Kuliah#01 - Ekstraksi Cair-Cair (LLE) Dan Padat-Cair (Leaching)

Ekstraksi

Ekstraksi

cair

cair

-

-

cair

cair

(LLE –

Liquid-Liquid-Extraction)

Setijo

SetijoBismoBismo

Pendahuluan dan Definisi :

• Disebut Ekstraksi Cair-Cair (LLE) adalah karena

peristiwa pemisahan komponen dari suatu campuran

cair dengan cara pengontakan pada cairan lain (baru)

• Disebut juga sebagai Ekstraksi Cair atau Ekstraksi

Pelarut (solvent extraction)

• Merupakan peristiwa pemisahan komponen sebagai

zat terlarut (solute) berdasarkan perbedaan kelarutan

( sifat fisika)

Pemilihan Pelarut (

Solvent

):

• Selektivitas, yaitu kemampuan pelarut untuk melarutkan komponen yang

dikehendaki. Selektivitas umumnya ditentukan berdasarkan

parameter-parameter di bawah ini:

• Koefisien distribusi, terjadi pembagian kelarutan komponen

• Ketidaklarutan pelarut (lama), pada pelarut baru

• Kemudahan digunakan kembali (recoverability)

• Densitas, dengan perbedaan tidak terlalu besar

• Tegangan permukaan, tidak terjadi emulsi

• Reaktivitas kimia, tidak ada reaksi kimia (terutama yang dominan)

• Viskositas, berpengaruh pada tekanan uap dan titik beku

Operasi Ekstraksi:

(Digunakan untuk berbagai macam operasi pemisahan/pemurnian)

• U, Zr, Hf, Th, Lantanida, Ta, Nb, Co, Ni

• Umumnya separasi tahap jamak

• Pada dasarnya, “ion logam non-kompleks” tidak

larut di dalam fasa organik

• Pembentukan “ion logam kompleks” oleh

gugus-fungsi organik, sehingga dapat diekstraksi dalam

fasa organik

Reaksi

Reaksi

Ekstraksi

_Ekstraksi

(Pembentukan Kompleks)

• Ligand pada fasa organik membentuk

kompleksi ion logam pada fasa cairnya

Pemilihan kondisi berikut akan menentukan ion

logam spesifik:

Kondisi oksidasi

Jari-jari ionik

Stabilitas terhadap extracting ligands

• Fasa-fasa kemudian dipisahkan

• Logam metal dipisahkan dari fasa organik

dengan

7 Efek konsentrasi HNO3 pada ekstraksi “Uranil Nitrat” dengan TBP

Reaksi Pembentukan Kompleks

• Tri n-butyl Phosphate (TBP)

– (C

₄

H

₉

O)

₃

P=O

– Resonansi ikatan tak-jenuh antara P dan O

– UO

₂2+

(aq)

+ 2NO

3-(aq)

+ 2TBP

(org)



UO

₂

(NO

₃

)

₂.

_2TBP

(org)

– Demikian juga untuk ekstraksi Pu

4+

• Thenoyltrifluoroacetone (TTA)

S O O CF₃ S O OH CF₃ S O OH CF₃ HO

TTA (Thenoyltrifluoroacetone)

• Reaksi Umum:

– M

z+

(aq)

+ zHTTA

(org)

 M(TTA)

z(org)

+ H

+

(aq)

– Bagaimana dengan “tetapan kesetimbangan” ?

 Problem dengan LLE ??

• Limbah

• Degradasi Ligand

• Pembentukan “Fasa Terner”

• Problem Kelarutan (Solubility)

Alat-alat utama dan Tahapan

1.

Pencampuran atau mengkontakkan antara

campuran dengan solven

2.

Pemisahan 2 fasa yang terbentuk

3.

Pengambilan kembali (removal and recovery)

solven dari tiap fasa yang terbentuk

Pencampuran (Mixer)

Ekstrak E

Rafinat R

Solven

Campuran

Pemisahan (Separator)

Sistem kontak ganda

Pemisahan

(Separator)

1

Ekstrak 1

Rafinat 1

Solven

Campuran

Pencampuran

(Mixer)

1

Pemisahan

(Separator)

2

Ekstrak 2

Rafinat 2

Solven

Pencampuran

(Mixer)

2

Jenis Interaksi Komponen-Pelarut

1. Fisika

2. Kimiawi:

A. Melibatkan

pertukaran kation

, contoh: ekstraksi logam

dengan asam karboksilat (RCOOH)

B. Melibatkan

pertukaran anion

, contoh: ekstraksi metal

dengan amina (RNH2)

C. Yang melibatkan pembentukan senyawa aditif, contoh:

ekstraksi dengan senyawa organo-phosphor

Aplikasi Ekstraksi dalam Industri

Ekstraksi banyak digunakan sebagai operasi

komplementer (pelengkap), selain distilasi.

Ekstraksi diperlukan terutama:

Bila proses distilasi akan membutuhkan panas dalam

jumlah terlalu besar, contoh: bila volatilitas relatif

mendekati satu

Bila pembentukan azeotrop menghambat pemisahan

yang menggunakan distilasi

Bila ingin menghindari pemanasan terhadap suatu zat

Bila komponen yang hendak dipisahkan sangat berbeda

sifat-sifatnya (kelarutan)

Beberapa

Beberapa

Contoh

Contoh

Ekstraksi

Ekstraksi

Dalam produksi bahan bakar pada industri nuklir, proses cairan-cairan coal tar, dan terutama pada pemisahan hidrokarbon pada industri petrokimia

Pemisahan aromatik dari minyak bakar berbasis kerosene untuk meningkatkan kualitas pembakaran

Pemisahan aromatik dari senyawaan parafin atau nafta untuk meningkatkan karakter viskositas-suhu suatu minayk pelumas

Pengambilan senyawa relatif murni seperti benzena, toluen dan xylene dari reformat yang dihasilkan secara katalitis pada industri

Produksi asam asetat anhidrat

Ekstraksi phenol dari larutan coal tar

Pemurnian penicilin (dari senyawaan lain sebagai hasil fermentasi yang sangat kompleks)

Pada industri bioteknologi (biokimia) diperlukan ekstraktan (solven) yang sangat “lembut” dan khusus (misal: campuran air - polyethylene glycol – phosphat)

mengingat banyak solven organik dapat mendegradasi bahan-bahan yang sensitif (seperti protein)

Ekstraksi dengan Fluida Superkritis

• Penggunaan fluida superkritis (atau mendekati

superkritis), yaitu gas atau cairan di atas titik kritis

• Untuk pemisahan campuran komponen jamak dengan

memanfaatkan perbedaan:

– volatilitas komponen (seperti pada distilasi)

– Interaksi spesifik antar komponen (kelarutan)

• Menarik karena:

– Banyak gas-gas menunjukkan daya larut yang sangat baik bila

ditekan (tekanan dinaikkan) melebihi titik kritisnya

– Energi yang digunakan pada distilasi relatif lebih mahal

– Peraturan yang mendorong penggunaan bahan ramah

lingkungan serta tidak beracun (mereduksi penggunaan

Pembuatan Diagram Fasa

Solven 1 (Cth: Isopropyl - Eter) Solven 2 (Cth: Air) Solven 1

(Cth: Methyl isobutil ketone MIK)

Solven 2 (Cth: Air) Asam

Cuka

Tie Line

• Tie line adalah garis yang menghubungkan satu

titik pada rafinat dan pada extraktan

• Campuran yang komposisinya terletak dalam tie

line akan memiliki kesetimbangan sama yaitu

pada kedua titik diujung tie line

• Tie line dibuat dengan cara membiarkan suatu

campuran yang diketahui komposisinya

Latihan mandiri 1

Suatu campuran dengan komposisi air 60

kg, ether 30 kg dan asam cuka 10 kg

hendak dipisahkan dengan metode.

Buatlah:

- Diagram fasa berdasar tabel A3-24,

- Kesetimbangan pada dua fasanya

Jawaban LM 1

• Buatlah terlebih dahulu kesetimbngan 2

fasanya,

• Buatlah tie linenya

• Tentukan komposisi campuran yang

diketahui (M)

• Tariklah tie line utk titik M yang paling

sesuai (pendekatan grafis)

Efek Suhu

t

₁

Suhu

t

₂

t

₃

t

₄

t

₁

t

₂

t

₃

t

₄

Ekstraksi Kesetimbangan

Satu tahap

• Counter current satu tahap seperti dilukiskan pada

gambar sebelah kiri bawah ini tidaklah ada dalam

aplikasinya (bisa anda jelaskan mengapa?). Namun

berguna dalam memahami neraca masa perhitungan

selanjutnya

Campuran

Rafinat R

Ekstrak E

L

₀

L

₁

V

₁

V

₂

L + V = M

L.x

_A

+ V.y

_A

= M.x

_AM

L.x

_C

+ V.y

_C

= M.x

_CM

L0 + V2 = L1 + V1 = M

L.x

_A

+ V.y

_A

= M.x

_AM

L.x

_A

+ V.y

_A

= M.x

_AM

L.x

_A

+ V.y

_A

= M.x

_AM

L.x

_C

+ V.y

_C

= M.x

_CM

Ekstraksi jamak

M

L

₀

1.

Buatlah garis yang menghubungkan V

_N+1

,

M dan L

₀

2.

Buat garis yg menghubungkan L

_N

dan V

_N+1

3.

Buat pertemuan kedua garis tsb (1 & 2) > 

4.

Buat tie line yg mengenai M,

5.

Pada sisi amplop fasa > L

₁

& V

₁

6.

Hubungkan L

₁

dengan

, perpotongan pada

satu sisi amplop menjadi V

₂

7.

Buat tie line kedua dari V

₂

,

8.

Dst sampai melewati L

_N

,

9.

Jumlah tahap = jumlah garis yg menemui



L

_N

V

_N+1



L

₁

V

₁

V

₂

Ekstraksi Diferensial

• Proses kontinyu

• Umpand dan pelarut

mengaliri satu sama lain

• Satu fasa terdispersi

dalam fasa lainnya

• Kontak dan pemisahan

terjadi dalam satu unit

• Fasa-fasa tsb tdk pernah

berada dalam

kesetimbangan kecuali

secara lokal saja, yaitu

pada antarmuka

Rafinat

Ekstrak

Solvent

Differential extractors

Extracting solvent Raffinate Feed Extract Feed Extracting solvent Extract Raffinate Feed Extracting solvent Extract Raffinate Feed Extract Extracting solvent Raffinate

Transport zat terlarut pada ekstraksi

Feed

Extracting solvent Raffinate

Raffinate

side film

Extract

side film

Raffinate Extract Extract side film Raffinate side film Interface Concentration profile x xi y_i y

Transport zat terlarut pada ekstraksi

i

i

Kx

y



)

(

)

(

x

x

k

y

y

k

N

_S



_H



_i



_L

_i



dz

a

x

x

k

dx

Q

_H



_H

(



_i

)

z

Q

a

k

x

x

dx

H

H

x

x

i



















0

H

H

h

NTU

z



Transport zat terlarut pada ekstraksi

L

L

h

NTU

z



L

L

H

H

OH

h

KQ

Q

h

h

_















H

H

L

L

OL

h

Q

KQ

h

h

_















System Ekstraksi Otomatis

• Separasi berdasarkan densitas

– Organic usually lower density than water

• Chlorinated hydrocarbons tend to be denser than

water

– Need to achieve phase separation before

solution extraction