BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar BelakangDalam teknik kimia kristalisasi dilakukan dalam alat pengkristal.
Kristalisasi adalah suatu unit operasi teknik kimia dimana senyawa kimia dilarutkan dalam suatu pelarut (solvent) dan pada kondisi tertentu akan terpresipitasi dan terpisah di antara fasa. Sejak dahulu kala NaCl ditemukan pada permukaan bebatuan setelah mengalami pemanasan matahari. Contoh proses kristalisasi yang lain dalam industri meliputi produksi garam dapur, gula, sodium sulphat, urea, dan lain-lain.
Teknologi kristalisasi berkembang dengan cepat akhir-akhir ini. melalui tangki sederhana dimana pendinginan, penguapan, dan mungkin melalui pengaturan pH, Kristal terbentuk pada proses kristalisasi larutan dipekatkan dan didinginkan sampai konsentrasi zat terlarut melewati kelarutannya (supersaturation) pada suhu yang bersangkutan. Zat terlarut akan keluar dari larutan dan membentuk zat padat (Kristal/hablur) dalam keadaan yang hampir murni. Proses kristalisasi adalah salah satu teknik pemisahan padat-cair yang sangat penting dalam industri, karena dapat menghasilkan kemurnian produk hingga 100%.
Di dalam industri, bahan-bahan yang digunakan tidak jarang merupakan bahan berat sehingga tidak dapat dijangkau dengan tenaga manusia dan terkadang berbahaya apabila terjadi kontak langsung dengan manusia. Untuk itu diperlukan tempat penyimpanan bahan dan juga alat transportasi khusus untuk mengangkut bahan-bahan tersebut mengingat keterbatasan kemampuan tenaga manusia baik itu berupa kapasitas bahan yang akan diangkut maupun keselamatan kerja dari karyawan.Selain storage dan alat transportasi zat padat, feeder juga berperan penting dalam industri. Feeder diperlukan untuk membantu proses masuk nya umpan dalam proses industri. Selain bahan berbentuk gas dan cair, padatan juga memiliki alat pengumpan (feeder) dengan spesifikasi sendiri-sendiri.Oleh karena itu makalah ini dibuat untuk lebih mengetahui dan memahami proses penangan
zat padat dalam dunia teknik kimia. Dalam makalah ini akan dibahas beberapa hal mengenai alat-alat yang telah dijelaskan sebelumnya.
Dalam industri kimia, transportasi merupakan proses pengangkutan bahan mentah dan energi dalam jumlah besar ke pabrik dan ke dalam peralatan, atau pengangkutan produk-produk dan limbah ke luar pabrik. Berdasarkan keadaan agregat dari bahan, transportasi dibedakan: transportasi bahan padat dan transportasi fluida (cair dan gas). Dalam suatu industri, pemindahan bahan baik bahan mentah (raw material), bahan setengah jadi (intermediate product), maupun bahan jadi (product) merupakan persoalan yang cukup penting untuk efisiensi dan efektifitas secara keseluruhan proses. Bermacam-macam peralatan transportasi diperlukan guna pemindahan bahan ini namun didalam bab ini hanya dibahas peralatan transportasi bahan padat, khususnya menggunakan belt conveyor, screw conveyor, dan bucket conveyor.
Secara Universal di dalam industri, bahan - bahan material terdapat berbagai jenis yang terkadang sangat berat sehingga berbahaya bagi manusia.
Untuk itu diperlukan alat transportasi untuk mengangkut bahan - bahan tersebut mengingat keterbatasan kemampuan tenaga manusia. Bahan yang diangkut dipengaruhi kapasitas bahan, jenis bahan dan tujuan pengangkutan. Alat pengangkut bertujuan untuk memudahkan kita dalam pemindahan suatu zat.
Salah satu jenis alat pengangkut yang sering dugunakan dalam industry adalah conveyer yang berfungsi unuk mengangkut bahan-bahan padat. Pemilihan alat pengangkut (conveying equipment) material padatan bergantung pada: kapasitas material yang ditangani.jarak perpindahan material, kondisi pengangkutan : horizontal; atau vertical, ukuran (size), bentuk (shape) dan sifat material (properties), harga peralatan tersebut.
22 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah yang akan dibahas dalam makalah ini adalah : 1. Apa yang dimaksud dengan kristalisasi?
2. Apa saja jenis-jenis dari kristalisasi?
3. Bagaimana mekanisme pembentukan kristal?
4. Apa saja syarat-syarat kristalisasi?
5. Apa saja yang mempengaruhi proses kristalisasi?
6. Apa saja jenis-jenis alat cristalyzer?
7. Bagaimana prinsip kerja alat cristalyzer?
8. Apa yang dimaksud dengan alat transportasi bahan padat?
9. Apa saja jenis-jenis alat transportasi bahan padat?
10. Bagaiman prinsip kerja dari alat transportasi bahan padat?
2.3 Tujuan Penulisan
Tujuan utama dari penulisan makalah ini adalah untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Pengenalan Pabrik yang selanjutnya akan digunakan dalam proses belajar mengajar. Selain itu penulisan makalah ini juga dimaksudkan untuk memberikan informasi secara komprehensif kepada pembaca mengenai crystalizer dan alat transportasi bahan padat.
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Crystalizer 2.1.1 Kristalisasi
Kristalisasi (crystallization) merupakan peristiwa pembentukan kristal-kristal padat dalam suatu fase homogen. Baik itu dalam pembuatan partikel padat didalam uap seperti dalam hal pembuatan salju atau pembuatan partikel padat didalam lelehan cair sebagai mana dalam pembuatan kristal tunggal yang besar maupun kristalisasi dari larutan cair misalnya pembuatan garam.
Prinsip dari kristalisasi adalah bahwa senyawa padat akan mudah terlarut dalam pelarut panas bila dibandingkan pada pelarut yang lebih dingin. Jika suatu larutan senyawa tersebut dijenuhkan dalam keadaan panas dan kemudian didinginkan,senyawa terlarut akan berkurang kelarutannya dan mulai mengendap, membentuk kristal yang murni dan bebas dari pengotor. Kemurnian zat ini disebabkan oleh pertumbuahan kristal zat telarut, sehingga za-zat ini dapat dipisahkan dari pengotornya.
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.
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 homogen. Kristal merupakan suatu benda mati yang terorganisasi dan dibentuk oleh partikel-partikel (yang bisa berupa atom, molekul atau ion) tersusun dalam suatu susunan tiga dimensi yang beraturan. Bentuk kristal dapat berupa polyhedron yang mempunyai sudut- sudut tajam dan sisi yang rata, bentuk ini dapat terbentuk jika kristal dibiarkan sehingga permukaannya tidak mendapat gangguan dari kristal lain atau benda luar.
Tujuan dari proses kristalisasi adalah untuk mendapatkan produk (hasil) dengan derajat kemurnian yang tinggi, selain itu bentuk serta ukurannya juga turut menentukan kualitas kristal hasil. Ini semata-mata diperlukan untuk:
Kemudahan filtrasi (penyaringan) pencucian.
Pelaksanaan reaksi dengan bahan kimia lain.
Kemudahan dalam proses pengangkutan dan penyimpanan.
Selain itu ciri suatu kristal yang baik yaitu:
Kristal harus kuat
Tidak menggumpal
Memiliki ukuran seragam
Tidak melekat dalam kemasan. Sehingga CSD (crystal size distribution) distribusi ukuran kristal harus dikendalikan dengan ketat.
2.1.2 Jenis Kristalisasi
Kristalisasi ada empat macam, yaitu : 1. Kristalisasi penguapan
Kristalisasi penguapan dilakukan jika zat yang akan dipisahkan tahan terhadap panas dan titik bekunya lebih tinggi daripada titik didih pelarut.
2. Kristalisasi pendinginan.
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.
3. Pemanasan dan Pendinginan
Metode ini merupakan gabungan dari dua metode diatas. Larutan panas yang Jenuh dialirkan kedalam sebuah ruangan yang divakumkan.
Sebagian pelarut menguap, panas penguapan diambil dari larutan itu sendiri, sehingga larutan menjadi dingin dan lewat jenuh. Metode ini disebut kristalisasi vakum.
4. Penambahan bahan (zat) lain.
Untuk pemisahan bahan organic dari larutan seringkali ditambahkan suatu garam. Garam ini larut lebih baik daripada bahan padat yang dinginkan sehinga terjadi desakan dan membuat bahan padat menjadi terkristalisasi.
Pembentukan kristal dapat juga terjadi bila suatu larutan telah melampaui titik jenuhnya. Titik jenuh larutan adalah suatu titik ketika penambahan partikel terlarut sudah tidak dapat menyebabkan partikel tersebut melarut, sehingga terbentuk larutan jenuh. Larutan jenuh adalah larutan yang mengandung jumlah maksimum partikel terlarut pada suatu larutan pada suhu tertentu. Contohnya adalah NaCl ketika mencapai titik jenuh maka akan terbentuk kristal. Berkurangnya air karena penguapan, menyebabkan larutan melewati titik jenuh dan mempercepat terbentuknya kristal.
2.1.3 Mekanisme Pembentukan Kristal
Mekanisme pembentukan kristal terbagi menjadi dua tahapan,yaitu:
1. Pembentukan Inti
Inti kristal adalah partikel-partikel kecil bahkan sangat kecil yang dapat terbentuk secara cara memperkecil kristal-kristal yang ada dalam alat kristalisasi atau dengan menambahkan benih kristal ke dalam larutan lewat jenuh.
2. Pertumbuhan Kristal
Pertumbuhan kristal merupakan gabungan dari dua proses yaitu :
• Transportasi molekul-molekul atau (ion-ion dari bahan yang akan di kristalisasikan) dalam larutan kepermukaan kristal dengan cara difusi. Proses ini berlangsung semakin cepat jika derajat lewat jenuh dalam larutan semakin besar.
• Penempatan molekul-molekul atau ion-ion pada kisi kristal. Semakin luas total permukaan kristal, semakin banyak bahan yang di tempatkan pada kisi kristal persatuan waktu.
2.1.4 Syarat-Syarat Kristalisasi
Kristalisasi dapat terjadi apabila telah memenuhi syarat-syarat berikut:
1. Larutan harus jenuh
Larutan yang mengandung jumlah zat berlarut berlebihan pada suhu tertentu, sehingga kelebihan itu tidak melarut lagi. Jenuh berarti pelarut telah seimbang zat terlarut atau jika larutan tidak dapat lagi melarutkan zat terlarut, artinya konsentrasinya telah maksimal jika larutan jenuh suatu zat padat didinginkan perlahan-lahan, sebagian zat terlarut akan mengkristal, dalam arti diperoleh larutan super jenuh atau lewat jenuh 2. Larutan harus homogen
Partikel-partikel yang sangat kecil tetap tersebar merata biarpun didiamkan dalam waktu lama.
3. Adanya perubahan suhu
Penurunan suhu secara drastis atau kenaikan suhu secara dratis tergantung dari bentuk kristal yang didinginkan.
2.1.5 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
konsentrasi yang tinggi
pemberian kristal halus sebagai bibitan 2. Hasil Kristalisasi
Hasil kristalisasi tergantung dari prosesnya. Apabila proses k r i s t a l i s a s i b e r j a l a n c e p a t m a k a k r i s t a l y a n g t e r j a d i h a l u s . 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 l a r u t d a n k r i s t a l y a n g b e r s i f a t h i d r o s k o p i s . U n t u k i n i l e b i h b a i k 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 m e n g g u n a k a n p e n g u a p a n d i s e r t a i p e n d i n g i n a n a t a u d e n g a n memakai vacuum.
5. Uniformity (keseragaman ukuran)
Kristal yang uniform dapat diperoleh dengan menambahkan kristal 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 t e r h a d a p k r i s t a l t e r s e b u t . D i s a m p i n g i t u k r i s t a l y a n g u n i f o r m menunjukkan bahwa proses pembuatanyya sangat teliti sehingga akan lebih menarik.
2.1.6 Parameter yang Mempengaruhi Terbentuknya Inti Kristal 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 yang 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 yang terdapat dalam satu unit volume yang terdapat dalam larutan akan berpengaruh pada tingkat pertumbuhan setiap kristal.
2.1.7 Kristalisasi dalam Bentuk Pangan
Salah satu unsur pembentuk struktur dalam bahan atau produk pangan adalah kristal. Berbagai produk pangan seperti permen dan cokelat mengandung struktur dalam bentuk kristal. Komponen bahan pangan yg terutama berperan membentuk kristal adalah air, gula, alkohol, lemak, dan pati.
Produk pangan yang mengandung kristal
Prinsip pembentukan kristal adalah :
Kondisi lewat jenuh untuk suatu larutan seperti larutan gula atau garam
Kondisi lewat dingin untuk suatu cairan atau lelehan (melt) seperti air atau lemak.
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
