PENDAHULUAN PENDAHULUAN Kristalisasi merupakan suatu proses teknologi yang sudah cukup lama dikenal, bahkan jauh sebelum peradaban dimulai, orang-orang sudah mengenalnya dalam bentuk butiran gula dan garam. Secara alamiah, proses kristalisasi sudah terbentuk sejak periode sejarah yang panjang, dan seiring dengan kemajuan ilmu dan teknologi, didesain suatu alat yang mampu melakukan proses kristalisasi buatan. "Bejana Calandria" adalah alat pengkristal garam sederhana yang diciptakan beberapa abad lampau yang sampai sekarang masih sering digunakan. Selama 30 tahun terakhir, teknik-teknik pengukuran suatu pertikel bahan telah digunakan dan memberikan pengetahuan baru dalam menciptakan suatu peralatan kristalisator, yang pada akhirnya tercipta suatu peralatan kristalisator secara modern yang memiliki kemampuan control secara fleksibel dibandingkan sebelumnya. Ditambah lagi perkembangan teknologi elektonik instrumentasi yang membuat prosesnya dapat diset secara on-line. Dengan semakin pesatnya pembuatan suatu instalasi kristalisator adalah sangat penting untuk mengevaluasi terhadap suatu permasalahan yang masih sering terjadi, semisal pengaruh cairan induk terhadap produk kristal, dimana diperlukan suatu alat pemisah. Ini perlu dilakukan Peralatan Indusri Proses 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PENDAHULUANPENDAHULUAN
Kristalisasi merupakan suatu proses teknologi yang sudah cukup lama dikenal,
bahkan jauh sebelum peradaban dimulai, orang-orang sudah mengenalnya dalam
bentuk butiran gula dan garam. Secara alamiah, proses kristalisasi sudah terbentuk
sejak periode sejarah yang panjang, dan seiring dengan kemajuan ilmu dan teknologi,
didesain suatu alat yang mampu melakukan proses kristalisasi buatan. "Bejana
Calandria" adalah alat pengkristal garam sederhana yang diciptakan beberapa abad
lampau yang sampai sekarang masih sering digunakan.
Selama 30 tahun terakhir, teknik-teknik pengukuran suatu pertikel bahan telah
digunakan dan memberikan pengetahuan baru dalam menciptakan suatu peralatan
kristalisator, yang pada akhirnya tercipta suatu peralatan kristalisator secara modern
yang memiliki kemampuan control secara fleksibel dibandingkan sebelumnya.
Ditambah lagi perkembangan teknologi elektonik instrumentasi yang membuat
prosesnya dapat diset secara on-line.
Dengan semakin pesatnya pembuatan suatu instalasi kristalisator adalah sangat
penting untuk mengevaluasi terhadap suatu permasalahan yang masih sering terjadi,
semisal pengaruh cairan induk terhadap produk kristal, dimana diperlukan suatu alat
pemisah. Ini perlu dilakukan terutama faktor-faktor apa yang terlibat didalamnya dan
bagaimana cara mengaplikasikannya. Sehingga dapat dicapai solusi untuk menangani
problem mendasar, khususnya di sektor industri.
Peralatan Indusri Proses 1
Bab IBab IKRISTALISASIKRISTALISASI
I.1 DEFINISI
Kristal adalah padatan dimana atom-atomya tersusun secara periodik
mengikuti bentuk tiga demensi. Walapun kristal adalah padatan, tetapi tidak semua
padatan adalah kristal, sebagai contoh adalah kaca. Perubahan suatu bahan ke bentuk
kristal padat dipengaruhi oleh proses pembentukannya. Beberapa bahan dapat
membentuk kristal dengan komposisi sama, tetapi memiliki struktur penyusun atom
yang berbeda. Sebaliknya beberapa bahan memiliki struktur penyusun atom yang
sama, tetapi memiliki bentuk yang berbeda jika diamati di bawah mikroskop. Untuk
memberikan penjelasan dan pemahaman yang mendalam tentang kristal, diperlukan
suatu ilmu untuk mengenali dan mengidentifikasi tentang struktur penyusun kristal
yang disebut Crystallography (Bunn 1961; Cullty 1978).
Kristalisasi atau penghabluran (Crystallization) adalah peristiwa pembentukan
partikel-partikel zat padat di dalam suatu fasa homogen. Kristalisasi dapat terjadi
sebagai pembentukan partikel padat di dalam uap; sebagai pembekuan (solidification)
di dalam lelehan cair; atau sebagai kristalisasi dari larutan cair. Konsep dan
prinsipnya berlaku baik untuk kristalisasi zat terlarut (solute) di dalam larutan jenuh
maupun untuk kristalisasi sebagian dari pelarut (solvent) itu sendiri.
Suatu molekul larutan berubah membentuk padatan kristal
Kristalisasi dari larutan sangat penting dalam industri karena banyaknya
ragam bahan yang dipasarkan dalam bentuk kristal. Penggunaanya sangat luas karena
dua hal, yaitu:
Peralatan Indusri Proses 2
Kristal yang terbentuk dari larutan yang tak murni selalu murni (kecuali jika
terjadi pembentukan kristal campuran).
Kristalisasi merupakan metode yang praktis untuk mendapatkan bahan-bahan
kimia murni dalam kondisi yang memenuhi syarat untuk pengemasan dan
penyimpanan.
Dalam kristalisasi dari larutan sebagaimana dilaksanakan di dalam industri,
campuran dua-fase cairan induk (mother liquor) dan kristal dari segala ukuran,
yang mengisi kristalisator (crystallizer) dan dikeluarkan sebagai hasil disebut
Magma.
Tujuan dari proses kristalisasi adalah untuk mendapatkan produk (hasil)
dengan drajat kemurnian yang tinggi, selain itu bentuk serta ukurannya juga turut
menentukan kualitas kristal hasil. Ini semata-mata diperlukan untuk:
o Kemudahan filtrasi (penyaringan) pencucian.
o Pelaksanaan reaksi dengan bahan kimia lain.
o Kemudahan dalam proses pengangkutan dan penyimpanan.
Selain itu ciri suatu kristal yang baik yaitu:
o Kristal harus kuat
o Tidak menggumpal
o Memiliki ukuran seragam
o Tidak melekat dalam kemasan
Sehingga CSD (crystal size distribution) distribusi ukuran kristal harus dikendalikan
dengan ketat.
I.2 STRUKTUR KRISTAL
Kristal adalah suatu benda mati yang sangat terorganisasi. Kristal dicirikan
oleh partikel-partikel pembentuknya ( dapat berupa atom, molekul, atau ion) yang
tersusun dalam suatu susunan tiga-dimensi yang beraturan yang disebut kisi (lattice).
Akibat susunan itu, bila dibiarkan terbentuk tanpa gangguan dari kristal lain atau
benda luar, kristal itu akan mempunyai bentuk berupa polihedron dengan sudut-sudut
yang tajam dan sisi yang rata, yang disebut muka (face). Walaupun ukuran muka
berbagai kristal dari bahan yang sama kemungkinannya berbeda satu sama lain,
namun sudut-sudut yang dibentuk sama yang merupakan karakteristik (ciri) dari
bahan itu.
Peralatan Indusri Proses 3
sistem kristalografi
Oleh karena semua kristal dari setiap bahan tertentu mempunyai sudut antar
muka yang sama, walaupun terdapat perbedaan besar dalam tingkat
perkembangannya, bentuk kristal diklasifikasikan menurut sudut-sudut ini. Terdapat
tujuh bentuk kristal, yaitu: kubus; heksagonal; tigonal; tetragonal; ortorombik;
monoklin; dan triklin. Satu bahan tertentu dapat terkristalisasi di dalam dua kelas
yang berbeda atau lebih, bergantung pada kondisi kristalisasi. Kalsium karbonat,
misalnya paling umum terdapat di alam dalam bentuk heksagonal (sebagai kalsit)
tetapi juga terdapat bentuk ortorombik (aragonit).
Beberapa bentuk kristal
Perbedaan bentuk Kristal pada Kalsium Karbonat (Zouner and Jones, 2000c)
Peralatan Indusri Proses 4
Bab IIBab IIJENIS-JENIS ALAT PENGKRISTALJENIS-JENIS ALAT PENGKRISTAL
Alat-alat yang digunakan pada proses kristalisasi sangat beragam, hal ini
disebabkan oleh sifat-sifat bahan dan kondisi pertumbuhan kristal yang bervariasi.
Selain itu juga karena kristalisasi dilaksanakan untuk tujuan yang berbeda, misalnya
a. pemisahan bahan
b. pemurnian bahan
c. pemberian bentuk
alat-alat kristalisasi disebut juga Kristalisator. Di dalam alat ini, setiap persyaratan
(konsentrasi, suhu, gerakan) yang menunjang pertumbuhan inti atau benih kristal
harus dipenuhi. Oleh karena itu diperlukan perlengkapan-perlengkapan untuk
memungkinkan perpindahan panas (pemanasan, pendinginan, penguapan) dan juga
gerakan (pengadukan, penggulingan, pengangkutan)
Kristalisator biasanya merupakan bagian dari suatu instalasi lengkap
Skema suatu instalasi kristalisasi skala Industri
Faktor-faktor yang menjadi dasar pemilihan sebuah alat kristalisasi ialah,
misalnya:
Peralatan Indusri Proses 5
Unjuk kerja kristalisasi yang diinginkan
Sistem operasi (tak kontinu, kontinu)
Kondisi bahan baku (larutan, lelehan)
Ukuran kristal yang diinginkan
Bentuk kristal yang diinginkan
Tingkat kemurnian kristalisat
Kecendrungan produk untuk membentuk kerak
Pada kristalisator pendinginan (cooler crystallizer) dan penguapan (evaporator
crystallizer) terdapat bahaya pembentukan kerak pada permukaan penukar panas,
karena ditempat itu terjadi pemisahan kristal. Kerak harus dibuang secara periodik
karena dapat menyebabkan terjadinya penimbunan atau penumpukan bahan yang
mengakibatkan terhambatnya pembentukan kristal. Masalah ini dapat diatasi dengan
menggunakan perlengkapan yang sesuai (misal; perkakas penyapu atau penggaruk)
atau dengan memberikan kecepatan alir yang tinggi, ataupun melapisi dinding dengan
permukaan yang licin.
Tahap-tahap dalam proses kristalisasi.
Peralatan Indusri Proses 6
II.1 JENIS KRISTALISATOR
Kristalisator pendingin
Dengan cara pendinginan dan penguapan;
o tangki kristalisasi
o kristalisasi ayun (Wulff-bock crystallizer)
o kristalisator pipa putar
Wulff-bock Crystallizer
Larutan jenuh yang panas dimasukkan dibagian atas sebuah saluran panjang
yang agak melengkung. Saluran ini bergerak bolak-balik secara perlahan-lahan di atas
bantalan roda. Larutan lambat laun menjadi dingin oleh udara sekitar. Dibagian
bawah, kristal yang relatif kasar dikeluarkan secara kontinu bersama dengan larutan
induk. Penghalang yang dipasang di dalam saluran memperpanjang waktu kristal-
kristal yang sedang tumbuh.
Pendinginan melalui dinding
o Tangki pengaduk
Tangki pengaduk (dengan saluran keluar dibagian bawah, dengan
mantel ganda atau kumparan belahan pipa) adalah alat yang paling
sering digunakan untuk kristalisasi secara pertaian (Batch), dapat
berupa kristalisasi pendinginan, penguapan, vakum. Dalam tangki
pengaduk seringkali dilakukan kristalisasi yang dirangkaikan
dengan reaksi kimia atau dilangsungkan setelah reaksi kimia
terjadi. Tangki pengaduk juga sesuai untuk kristalisasi ulang.
Untuk pengendalian pembentukan kristal, alat harus dilengkapi
dengan motor pengaduk serta sistem pemanas/ pendingin yang
dapat diatur. Tangki pengaduk juga dapat digunakan untuk Peralatan Indusri Proses 7
kristalisasi secara kontinu apabila alat ini terus menerus diisi dan
dikeluarkan muatannya.
Kristalisator penguapan
Yaitu penguapan sebagian pelarut dengan catu panas dari luar. Dikenal dua
sistem yaitu:
Penguapan dengan sirkulasi alamiah
Penguapan dengan sirkulasi paksa
Peralatan Indusri Proses 8
Kristalisator vakum
Yaitu pendinginan dan pemekatan dengan cara penguapan dalam keadaan
vakum, dilakukan tanpa catu panas dari luar.
Kristalisator lelehan
Yaitu pendinginan dengan tujuan pemberian bentuk misalnya diatas sabuk
kristalisasi dan atau dalam kristalisator bola
Peralatan Indusri Proses 9
Kristalisator guling (roll crystallizer)
Bahan lelehan secara terus-menerus dialirkan pada sebuah drum guling yang
berputar di dalam sesuai yang diinginkan (bahan dicelupkan atau dibawah oleh drum
kedua), lelehan dibuat membeku di dalam drum yang berputar. Setelah kira-kira 2/3
putaran, bahan padat dikeluarakan dengan menggunakan perkakas kupas (berbentuk
sekop), dan dilakukan proses pengecilanukuran.
Sabuk kristalisasi (belt crystallizer)
Digunakan terutama untuk membekukan lelehan secara kontinu, lelehan
dialirkan secara merata di atas sebuah sabuk pengangkut, dan pendinginan dilakukan
di bagian bawah sabuk. Bahan yang sudah beku dapat diambil di ujung lain sabuk
dengan menggunakan perkakas kupas (atau perkakas berbentuk lengkung).
Peralatan Indusri Proses 10
Bab IIIBab IIIKRISTALISATOR VAKUMKRISTALISATOR VAKUM
(VACUUM CRYSTALLIZER)(VACUUM CRYSTALLIZER)
III.1 Prinsip Kerja Kristalisator Vakum
Pada umumnya kristalisator modern termasuk dalam kategori unit vakum
dimana dalam sistem operasinya menggunakan pendingin evaporasi adiabatik untuk
menciptakan keadaan lewat-jenuh. Proses kerjanya dilakukan dengan mengalirkan
pendingin (Flash Coliing), sehingga terjadi proses pendinginan dan penguapan secara
simultan terhadap bahan larutan dalam keadaan lewat-jenuh.
Kristalisator vakum dapat dioperasikan dengan dua teknik, yaitu;
Teknik partaian (Batchwise)
Teknik lanjut (Continuously)
Prinsip kerja teknik Batchwise, yaitu tangki diisi dengan larutan jenuh dengan
suhu panas dengan volume tertentu. Sejalan dengan pengaruh tekanan di dalam
tangki, larutan mengalami pemanasan dan pendinginan secara simultan dengan suatu
alat kondensator. Sebelum terjadi kondensasi, uap dilepaskan dan dikompres dengan
bantuan pompa vakum jet-uap (Steam-jet Booster). Pada teknik lanjut (Continuously)
tidak terlibat proses penguapan dan pendinginan, disebabkan gaya hidrostatik dari
larutan membuat titik didihnya naik dalam kondisi tekanan yang rendah sehingga
suhu larutan meningkat di dalam tangki, mengakibatkan bahan larutan cenderung
berpindah dengan sendirinya ke dasar tangki dan menuju ke tempat pengeluaran
(Outlet).
Kristalisator Vakum Sederhana
Pada gambar di bawah adalah suatu kristalisator sederhana, dimana terdiri atas
suatu bejana/tangki tertutup dengan kondisi "vakum" yang diatur dengan kondensor
atau dengan bantuan pompa vakum jet-uap (Steam-Jet Booster) yang ditempatkan
diantara kristalisator dan kondensor.
Larutan jenuh yang panas yang suhunya jauh di atas titik didih pada tekanan di
dalam kristalisator diumpankan ke dalam bejana itu. Volume magma dijaga dengan
mengendalikan permukaan zat cair dan zat padat yang mengkristalisai di dalam
bejana itu. Ruang di atas magma digunakan untuk melepaskan uap dan mencegah
Peralatan Indusri Proses 11
pembawa-ikutan bahan. Larutan umpan itu mendingin secara spontan menjadi suhu
keseimbangan, dan oleh karena entalpi pendinginan dan entalpi kristalisasi keduanya
muncul sebagai entalpi penguapan, maka sebagian dari pelarut itu menguap. Keadaan
lewat-jenuh yang dibangkitkan oleh proses pendinginan dan penguapan,
mengakibatkan terbentuknya nukleasi dan pertumbuhan kristal. Magma hasil
dikeluarkan dari dasar kristalisator. Secara teoritis perolehan kristal sebanding dengan
selisih antara konsentrasi umpan dan kelarutan zat terlarut pada suhu keseimbangan.
III.2 Kelemahan-kelemahan Kristalisator Vakum
Peralatan Indusri Proses 12
Kristalisator vakum dengan bentuk yang sederhana memiliki keterbatasan dari
segi kristalisasi, selain itu evaporasi dan pendinginan hanya berlangsung di dalam
lapisan zat cair didekat permukaan magma, sehingga terjadi perbedaan gradien
konsentrasi disamping gradien suhu pada permukaan itu. Ditambah lagi, kristal akan
cenderung mengendap di dasar kristalisator, dimana hampir tak terdapat keadaan
lewat-jenuh atau bahkan tak terdapat sama sekali, sehingga mengurangi tingkat
efiensi operasi pada kristalisator. Diperlukan suatu alat pengaduk agar magma dapat
terangkat dan teraduk dengan baik untuk menyamakan gradien konsentrasi dan suhu
sehingga kristal itu tersuspensi. Kristalisator vakum sederhana bukan merupakan
metode yang baik untuk mengendalikan nukleasi, klasifikasi, ataupun untuk
mengeluarkan inti dan kristal yang sangat kecil dan kelebihan.
BAB IVBAB IV
Peralatan Indusri Proses 13
PENUTUPPENUTUP
IV.1 Kesimpulan
Kristalisasi merupakan salah satu metode dalam proses pemisahan dan
pemurnian suatu bahan
Metode kristalisasi dapat disamakan dengan teknik pemisahan lain, yang
mampu menghasilkan suatu produk akhir yang murni dengan memanfatkan
sejumlah energi yang relatif kecil.
Metode kristalisasi mampu dioperasikan dengan suhu rendah, dan dengan
skala muatan yang bervariasi, mulai dari skala beberapa kilogram bahan
sampai dengan skala berton-ton kg bahan.
Dalam dunia industri, proses kristalisasi sangat penting, karena banyaknya
ragam bahan yang dipasarkan dalam bentuk kristal.
Proses kristalisasi memenuhi persyaratan untuk penyimpanan dan pengemasan
produk.
IV.2 Saran
Sebagai penulis kami menyadari masih banyak kekurangan dari makalah ini,
kami pun hanya memaparkan sebagian kecil dari proses tersebut. Kami hanya
berharap agar makalah ini dapat bermanfaat dan dapat dijadikan sebagai tambahan
informasi mengingat pemanfaatannya sangat luas dan menarik untuk dikaji. Penulis
juga mengharapkan masukan saran ataupun kritik positif dari pembaca, sehingga
dikemudian hari menjadi lebih baik.
REFERENSIREFERENSIPeralatan Indusri Proses 14
Jones, Alan G. (2002). HandBook of Cristallization Process
System. Oxford, UK: Butterworth-Heinemann.
Mullin, John W. (2001). Cristallization (4th ed). Oxford, UK: