Centrifuge. Panas yang diperlukan untuk menguapkan air diambil dari panas sensibel larutan urea, maupun panas kristalisasi urea dan panas yang diambil dari sirkulasi Urea Slurry ke HP Absorber dari Recovery.

(4) Prilling Unit

Kristal urea keluaran Centrifuge dikeringkan sampai menjadi 99,8% berat dengan udara panas, kemudian dikirimkan ke bagian atas Prilli ng Tower untuk dilelehkan dan didistribusikan merata ke seluruh distributor, dan dari distributor dijatuhkan ke bawah sambil didinginkan oleh udara dari bawah dan menghasilkan produk urea butiran (prill). Produk urea dikirim ke bulk storage dengan belt conveyor.

(5) Recovery Unit

Gas ammonia dan gas CO2 yang dipisahkan dibagian purifikasi diambil kembali dengan 2 step absorbsi dengan menggunakan mother liquor sebagian absorbent kemudian di-recycle kembali ke bagian sintesa.

(6) Proses Kondensat Treatment Unit

Uap air yang menguap dan terpisahkan dibagian kristaliser didinginkan dan dikondensasikan. Sejumlah kecil urea, NH3, dan CO2 ikut kondensat kemudian diolah dan dipisahkan di stripper dan hydrolizer. Gas CO2 dan gas  NH3-nya dikirim kembali ke bagian purifikasi untuk di-recover. Sedang air

BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang didapatkan adalah sebagai berikut.

1. Kristalisasi dilakukan untuk memisahan zat padat dari larutannya dengan  jalan menguapkan pelarutnya dimana titik bekunya lebih tinggi daripada

titik didih pelarut.

2. Senyawa volatil memiliki titik didih yang lebih rendah dibandingkan senyawa non volatil titik dan titik beku senyawa volatil lebih tinggi (lebih negatif) dibandingkan senyawa volatil sehingga senyawa volatil sangat sulit untuk mengalami kristalisasi.

3. Prinsip dasar kristalisasi adalah pemisahan pelarut dari zat terlarutnya dalam sebuah campuran homogen atau larutan dengan cara penguapan,  pendinginan, penambahan senyawa lain dan reaksi kimia.

4. Mekanisme kristalisasi yaitu supersaturasi, nukleasi, dan pertumbuhan kristal.

5. Faktor-faktor yang memengaruhi kristalisasi adalah kondisi lewat dingin larutan, suhu,sumber inti kristal, viskositas, kecepatan pendinginan, kecepatan agitasi, bahan pengotor, dan densitas massa kristal.

6. Penerapan kristalisasi dalam kehidupan sehari-hari misalnya dalam  pembuatan garam dan pembuatan permen.