Makalah Peralatan Insdustri Proses II

MAKALAH PERALATAN INSDUSTRI PROSES II ION EXCHANGER

Disususn oleh :KELOMPOK 9Diah Ayu Pratiwi061230400316Yulita Permatasari061230400334

Kelas : 3KBDosen: Ir. Irawan Rusnadi, M.T

JURUSAN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA2013BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangSeperti yang telah kita ketahui alat alat industri kimia dibagi menjadi beberapa bagian, tetapi disini kita akan membahas tentang Alat Penukar Ion . Dan pada makalah ini akan dibahas lebih detail lagi mengenai alat yang digunakan, dimana alat penukar ion adalah pertukaran ion-ion antara dua electrolytes atau antara elektrolit solusi dan kompleks.

1.2 Rumusan MasalahDari latar belakang yang telah diuraikan sebelumnya, maka permasalahan yang dikemukakan untuk melakukan penyusunan makalah lebih lanjut, kami mencari sumber data dari berbagai referensi yang dimuat dalam internet dan juga sumber buku.

1.3 TujuanBerdasarkan latar belakang dan rumusan permasalahan di atas, maka tujuan dari penyusunan makalah ini adalah untuk memberikan serta menambah suatu pengetahuan dan wawasan tentang Alat Industri Kimia yang berhubungan dengan alat penukar ion.

1.4 Manfaat MakalahMakalah ini diharapkan akan dapat memberikan berbagai manfaat bagi semua Mahasiswa Jurusan Teknik Kimia agar kita dapat lebih memahami tentang jenis, kegunaan dan manfaat alat penukar ion.

BAB IIPEMBAHASAN

1. Pengertian Ion ExchangeIon adalah atom yang bermuatan (ion negatif atau anion, ion positif atau kation).Contoh kation : H+, Na+, K+, Ca2+Contoh anion : OH-, O2-, Cl-

Penukar ion adalah suatu proses penukar ion-ion yang terdapat dalam suatu zat atau bahan dengan menggunakan resin kation maupun resin anion.Pertukaran ion merupakan suatu metode yang digunakan untuk memisahkan ion-ion yang tidak dikehendaki berada dalam larutan , untuk dipindahkan kedalam media padat yang disebut dengan media penukar ion, dimana media penukar ion ini melepaskan ion lain kedalam larutan.Sedangkan untuk alatnya disebut ion exchanger.

Mekanisme Pertukaran Ion :

Jika suatu larutan yang mengandung anion atau kation dikontakkan dengan media penukar ion, maka akan terjadi pertukaran anion dengan mekanisme reaksi sebagai berikut : 1) Mekanisme pertukaran anion A-+ R+ B- => B- + R+ A- 2) Mekanisme pertukaran kation A+ + R- B+ => B+ + R- A+ A = ion yang akan dipisahkan ( pada larutan ) B = ion yang menggantikan ion A (pada padatan/media penukar ion ) R = bagian ionic / gugus fungsional pada penukar ion.

2. Resin Penukar IonResin adalah senyawa polimer dengan bobot molekul tinggi yang mengandung gugus sulfonat, karboksilat, fenol atau amina yang mampu mengikat dan melepaskan ion-ionnya.Resin penukar ion (ion exchange) yang merupakan media penukar ion sintetis pertama kali dikembangkan oleh Adam dan Holmes. Penemuan ini membuka jalan pembuatan resin hasil polimerisasi styrene dan divinil benzena. Bentuk resin penukar ion ini bermacam macam yaitu dapat berupa butiran, powder, membrane atau fiber.

Gambar: Cation Resin

Resin kation : Resin yang mengikat kation (ion +)Ex : R-Na+ , R-H+Resin anion : Resin yang mengikat anion (ion -)Ex : R-OH- , R-Cl-

Jenis Resin:1. Kation Asam Kuat, dinamakan demikian karena sifat kimia nya mirip dengan asam kuat. Resin sangat terionisasi di kedua asam (R-SO3H) dan garam (R-SO3Na). Mereka dapat mengkonversi garam logam dengan asam yang sesuai dengan reaksi: 2(R-SO3H)+ NiCl2 --> (R-SO4), Ni+ 2HCI (5) 2 (R-SO3H) + NiCl2 -> (R-SO4), Ni + 2HCI (5)2. Kation Asam Lemah cekungan. Dalam resin asam lemah. kelompok terionisasi adalah asam karboksilat (COOH) sebagai lawan dari kelompok asam sulfonat (SO3H) digunakan dalam resin asam kuat. Resin ini berperilaku mirip dengan asam organik lemah yang terdisosiasi. 3. Resin Anion Basa kuat. Seperti resin asam kuat. resin dasar yang kuat sangat terionisasi dan dapat digunakan selama rentang pH seluruh. Resin ini digunakan dalam hidroksida (OH) bentuk untuk deionisasi air. Mereka akan bereaksi dengan anion dalam larutan dan dapat mengkonversi solusi asam untuk air murni: R--NH3OH+ HCl -> R-NH3Cl + HOH (6) R - NH3OH + HCl -> R-NH3Cl + HoH (6) Regenerasi dengan sodium hidroksida pekat (NaOH) mengubah resin kelelahan ke bentuk hidroksida.

Syarat-syarat dasar bagi suatu resin yang berguna adalah:1. Resin itu harus cukup terangkai-silang, sehingga keterlarutannya yang dapat diabaikannya.2. Resin itu harus cukup hidrofolik untuk memungkinkan difusi ion-ion melalui strukturnya dengan laju yang terukur (finite) dan berguna.3. Resin harus menggunakan cukup banyak gugus penukar ion yang dapat dicapai dan harus stabil kimiawi.4. Resin yang sedang mengembang harus lebih besar rapatannya daripada air.(Harjadi, 1993).

Adapun jenis-jenis ion yang terdapat pada resin sebagai berikut:Ion positif (kation) : biasa terdapat pada unsur logam Calcium Magnesium Natrium/sodium Pottasium Hydrogen Iron Manganese

Ion negatif (anion) : biasa terdapat pada unsur nonlogam Chloride Bicarbonate Nitrate Carbonate Sulphate Carbon dioxide Silica Hydroxide

Sifat-sifat Penting Resin Penukar Ion adalah adalah sebagai berikut: Kapasitas Penukaran ion Sifat ini menggambarkan ukuran kuantitatif jumlah ion-ion yang dapat dipertukarkan dan dinyatakan dalam mek (milliekivalen) per gram resin kering dalam bentuk hydrogen atau kloridanya atau dinyatakan dalam milliekivalen tiap milliliter resin (meq/ml). SelektivitasSifat ini merupakan suatu sifat resin penukar ion yang menunjukan aktifitas pilihan atas ion tertentu .Hal ini disebabkan karena penukar ion merupakan suatu proses stoikhiometrik dan dapat balik (reversible) dan memenuhi hukum kerja massa. Faktor yang yang menentukan selektivitas terutama adalah gugus ionogenik dan derajat ikat silang. Secara umum selektivitas penukaran ion dipengaruhi oleh muatan ion dan jari-jari ion. Selektivitas resin penukar ion akan menentukan dapat atau tidaknya suatu ion dipisahkan dalam suatu larutan apabila dalam larutan tersebat terdapat ion-ion bertanda muatan sama, demikian juga dapat atau tidaknya ion yang telah terikat tersebut dilepaskan . Derajat ikat silang (crosslinking)Sifat ini menunjukan konsentrasi jembatan yang ada di dalam polimer. Derajat ikat silang tidak hanya mempengaruhi kelarutan tetapi juga kapasitas pertukaran, perilaku mekaran, perubahan volume, seletivitas, ketahanan kimia dan oksidasi. PorositasNilai porositas menunjukan ukuran pori-pori saluran-saluran kapiler. Ukuran saluran-saluran ini biasanya tidak seragam. Porositas berbanding lansung derajat ikat silang, walaupun ukuran saluran-saluran kapilernya tidak seragam. Jalinan resin penukar mengandung rongga-rongga, tempat air terserap masuk. Porositas mempengaruhi kapasitas dan keselektifan. Bila tanpa pori, hanya gugus ionogenik di permukaan saja yang aktif. Kestabilan resinKestabilan penukar ion ditentukan juga oleh mutu produk sejak dibuat. Kestabilan fisik dan mekanik terutama menyangkut kekuatandan ketahanan gesekan. Ketahanan terhadappengaruh osmotik, baik saat pembebananmaupun regenerasi, juga terkait jenismonomernya. Kestabilan termal jenismakropori biasanya lebih baik daripada yanggel, walau derajat ikat silang serupa. Akantetapi lakuan panas penukar kation makropori agak mengubah struktur kisiruang dan porositasnya.

Kerusakan ResinMeskipun resin dapat diregenerasi, tetapi resi tidak dapat bertahan selamanya, kerusakan dapat terjadi akibat: Oksidasidisebabkan adanya Cl2 (klorin) dan ozon dalam air menyebabkan terputusnya ikatan silang dan gugus penukar ion menjadi inaktif, maka perlu dipasang adsorbent karbon sebelum kolom resin. FoulingPori-pori resin dapat tertutup oleh penyerapan zat organik erreversibel atau partikel koloid. Maka perlu dilakukan penyaringan air dan adsorbent carbon untuk mencegahnya. HancurResin dapat cepat hancur jika dialirkan air dengan tekanan terus menerus, ataupun karena resin yang sempat mengering.

3. Macam Penukar IonAlat penukar ion ada 2 macam :1. Alat penukar ion dengan kolom ganda2. Alat penukar ion kolom tunggal (unggun campuran)

Penukar Ion Kolom Ganda

Cara kerja kolom ganda:1. Pada proses kolom ganda, air mentah mula-mula masuk kedalam penukar kation. Disini semua kation yang terkandung dalam air (terutama ion kalsium, magnesium, dan natrium) ditukar dengan ion hidrogen.2. Dalam kolom berikutnya yang berisi penukar anion, maka anion (terutama ion khlorida, sulfat dan bikarbonat) ditukar dengan ion hidroksil. Ion hidrogen yang berasal dari penukar kation dan ion hidroksil dari penukar anion akan membentuk ikatan dan menghasilkan air.3. Setelah air terbentuk maka resin penukar ion harus diregenerasi.

Pelaksanaan regenerasi pada proses kolom ganda sangat sederhanaKedalam kolom penukar kation dialirkan asam khlorida encer dan kedalam kolom penukar anion dialirkan larutan natrium hidroksida encer. Regeneran yang berlebihan selanjutnya dibilas dengan air.Penukar Ion Kolom Tunggal

Cara kerja kolom tunggalPada proses kolom tunggal, resin penukar kation dan penukar anion dicampur menjadi satu dalam sebuah kolom tunggal. Dengan proses ini dapat dicapai tingkat kemurnian air yang jauh lebih tinggi daripada dengan proses kolom ganda. Sebaliknya, pada proses kolom tunggal regenerasi resin penukar lebih kompleks.

Langkah-langkah kerja pada regenerasi kolom tunggal :Pemisahan resin penukar kation dan penukar anion dengan klasifikasi menggunakan air (pencucian kembali dari bawah ke atas). Dalam hal ini resin penukar anion yang lebih ringan (berwarna lebih terang) akan berada diatas resin penukar kation yang lebih berat (berwarna lebih gelap).

Proses regenerasi dalam kolom tunggal :1. Untuk regenerasi, regeneran bersama dengan air dialirkan melewati kedua lapisan resin, asam khlorida encer (HCl) dialirkan dari bawah ke atas melewati resin penukar kation dan dikeluarkan dari kolom pada ketinggian lapisan pemisah.2. Larutan natrium hidroksida encer (NaOH) dialirkan dari atas ke bawah melewati resin penukar anion, juga dikeluarkan pada ketinggian lapisan pemisah. Kelebihan kedua regeneran kemudian dicuci dengan air.3. Ketinggian permukaan air dalam kolom diturunkan dan kedua resin penukar dicampur dengan cara memasukkan udara tekan dari ujung bawah kolom.4. Pencucian ulang kolom tunggal dengan air dari atas ke bawah sampai alat ukur konduktivitas menunjukkan kondisi kemurnian air yang diinginkan.Sekarang instalasi siap untuk dioperasi lagi, baik pada instalasi pelunakan maupun pada instalasi demineralisasi air, maka pengalihan dari kondisi operasi ke proses regenerasi, pelaksanaan regenerasinya sendiri, dan pengalihan kembali ke kondisi.

Kapasitas penukaran ion: Kapasitas pertukaran ion total dari suatu resin bergantung pada jumlah gugus gugus aktif ion per satuan bobot bahan itu dan semakin banyak jumlah ion ion itu, semakin besarlah kapasitasnya Kapasitas penukaran suatu resin penukar kation dapat diukur dalam laboratorium dengan menetapkan jumlah miligram ekivalen ion natrium yang diserap oleh 1gram resin kering dalam bentuk hidrogennya. Sama halnya, kpasitas penukaran suatu resin penukar anion basa kuat dapat ditaksir dengan mengukur banyaknya ion klorida yang diambil oleh 1 gram resin ering dalam bentun hidroksinya

4. Kelebihan dan Kekurangan Ion ExchangerKeunggulan Ion Exchange:a. Mengurangi / menghilangkan unsur inorganik dengan baik.b. Bisa diregenarikan kembali.c. Dapat digunakan untuk flowrate / debit yang berfluktuasi.d. Jenis resin yang bervariasi, setiap jenis resin dapat digunakan untukmenghilangkan unsur/kontaminan tertentu.e. Untuk kualitas air baku dengan TDS < 500 ppm merupakan pilihan dan operasi lebih murah.

Kekurangan Ion Exchange:a. Semakin tinggi TDS semakin tinggi biaya operasional.b. Tidak menghilangkan partikel, bakteri dan pyrogen.c. Diperlukan pretreatment untuk hampir setiap bahan baku.d. Sensitif terhadap keberadaan unsur lain dengan polaritas yang hampir sama.e. Media resin berpotensi menjadi tempat berkembang biak bakteri.

5. Aplikasi Ion Exchange dalam Pengolahan Air a) Water softener (Menghilangkan hardness)- Dengan Resin kationb) Penghilang organik atau nitrat- Dengan Resin anionc) Deionisasi / Demineralisasi (menghilangkan unsur positif dan negatif).- Dengan gabungan Resin anion dan kation ada 2 jenis:1. Two-bed2. Mix-bed

Beberapa Aplikasi Ion Exchanger di Industri lainnya:1. Pengolahan air Pelembutan Dealkalisation Demineralisasi Campuran tidur polishing 2. Pergulaan Pelunakan air yang digunakan untuk ekstraksi gula Pelunakan jus gula sebelum penguapan NRS pelunakan proses Proses pelunakan Gryllus Demineralisasi jus gula sebelum penguapan Warna penghapusan dari sirup gula setelah penguapan The Quentin Proses Gula pemulihan dari molase Sukrosa inversi Kromatografi pemisahan Glukosa pengobatan 3. Aplikasi lain dalam industri makanan Produk susu Minuman Jus buah Pemulihan polifenol Asam sitrun Sorbitol demineralisasi Gelatin demineralisasi 4. Aplikasi dalam industri kimia Pemulihan atau penghilangan logam Caustic soda dan klorin produksi Fenol Hidrogen peroksida pemurnian Selektif penghapusan berbagai elemen 5. Katalisis Alkilasi Kondensasi Esterifikasi Eterifikasi Dehidrasi Hidrogenasi 6. Industri farmasi Ekstraksi dan pemurnian antibiotik Lambat-release formulasi Resin yang digunakan sebagai obat Taste-masking Produksi kromatografi 7. Miscellaneous aplikasi Industri pertambangan Enzim imobilisasi Hydroculture

BAB IIIPENUTUPAN3.1 KesimpulanDari materi yang telah dibahas di bab II, maka dapat disimpulkan bahwa: Penukar ion adalah suatu proses penukar ion-ion yang terdapat dalam suatu zat atau bahan dengan menggunakan resin kation maupun resin anion. Resin adalah senyawa polimer dengan bobot molekul tinggi yang mengandung gugus sulfonat, karboksilat, fenol atau amina yang mampu mengikat dan melepaskan ion-ionnya. Alat penukar ion ada dua macam, yaitu penukar ion dengan kolom ganda dan penukar ion kolom tunggal. Aplikasi ion exchange banyak digunakan dalam pengolahan air.

3.2 PenutupanAlhamdulillah puji syukur kehadirat Allah SWT, karena berkatrahmat dan hidayah dari-Nya lah kami dapat menyelesaikan makalah ini. Penulis berharap makalah ini dapat bermanfaat bagi pembacanya serta memberikan banyak pengetahuan baru bagi kita semua. Mohon maaf apabila ada kesalahan didalam pengerjaannya ataupun dalam hal materi yang kurang lengkap.

3.3 Referensi http://www.slideshare.net/sky26_amelia/ion-exchanger-of-technology-by-bmd-street-consulting http://yoniarman.blogspot.com/2013/07/ion-exchanger-alat-penukar-i0n.html