Liquid Extraction

5/19/2018 Liquid Extraction

1/38

EKSTRAKSI ZAT CAIR

Pendahuluan

Liquid ekstraksi disebut ekstrasi solvent. Liquid ekstraksi merupakan

pemisahan konstituen terlarut dalam cairan/liquid melalui kontak dengan liquid yang

tidak larut. Sebagai contoh: larutan asam asetat dalam air diagitasi dengan ethyl

acetate. Sebagai asam asetat dan sedikit air memasuki fasa ester. Pada

kesetimbangan, densitas aqueous layer dan ester layer berbeda sehingga bisa

dipisahkan jika agitasi dihentikan. asio asam asetat terhadap air dalam ester layer

berbeda dengan rasio asam asetat terhadap air dalam larutan a!al dan juga

berbeda dengan rasio asam asetat dalam residual liquid, sehingga terjadi derajat

pemisahan "stage!ise contact#.

Larutan yang diekstraksi disebut feed "umpan#$ liquid yang berkontak dengan

feed disebut solvent. Produk yang kaya solvent disebut dengan e%tract, dan residual

liquid disebut raffinate. &ouble'solvent atau fractional e%traction digunakan untuk

memisahkan dua solute. (isalnya : campuran p'dan o'nitroben)oic acid dipisahkan

dengan mendistribusikan kedua senya!a ini di antara campuran insoluble liquid

chloroform dan air. *hloroform melarutkan para isomer dan air melarutkan ortho

isomer.

+kstraksi liquid menghasilkan larutan baru yang dapat dipisahkan melalui

distilasi atau evaporasi. Pemisahan asam asetat dari larutan encer dengan air dapat

dipisahkan dengan mudah melalui ekstraksi menggunakan solvent dan dilanjutkan

dengan distilasi e%tract, sedangkan proses pemisahan dengan distalasi langsung

sulit dilakukan. Penggunaan ekstraksi dilakukan sebagai pengganti metode kimia.

(isalnya: tembaga dan senya!a anorganik seperti asam posfat dapat dimurnikan

malalui ekstraksi. +kstraksi digunakan jika metoda lain tidak dapat digunakan.

(isalnya hidrokarbon aromatik dan parafinik dengan berat molekul yang hampir

sama sulit dipisahkan dengan distilasi, tetapi dapat dipisahkan dengan solvent

seperti sulfur dioksida cair, diethylene glycol atau sulfolane. +%tractive &istillation

digunakan untuk ekstraksi fasa uap dengan solvent, sedangkan Liqiud +%traction

digunakan untuk ekstraksi fasa liquid. Sebagai contoh : pemisahan penicillin dalam

campuran yang kompleks melalui liquid ekstraksi.


2/38

Liquid +kstraksi / Solvent +%traction adalah pemisahan konstituen dari larutan

melalui kontak dengan )at cair yang tidak larut "insoluble liquid#.

*ontoh : Larutan asam asetat didalam air dicampur dengan ethyl acetate kemudian

diaduk, asam asetat akan larut didalam ethyl acetate sebagai extract,

sedangkan asam asetat didalam air disebut dengan raffinate.

Istilah :

eed - Larutan yang akan diektraksi

Pelarut - Solvent

+%tract - Solvent rich product

affinate - esidual Liquid

Ekstraksi dengan Solvent ganda (ou!le Solvent" :

E

RafnateUmpan

ExtractPelarut


3/38

+kstraksi dengan solvent ganda digunakan untuk memisahkan dua komponen

didalam campuran dengan dua pelarut.

Pe#ilihan $i%uid Extraction :

# 0ntuk pemisahan yang sulit dilakukan dengan distilasi, liquid e%traction lebih

menguntungkan.

*ontoh : Pemisahan asam asetat dari larutan encer

1# Sebagai alternative pemisahan dengan distilasi pada kondisi vakum dengan

temperature yang sangat rendah.

*ontoh : Long'*hain fatty acids dapat dipisahkan dari vegetable oils dengan

pelarut propane cair.

Chloroorm +p-n.acidCampuran

Water +o-n.acid

P-dan o-Nitrobenzoic

acid

Chloroorm water


4/38

Keseti#!angan &at cair'

2esetimbangan terjadi antara affinate dan ekstrak.

otasi :

3 - 4nsoluble liquids

5 - 4nsoluble liquids "Solvent#

* - &istribute Solute

+ - (assa/!aktu larutan + "+%tract#

- (assa/!aktu larutan "affinate#

5 - (assa/!aktu pelarut 5

5esaran bebas pelarut "5'free# dinyatakan oleh huruf )ri#e'

+6 - (ass 5'free Solution/time

+ - +6 "78+#

% - 5erat fraksi * dalam raffinate

y - 5erat fraksi * dalam e%tract

%6 -Raffinatedalamcnonmassa

cmassa

x

x

=

1

y6 -Extractdalamcnonmassa

cmassa

y

y

=

1

% -

BbebasbasispadaraffinedalamcfraksiBeratcmassaAmassa

cmassa=

+

y -

BbebasbasispadaextractdalamcfraksiBeratcmassaAmassa

cmassa=

+


5/38

8 - 5erat fraksi 5 pada basis bebas 5

-cmassaAmassa

Bmassa

+

2onsentrasi sistem ternary "9 komponen# digambarkan pada equilateral triangular

koordinat:

arak tegak lurus dari dasar 35 ke titik 2 - Persentase * dalam campuran.

arak tegak lurus dari dasar 3* ke titik 2 - Persentase 5 dalam campuran.

arak tegak lurus dari dasar 5* ke titik 2 - Persentase 3 dalam campuran.

;itik & merupan campuran biner yang terdiri dari 1< = 5 dan >< = 3.

RM

ME

xx

xx

RMbaris

MEbaris

E

R

== "#


6/38

(i%ture ule .

ika kg campuran ditambahkan + kg campuran, campuran ditunjukkan pada

garis lurus + pada titik (:

RM

ME

xx

xx

RMbaris

MEbaris

E

R

== "#

?aris L - berat fraksi * dalam - %

?aris (@ - berat fraksi * dalam ( - %(

?aris +; - berat fraksi * dalam + - %+

8eraca massa total:


7/38

7 + - ( "1#

8eraca *

"garis L# 7 + "garis +;# - ( "garis (@# "9#

Mx

xExRxMxExR

M

ER

MER =+

=+ "A#

RM

ME

xx

xx

RLLineMOline

MOLineETline

E

R

=

= "B#

RM

ME

xx

xx

RMline

MEline

PSline

EPline

E

R

===

Siste# cairan * ko#)onen

Pada sistem cairan 9 komponen "3, 5 dan *#, 3 dan 5 bercampur

sebagian sedangkan * larut sempurna dalam 3 dan 5.


8/38

?ambar = distribusikoefisienx

y.

?ambar


9/38

liquid sebaiknya dilakukan diba!ah temperatur tA agar terjadi pemisahan antara

raffinate dan ekstract.


10/38

Dubungan kesetimbangan dapat digambar secara grafik antara %, y versus fraksi

berat 5.

2oordinat lain dapat digambarkan dengan plot antara

)(,)( CAkg

CkgyxersusCAkg

Bkg!

+=

+=


11/38

&an dapat diproyeksi ke grafik E versus F.

+ixture Rule

PM"aris

!P"aris

xx

xx

yy

yy

!

M

MP

P!

MP

P!=

=

=

'

'"G#


12/38

,aktor Pe#ilihan Solvent

-' Selectivit.

(enunjukkan efektifitas solvent 5 untuk memisahkan larutan 3 dan * menjadi

komponen'komponennya.

( )( )

)(

)(*

//

EdalamAfraksiberatx

RdalamAfraksiberaty

RdalamAfraksiberatRdalamCfraksiBeratEdalamAfraksiberatEdalamCfraksiBerat

R

=

=

"H#

pemisa#anter$aditidak

ter$adipemisa#an

=

>

1

1

/' Koefisien istri!usi

dibutu#kanyangsolent$umla#mengurangi%

gankesetimbanpadaxy%

>

=

1

/*

*' Ketidaklarutan Solvent

2emampuan untuk mengekstrak )at terlarut adalah besar

0' Ke#a#)uan untuk #e#)eroleh ke#!ali solvent


13/38

1' +e#)un.ai )er!edaan !erat 2enis dengan A

3' Tegangan #uka harus !esar agar )e#isahan e#ulsi da)at ter2adi

4' Sta!il terhada) reaksi ki#ia

5' rendah6 P ua) rendah dan titik !eku rendah untuk ke#udahan

)engolahan dan )en.i#)anan

7' Tidak !eracun8tidak ter!akar dan !ia.a #urah

Peralatan Ekstraksi

Setiap tingkat peralatan ekstraksi terdiri dari mi%er "untuk pencampur antara

solvent dan campuran yang akan dipisahkan# dan settler "untuk memisahkan

e%tract dan raffinate phase yang berada pada kesetimbangan#

Satu ;ingkat

ixer

Extract ! " C #eed

Rafnate$ol%ent

&

$ettler


14/38

Penggunaan multi tingkat e%traksi tergantung pada konsentrasi * yang diinginkan

pada akhir stage.


15/38

Ekstraksi Satu Tingkat

0mpan yang terdiri dari 3 dan * pada Ef "fraksi berat *# dikontakkan dengan

Solvent dengan massa Satau massa / !aktu yang mengandung konsentrasi *, ys

menghasilkan kesetimbangan ekstrak +dan afinat .


16/38

0mpan yang terdiri dari 3 dan * pada Ef "fraksi berat *# dikontakkan dengan

Solvent dengan massa Satau massa / !aktu yang mengandung konsentrasi *, ys

menghasilkan kesetimbangan ekstrak +dan afinat .

;itik & - minimum Solvent

? - 4nfinite amount of Solvent

2 - ma%imum amount of Solvent

L - 4nfinitesmal amount of raffinate

(aterial 5alance "total#

1111 REMS& +==+ ">#

* balance :

111 Ms& xMyS&x =+ "I#

1

1

1M

yS&xx s&M

+=

(i%ture ule :

sM

M&

yx

xx

&

S

=

1

11"


17/38

( )

( )11

111

1xy

xxME M

= "A#

Catatan :

Perhitungan dua pasang cairan tidak melarutkan atau dengan pelarut padat dapat

menggunakan perhitungan yang sama.

.

+ultistage Crosscurrent Extraction

Proses dapat dilakukan secara batch atau kontinyu. afinate yang keluar dari

stage dapat diekstraksi pada stage kedua dan raffinate keluar stage 1

diekstraksi pada stage ke 9. Pada setiap stage ditambahkan fresh solvent

dengan jumlah yang sama atau berbeda. ;emperatur pada masing'masing

stage dapat berbeda dan perhitungan menggunakan diagram fase pada

temperatur tertentu. +%tract yang keluar dari setiap stage bergabung menjadi

composited e%tract. Perhitungan dapat dilakukan menggunakan triangular

atau solvent'free coordinates.


18/38

(aterial 5alance untuk stage pertama:

1111 REMS& +==+ "B#

* balance :

1111111 xRyExMyS&x Ms& +==+ "G#

+aterial 9alance untuk stage ke n:

;otal balance : nnnnn REMSR +==+1 "H#

* balance : nnnnMnnsnnn 'RyE'MySxR +==+ 11 ">#

ntuk solvent;free coordinates


19/38

3 7 * balance : ''''

1

'

nnnnn REMSR +==+ "I#

* balance :nnnnMnnsnnn 'RyE'MySxR

''''

11

'+==+

"1


20/38

6.42 91.7 1.9 1.93 1.0 97.1

13.30 94.4 2.3 4.82 1.9 93.3

25.50 71.1 3.4 11.40 3.9 84.7

36.70 58.9 4.4 21.60 6.9 71.5

44.30 45.1 10.6 31.10 10.8 58.1

46.40 37.1 16.5 36.20 15.1 48.7

Stage -:

-


21/38

+- A< "A.A# - G.>> kg.

+%tract komposit - +7 +17 +9- A9.G 7 AG.9 7 AB.H - 9B.G kg

2andungan asam asetat dalam e%tract - +y7 +1y17 +9y9 - 9. kg.


22/38

ika ekstraksi dilakukan untuk memperoleh konsentrasi raffinate akhir % -


23/38

Insolu!le li%uid

ika solvent dan larutan umpan tidak larut satu sama lain, jumlah solvent dan

larutan umpan tidak mengalami perubahan pada operasi ekstraksi.

2onsentrasi kesetimbangan digambarkan pada gambar


24/38

affinate akan mengandung 3 kg, sedangkan +%tract mengandung Solvent 5 kg.

8eraca Solute * pada setiap stage n:

'''

1

'

nnnsnn xAyByBxA +=+

''

1

''

nn

ns

n xx

yy

B

A

=

Slope operating Line -nB

A yang melalui titik ( )'' 1, sn yx dan ( )'' , nn yx . Setiap

garis operasi memotong kurva kesetimbangan pada komposisi raffinate dan e%tract.

2onsentrasi solute kadang'kadang dinyatakan dengan massa/volume.


25/38

Soal

&ata kesetimbangan tie'line sistem Kater "3# *hloroben)ene "5# Pyridine "*#

pada 1B o* dalam persen berat:

Pyridine *hloroben)ene Kater Pyridine *hloroben)ene Kater

"*# "5# "3# "*# "5# "3#

< II.IB .I< >.G< GI.B 1.1B 1B.B< H9.I1

9.BB GB.B> 1.>H 9G.< .>B G1.


26/38

A. 1


27/38

Countercurrent +ultistage Extraction

0mpan "eed# dan Solvent dialirkan kedalam (ultistage +%traction secara

countercurrent dan kontinyu. inal +%tract, +dan final affinate dihasilkan

pada aliran e%it e%tractor.

*ountercurrent (ultistage +%traction lebih menguntungkan dibandingkan

dengan crosscurrent (ultistage +%traction karena membutuhkan stage/tingkat

ekstraksi yang lebih sedikit pada jumlah solvent yang sama, atau jumlah

solvent yang lebih sedikit pada jumlah stage ekstraksi yang sama.


28/38

Penentuan jumlah stages dan komposisi dilakukan dengan menggunakan

kurva kelarutan pada ectangular *oordinate atau +quilateral ;riangle

*oordinate.

;otal material 5alance :


29/38

MRES& !p =+=+ 1 "#

8eraca * :

M!p!pS& MxxRyESy&x =+=+11 "1#

S&

Sy&xx S&M

+

+= "9#

;itik ( digambarkan pada garis S dan ;itik ( terletak pada 1ER!p

R!p E&SR == 1 "A#

-&ifference point yang merupakan net flo! pada stage 8p

Perpanjangan ?aris &E1 dan S 8Pberpotongan pada

8eraca massa untuk stage s sampai dengan 8p:

S!PS ERSR +=+1 "B#

RSS!P ERSR == 1 "G#

Perpanjangan garis 1SS RE memotong

Prosedur penggambaran secara grafik :

. ?ambarkan garis &E1 dan P!SR yang berpotongan pada


30/38

1. ?ambarkan titik ( yang pada perpotongan garis S danP!

R +

9. ;itik + dan dihubungkan melalui ;ie Line yang merupaka titik

keseimbangan

A. ?ambarkan garis dari melalui ke titik +1

B. ;itik +11dihubungkan melalui ;ie Line

G. 0langi prosedur A dan B untuk 1dan seterusnya sampai titik P!R

''' ''1 MRES& !p+=+ ()*

MS& 'M)S'& ''' =+ (*

''

1

''' R!p E&SR == (,*


31/38


32/38

'''

1

'' RSS!p ERSR == ('*

RRSSSS ')E'R

=

''

1

'

1 (''*

RRSSRS ')E!R S =

'''

1 1 ('*

RR

RE

RS

RS

S

S

!!

!!

''

')

E

R

n

S

=

=

11'

'

1('/*

=

=

freeBoutflo*net

!stageatinoutflo*Bindifference!

freeBoutflo*net

!stageatinoutflo*Cindifference'

R

pR

pR

,

,,

,

,,

'

Solvent recovery by extraction


33/38

Illustration 10.3

( ) ratesolent#kg&x&xB

m

&m min,/040.138000

114.030.08000 ===


34/38

( )0857.0

200008000

30.08000=

++=

B&

&xx &M

0$+' .' . .1 .2 . .' 3

0'x$ . .44 ., .'4 .4 .4 ./3x#

( )#kg

xy

xxME

!p

!pM/23000

02.010.0

02.00857.028000

1

1 =

=

=

!nd

#kgEMR!p

/500023000280001 ===


35/38


36/38


37/38

Inso!"# $i%!i&s

'

1

'''

ByAxAxBy !p&S +=+ (10.35)

'

''

'

1

'

1

!p&

s

xx

yy

B

A

=

+

(10.36)

''

'

1

'

1

s&

s

xx

yy

B

A

=

+

(10.37)

( )

( ) 1/'

/'/'

'/ 1

1

''

''

=

+

+

!p

!p

s&

!p&

ABm

ABmABm

myy

xx(10.38)


38/38

Liquid Extraction

Documents

diekstraksi disebut

larut didalam ethyl

air memasuki fasa ester

ethyl acetate kemudiandiaduk

liquid yangtidak larut

larut insoluble liquid

kaya solvent disebut

ekstraksi menggunakan