kristalisasi

LAPORAN RESMI

MATERI : KRISTALISASI

KELOMPOK : I / RABU

ANGGOTA : 1. ARINA HASBANA AHMAD (21030111120019)

2. GIVENI CHRISTINA SILAEN (21030111140155)

3. HUTOMO PRESANDITYAR (21030111130081)

4. MUTIA ANISSA MARSYA (21030111140160)

LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA

UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG

2013

ii

LEMBAR PENGESAHAN

LAPORAN RESMI


UNIVERSITAS DIPONEGORO

Materi : Kristalisasi

Kelompok : I / Rabu

Anggota : 1. Arina Hasbana Ahmad

2. Giveni Christina Silaen

3. Hutomo Presandityar

4. Mutia Anissa Marsya

Semarang, 10 Desember 2013

Mengesahkan,

Dosen Pembimbing

Ir. Danny Soetrisnanto, MEng

NIP 19541211 197901 1 001

iii

INTISARI

Kristalisasi dari larutan sangat penting dalam industri karena banyaknya ragam bahan

yang diperlukan dalam bentuk kristal. Kristalisasi adalah proses separasi di mana suatu

solute terkristalkan dari larutan multikomponennya sehingga bila dilakukan dengan benar

akan dapat diperoleh kristal yang relatif murni. Tujuan dari percobaan ini adalah mampu

menjelaskan jenis-jenis kristalisasi, mampu menjelaskan variabel-variabel operasi dalam

kristalisasi, mampu merakit dan mengoperasikan alat percobaan MSMPR kristaliser dengan

pendingin larutan.

Kristalisasi dapat terjadi dari 3 macam fasa yaitu pembentukan partikel-partikel

kristalin dari fasa uap, dari solute larutan ataupun dari suatu lelehan—melt. Kristalisasi dari

larutan bertujuan memisahkan suatu solute dari logam multikomponen sehingga didapat

produk dalam bentuk kristal yang lebih murni, sehingga kristalisasi sering dipilih sebagai

salah satu cara pemurnian karena lebih ekonomis.

Pada percobaan kali ini, bahan yang digunakan adalah kristal tawas dan air. Alat yang

digunakan antara lain saturator tank, heater, pengaduk, thermoregulator, submesible pump,

valve by pass, tangki pendingin, MSMPR kristaliser, penampang kristal, motor pengaduk,

pompa vakum, dan buffer tank. Variabel pada percobaan ini adalah flowrate yaitu 3,3 mL/s;

3,6 mL/s; 3,9 mL/s; 4,2 mL/s; 4,5 mL/s; dan 4,8 mL/s.

Hasil percobaan yang didapat adalah massa kristal yang dihasilkan pada setiap

flowrate tidak stabil, karena kontrol suhu yang tidak optimal. Kristal yang dihasilkan

didominasi oleh kristal dengan ukuran kecil, hal ini dikarenakan terbentuknya inti sekunder.

Pada flowrate yang besar banyak dihasilkan kristal kecil dikarenakan waktu tingal yang

sebentar.

Saran dari percobaan ini adalah larutan tawas harus benar-benar lewat jenuh. Volume

tangki dijaga tetap 5 L. Flowrate dijaga tetap konstan. Berhati-hati dalam menggunakan

thermoregulator.

iv

SUMMARY

Crystallization from solution is very important in the industry because of the many

variations of materials needed in the form of crystals. Crystallization is a separation process

in which a solute crystallized from its multicomponent solution so that when done correctly,

can be obtained relatively pure crystals. The purpose of this experiment are able to explain

the types of crystallization, able to explain the variables in the crystallization operation, able

to assemble and operate MSMPR kristaliser experiment with the solution cooler.

Crystallization can occur from three kinds of phases, namely the formation of

crystalline particles from the vapor phase, from the solute solution or melt. Crystallization

from solution aims to separate a solute from its multicomponent metal in order to get the

product in a more pure form of crystal, so that crystallization is often chosen as a way of

purification because it is more economical.

In this experiment, the materials used are alum crystal and water. Tools used include

saturator tank, heater, stirrer, thermoregulator, submesible pump, valve by pass, coolant

tank, MSMPR crystallizer, crystal cross section, motor stirrer, vacuum pump, and buffer tank.

Variable in this experiment are the flowrate of 3,3 mL/s; 3,6 mL/s; 3,9 mL/s; 4,2 mL/s, 4,5

mL/s, and 4,8 mL/s.

The experimental results obtained are crystalline mass produced at each flowrate is

unstable, because the temperature control is not optimal. The resulting crystals are dominated

by crystals with small size, this is due to the formation of secondary nuclei. In large flowrates

produced many small crystals were briefly disenfranchised due time.

Suggestion of this experiment are alum solution should be completely saturated. The

volume of the tank is kept 5 L. Flowrate is kept constant. Be careful in using thermoregulator.

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat rahmat dan perkenaan-Nya

laporan resmi praktikum operasi teknik kimia dengan materi Kristalisasi ini dapat

terselesaikan.

Tujuan dari penulisan laporan resmi dengan judul “Kristalisasi” adalah agar sebagai

media refferensi proses kristalisasi dengan pendinginan. Tujuan lain dari penulisan laporan ini

adalah sebagai pelaksanaan tugas praktikum operasi teknik kimia dan bukti hasil praktikum

kristalisasi.

Terima kasih disampaikan kepada Bapak Ir. Danny Soetrisnanto, M.Eng. selaku dosen

pembimbing praktikum operasi teknik kimia dengan materi Kristalisasi, asisten laboratorium,

laboran, dan segala pihak terkait yang telah membantu dalam terselesaikannya laporan resmi

ini.

Tak ada gading yang tak retak. Tidak tertutup kemungkinan laporan ini memiliki

berbagai kekurangan, oleh karena itu kritik dan saran yang membantu sangat diperlukan untuk

menyempurnakan laporan ini.

Semoga laporan ini bermanfaat sebagai penambah ilmu bagi semua pihak yang

membutuhkan.

Semarang, 10 Desember 2013

Penyusun

vi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................................... i

LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................................................ ii

INTISARI ................................................................................................................................... iii

SUMMARY ................................................................................................................................ iv

KATA PENGANTAR ................................................................................................................ v

DAFTAR ISI ............................................................................................................................. vi

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................... viii

DAFTAR TABEL ..................................................................................................................... ix

BAB 1 Pendahuluan

1.1 Latar Belakang ...................................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ................................................................................................. 1

1.3 Tujuan Percobaan .................................................................................................. 1

1.4 Manfaat Percobaan ................................................................................................ 2

BAB 2 Tinjauan Pustaka

2.1 Pengertian .............................................................................................................. 3

2.2 Pembagian Tahapan Operasi Kristalisasi .............................................................. 3

2.3 Grafik CSD & Jenis-Jenis Kristaliser.................................................................... 7

BAB 3 Metode Penelitian

3.1 Bahan dan Alat yang Digunakan ......................................................................... 12

3.2 Variabel Percobaan ............................................................................................. 12

3.3 Gambar Alat Utama: Kristaliser MSMPR (sistem kontinyu) ............................. 12

3.4 Respon Percobaan ............................................................................................... 13

3.5 Data yang Dibutuhkan ......................................................................................... 13

3.6 Prosedur Percobaan ............................................................................................. 13

BAB 4 Hasil Percobaan dan Pembahasan

4.1 Hasil Percobaan ................................................................................................... 15

4.1 Pembahasan ......................................................................................................... 16

BAB 5 Penutup

5.1 Kesimpulan .......................................................................................................... 20

5.2 Saran .................................................................................................................... 20

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................... 21

vii

LAPORAN SEMENTARA

LEMBAR PERHITUNGAN

REFERENSI

LEMBAR ASISTENSI

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pembentukan inti kristal ......................................................................................... 4

Gambar 2.2 Teori Miers ............................................................................................................. 6

Gambar 2.3 Difusi Solute dari larutan ke permukaan kristal ..................................................... 7

Gambar 2.4 Ukuran produk seragam: MSCPR crystallizer ....................................................... 8

Gambar 2.5 Ukuran produk tidak seragam: MSMPR crystallizer ............................................. 8

Gambar 2.6 Oslo Surface Cooled Crystallizer ........................................................................... 9

Gambar 2.7 Oslo Evaporative Crystallizer .............................................................................. 10

Gambar 2.8 Draft Tube Baffle Crystallizer .............................................................................. 11

Gambar 3.1 Rangkaian Alat Kristaliser MSMPR .................................................................... 12

Gambar 4.1 Hubungan Flowrate Terhadap Massa Kristal ....................................................... 16

Gambar 4.2 Hubungan Diameter Kristal Terhadap Massa Kristal ........................................... 17

Gambar 4.3 Hubungan Flowrate Terhadap Massa Kristal Tiap Tray ...................................... 18

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Hubungan flowrate dengan massa kristal praktis dan teoritis .................................. 15

Tabel 4.2 Massa kristal tiap tray .............................................................................................. 15

Tabel 4.3 Hubungan diameter dengan jumlah kristal ............................................................... 15

KRISTALISASI

LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2013 1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kristalisasi dari larutan sangat penting dalam industri karena banyaknya ragam

bahan yang diperlukan dalam bentuk kristal. Kristalisasi adalah proses separasi di

mana suatu solute terkristalkan dari larutan multi komponennya sehingga bila

dilakukan dengan benar akan dapat diperoleh kristal yang relatif murni. Oleh karena

itu kristalisasi merupakan salah satu metode yang praktis untuk mendapatkan bahan

kimia murni dalam kondisi yang memenuhi syarat untuk pemasaran. Dalam

kristalisasi dari larutan solute akan terkristalkan sehingga terbentuk campuran dua

fasa yang disebut magma berupa fasa cairan yang disebut mother liquor-larutan induk

dan fasa padat kristalin.

1.2 Rumusan Masalah

Dalam percobaan ini dilakukan operasi kristalisasi menggunakan kristaliser

MSMPR dengan sistem kontinyu, respon dari percobaan ini adalah pengaruh flowrate

dan waktu tinggal terhadap jumlah berat kristal yang terbentuk serta distribusi ukuran

kristal yang dihasilkan CSD.

1.3 Tujuan Percobaan

1. Mampu menjelaskan jenis-jenis kristaliser.

2. Mampu menjelaskan variabel-variabel operasi dalam kristalisasi, yaitu derajat

supersaturasi larutan, flowrate feed, kecepatan pendinginan, pembentukan inti

kristal, kecepatan pertumbuhan kristal, seed kristal, dan CSD produk.

3. Mampu merakit dan mengoperasikan alat percobaan MSMPR kristaliser dengan

pendinginan larutan.

4. Mampu mengambil data-data percobaan secara benar dan mengolahnya serta

menyajikannya dalam bentuk grafik hubungan antara flowrate dengan massa

kristal, diameter partikel dengan jumlah kristal yang dihasilkan (CSD).

5. Mampu membuat laporan dan analisis operasi kristalisasi secara tertulis.

KRISTALISASI


1.4 Manfaat Percobaan

1. Mahasiswa mampu menjelaskan jenis-jenis kristalisasi.

2. Mahasiswa mampu menjelaskan variabel-variabel operasi dalam kristalisasi.

3. Mahasiswa mampu merakit dan mengoperasikan alat percobaan MSMPR

kristaliser.

4. Mahasiswa mampu mengambil data-data percobaan secara benar.

KRISTALISASI


BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian

Kristalisasi dapat terjadi dari 3 macam fasa yaitu pembentukan partikel-partikel

padat kristalin dari fasa uap, dari solute suatu larutan ataupun dari suatu lelehan-melt.

Kristalisasi dapat dilakukan dengan pendinginan, penguapan solven, atau penambahan

solven tertentu.

Kristalisasi dari larutan bertujuan memisahkan suatu solute dari larutan multi

komponen sehingga didapat produk dalam bentuk kristal yang lebih murni, sehingga

kristalisasi sering dipilih sebagai salah satu cara pemurnian karena lebih ekonomis.

2.2 Pembagian Tahapan Operasi Kristalisasi

Operasi kristalisasi terbagi menjadi:

1. Membuat larutan supersaturasi (lewat jenuh)

2. Pembentukan inti kristal (nuclei)

3. Pertumbuhan kristal

1. Membuat Larutan Lewat Jenuh (supersaturasi)

Bila larutan telah mencapai derajat saturasi tertentu, maka di dalam larutan

akan terbentuk zat padat kristalin. Oleh sebab itu derajat supersaturasi larutan

merupakan faktor terpenting dalam mengontrol operasi kristalisasi.

Ada beberapa cara untuk mendapatkan larutan supersaturasi:

a. Pendinginan Larutan

Kelarutan zat padat dalam air merupakan fungsi suhu sehingga dengan

mendinginkan larutan yang akan dikristalkan akan dicapai kondisi

supersaturasi dimana konsentrasi solute dalam larutan lebih besar dari

konsentrasi larutan jenuh pada suhu tersebut.

b. Penguapan Solven

Larutan diuapkan solven-nya sehingga konsentrasi solute akan meningkat dan

mencapai kondisi supersaturasi. Cara ini digunakan untuk zat yang mempunyai

kurva kelarutan relatif mendatar.

KRISTALISASI


c. Evaporasi Adiabatis

Larutan dalam keadaan panas bila dimasukkan ke dalam ruang vacuum, maka

terjadi penguapan dengan sendirinya, karena tekanan totalnya menjadi lebih rendah

dari tekanan uap solvent pada suhu itu. Penguapan disertai penurunan suhu akan

membuat larutan mencapai kondisi supersaturasi.

d. Reaksi Kimia

Bila reaksi kimia dijalankan dalam fasa cair, konsentrasi solute produk reaksi

semakin lama akan semakin meningkat sehingga mencapai kondisi supersaturasi.

e. Penambahan Zat Lain

Penambahan zat lain yang dapat menurunkan kelarutan zat yang akan dikristalisasi,

misalnya larutan NaOH ditambah gliserol, maka kelarutan NaOH menjadi turun dan

mencapai kondisi supersaturasi.

2. Pembentukan Inti Kristal

Pembentukan inti kristal secara sistematis dapat dijelaskan sbb.

Gambar 2.1 Pembentukan inti kristal

1. Primary Nukleus

Proses pembentukan inti kristal ini dapat terjadi pada saat larutan telah mencapai

derajat supersaturasi yang cukup tinggi. Nukleasi primer dapat terjadi lewat dua

cara:

Homogen Nukleus

Nukleus di sini pembentukannya spontan pada larutan dengan supersaturasi

tinggi, artinya nukleus terbentuk karena penggabungan molekul-molekul

solute sendiri

Heterogen Nukleus

Pembentukan inti kristalnya masih dalam supersaturasi tinggi, namun dapat

dipercepat dengan adanya partikel-partikel asing seperti debu dan sebagainya.

Nukleus

Primary Nukleus

Secondary Nukleus

Homogen Nukleus

Heterogen Nukleus

KRISTALISASI


2. Secondary Nukleus (Contact Nucleation)

Pembentukan inti kristal dengan akibat dari tumbukan (contact) antar kristal

induk ataupun tumbukan antara kristal induk dengan impeler pengaduk,

tumbukan dengan dinding kristaliser ataupun gesekan permukaan kristal induk

dengan larutan.

Jumlah inti kristal yang terbentuk dapat dinyatakan dengan persamaan:

N = (a) (L)b (ΔC)

c (P)

d

di mana:

N : jumlah nuklei (inti kristal) yang terbentuk (jumlah/jam)

L : ukuran kristal induk (mm)

ΔC : derajat supersaturasi larutan (mole/lt) atau (oC)

P : power dari pengaduk (HP)

a,b,c,d : konstanta-konstanta

Jika:

1. L >>> maka jumlah kristal yang terbentuk juga semakin besar, kristal

makin besar menyebabkan kemungkinan tumbukan semakin banyak. Pecahan

bagian kecil dari kristal menyebabkan terbentuknya inti kristal.

2. ΔC >>> maka jumlah kristal yang terbentuk juga semakin banyak.

Derajat supersaturasi makin besar maka semakin besar pula kemungkinan

terbentuk inti kristal baru.

3. P >>> maka gaya gesekan partikel larutan atau tumbukan juga semakin

besar sehingga kemungkinan terjadinya pecahan partikel semakin besar, maka

inti kristal yang terbentuk juga semakin besar jumlahnya.

Teori Miers: dalam percobaannya, Miers membuat larutan supersaturasi

melalui pendinginan larutan belum jenuh (titik a), setelah melewati kurva saturasi

A-B larutan menjadi supersaturasi dan dalam grafik dinamai daerah metastabil.

Pada tingkat supersaturasi tertentu, kristalisasi mulai terjadi berupa terbentuknya

inti kristal primer (titik b). Oleh Miers titik-titik di mana mulai terbentuk inti kristal

primer ini dinamai ‘supersolubility curve’. Inti-inti kristal yang selanjutnya tumbuh

dengan menempelnya solute dipermukaannya sehingga konsentrasi solute dalam

larutan akan turun (dari b ke c). Oleh Miers, daerah supersaturasi tinggi di mana inti

kristal primer dapat terbentuk disebut daerah labil.

KRISTALISASI


Dalam industri, pembentukan inti primer tidak diinginkan, karena cenderung

membuat produk kristal berukuran kecil-kecil. Lebih umum digunakan metoda inti

sekunder dengan cara menambahkan bibit kristal (seed) ke dalam larutan dengan

tingkat supersaturasi yang rendah atau sedikit lewat jenuh. Seed ini berfungsi

sebagai induk kristal, sumber terbentuknya inti sekunder.

Gambar 2.2 Teori Miers

Untuk sistem kontinyu seeding hanya sekali di saat start up sedang untuk sistem

batch seeding dilakukan tiap batch.

3. Pertumbuhan Kristal

Umumnya kristal yang berukuran > 100 mikron kecepatan tumbuhnya tidak

tergantung pada ukuran dan dapat dinyatakan dengan:

r = a (ΔC)b

di mana :

r : kecepatan tumbuhnya Kristal (mm/jam)

ΔC : derajat saturasi (mol/L)

a,b : konstanta

Derajat saturasi (ΔC) merupakan faktor terpenting dalam proses pertumbuhan

kristal. Larutan yang berderajat saturasi tinggi, perbedaan konsentrasi antara

permukaan kristal dengan permukaan akan tinggi sehingga kecepatan tumbuh

kristal juga semakin tinggi.

KRISTALISASI


Teori Diffusi Solute dari Larutan ke Permukaan Kristal:

Proses kristalisasi merupakan kebalikan dari proses kelarutan, sebagai

berikut:

Kristal di dalam larutan membentuk daerah ‘boundary layer’ di permukaannya.

Konsentrasi solute di dalam daerah boundary layer ini = konsentrasi jenuhnya

(saturasi), karena selalu dalam kondisi kesetimbangan cair-padat. Bila larutan

konsentrasinya supersaturasi (ΔC+) maka molekul solute akan mendifusi dari

larutan kepermukaan kristal (arah panah dari kiri ke kanan), kemudian menempel

menjadi molekul kristal, artinya kristal akan tumbuh karena mendapat tambahan

molekul di permukaannya. Tetapi bila larutannya belum jenuh (ΔC-) maka molekul

kristal di permukaan akan larut menjadi solute (arah panah dari kanan ke kiri).

Gambar 2.3 Difusi Solute dari larutan ke permukaan kristal

dengan:

Cs : konsentrasi saturasi (jenuh)

ΔC+

: Konsentrasi supersaturasi (lewat jenuh)

ΔC- : konsentrasi unsaturasi (belum jenuh)

CL1; CL1* menunjukkan pengaruh adanya pengadukan dalam larutan, sehingga

jarak difusi lebih pendek, sebaliknya CL2; CL2* menunjukkan tidak adanya

pengadukan sehingga jarak diffusi lebih jauh.

2.3 Grafik CSD & Jenis-Jenis Kristaliser

Keseragaman ukuran produk suatu kristaliser dinyatakan dengan CSD (Crystal

Size Distribution) dan sangat bergantung pada tipe kristalisernya. Ada 2 tipe kristaliser

yaitu MSCPR (Mixed Suspension Classified Product Removal) dan MSMPR ( Mixed

Suspension Mixed Product Removal). MSCPR crystaliser dapat menghasilkan produk

KRISTALISASI


yang relatif lebih seragam ukurannya dibandingkan tipe MSMPR karena ada

mekanisme klasifikasinya.

1. Ukuran produk seragam: MSCPR crystallizer

dengan:

N : jumlah Kristal

D : diameter

Gambar 2.4 Ukuran produk seragam: MSCPR crystallizer

2. Ukuran produk tidak seragam: MSMPR crystallizer

dengan:

N : jumlah kristal

D : diameter

Gambar 2.5 Ukuran produk tidak seragam: MSMPR crystallizer

Untuk jenis MSMPR, kristal yang diperoleh mempunyai ukuran yang tidak

seragam sehingga diameter bervariasi mulai dari ukuran yang tidak terlihat sampai

diameter besar.

Jenis-Jenis Kristaliser

1. Oslo Surface Cooled Crystalizer

Kristaliser ini menggunakan sistem pendinginan dengan pendinginan feed (G)

di dalam cooler (H) untuk membuat larutan supersaturasinya. Kemudian larutan

supersaturasi ini dengan dikontakkan dengan suspensi kristal dalam ruangan suspensi

pada (E). Pada puncak ruang suspensi sebagian aliran larutan induk (D) dikeluarkan

untuk mengurangi jumlah inti kristal sekunder yang terlalu banyak terbentuk. Produk

slurry dikeluarkan dari bawah.

KRISTALISASI


Gambar 2.6 Oslo Surface Cooled Crystallizer

2. Oslo Evaporative Crystalizer

Kristaliser ini memakai metoda penguapan solven untuk mendapatkan larutan

supersaturasinya. Larutan yang meninggalkan ruang penguapan pada kondisi

supersaturated, mendekati daerah metastabil sehingga nukleus primer tidak akan

terentuk. Kontak larutan supersaturasi dengan unggun kristal di E akan mendorong

pertumbuhan kristal tetapi sekaligus membentuk inti kristal sekunder. Umpan larutan

dimasukkan lewat G dan mengalami pemanasan di HE sebelum masuk ke ruang

penguapan solven di A. Dengan membuat ruang penguapan bertekanan vacuum

maka sebagian solven akan menguap sekaligus diikuti penurunan suhu, larutan akan

mencapai kondisi supersaturasi yang dibutuhkan untuk menumbuhkan kristal. Dalam

kristaliser tipe ini fungsi sirkulasi larutan adalah untuk pemanasan kembali sekaligus

melarutkan kembali sebagian inti kristal sekunder. Hal ini untuk mencegah ukuran

produk yang semakin lama semakin mengecil.

produk

KRISTALISASI


Gambar 2.7 Oslo Evaporative Crystallizer

3. Draft Tube Buffle-DTB Crystalizer

Kristaliser ini bertipe MSCPR karena dilengkapi buffle dan propeler yang

berfungsi mengatur sirkulasi kristal magma sedangkan di luar body crystalizer

ditambah pompa untuk sistem sirkulasi & klasifikasi ukuran produk. Untuk mencapai

kondisi supersaturasi digunakan sistem penguapan solven dengan tekanan vacuum.

Bagian bawah kristaliser ini dilengkapi dengan elutriation leg yang berfungsi

untuk mengklasifikasikan kristal hingga didapat produk kristal dalam ukuran tertentu

yang relatif seragam. Klasifikasi ukuran kristal di sini didasarkan atas gaya gravitasi

dengan jalan sebagai berikut:

Jika dalam kristaliser telah terbentuk kristal-kristal dengan ukuran heterogen,

maka kristal ini diklasifikasikan ukurannya dengan mengalirkan sebagian larutan dari

bawah ke atas dalam ruang elutriation leg dengan menggunakan pompa sirkulasi.

Dengan adanya aliran larutan ini, kristal dengan ukuran yang besar akan dapat

melawan daya dorong aliran ke atas sehingga tetap dapat turun ke bawah karena gaya

gravitasi dan keluar sebagai produk, dengan demikian didapatkan produk dengan

ukuran yang homogen. Dengan demikian untuk mendapatkan kristal dengan ukuran

tertentu dapat diatur dengan mengatur aliran keatas di dalam elutriation leg. Jika

larutan mempunyai kecepatan tinggi, maka dakan didapat kristal dengan ukuran yang

besar dan sebaliknya. Kristal kecil yang tidak dapat melawan gaya dorong akan

terbawa naik kembali ke ruang kristalisasi untuk ditumbuhkan hingga mencapai

KRISTALISASI


ukuran tertentu yang karena beratnya sendiri dapat melawan gaya dorong keatas di

dalam elutriation leg.

Kristaliser ini juga dilengkapi dengan sistem sirkulasi larutan + inti kristal

keluar kristaliser untuk mengurangi jumlah inti kristal di dalam kristaliser. Inti kristal

yang berlebih ini akan larut kembali saat lewat HE karena pemanasan. Pengurangan

inti kristal ini dimaksudkan agar inti kristal berkurang karena kalau dibiarkan makin

lama makin banyak, akibatnya produk kristal cenderung semakin lama semakin

halus. Hal ini karena inti kristal membutuhkan solute untuk pertumbuhan

selanjutnya, sedangkan jumlah solute dalam feed yang masuk tetap, maka inti kristal

tidak cukup banyak mendapat solute untuk tumbuh jadi kristal yang lebih besar.

Gambar 2.8 Draft Tube Baffle Crystallizer

Klasifikasi pada DTB:

Kristal dengan ukuran besar akan melawan daya dorong ke atas sehingga dapat turun

ke bawah karena gaya gravitasi dan keluar sebagai produk, sehingga didapatkan

produk dengan ukuran homogen. Jika ingin mendapatkan kristal dengan ukuran

tertentu dapat dengan mengatur aliran ke atas di dalam elutriation leg. Jika larutan

kecepatannya tinggi maka didapat kristal dengan ukuran besar, sebaliknya jika

larutan kecepatannya rendah maka didapat kristal dengan ukuran kecil.

KRISTALISASI


BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1 Bahan dan Alat yang Digunakan

A. Bahan yang Digunakan

1. Kristal Tawas

2. Air

B. Alat yang Digunakan

1. Saturator tank

2. Heater dan controller

3. Pengaduk

4. Thermoregulator

5. Pump

6. Valve by pass

7. Tangki pendingin

8. MSMPR crystallizer

9. Penampung Kristal

10. Motor pengaduk

11. Pompa vakum

12. Buffer tank

3.2 Variabel Percobaan

1. Variabel tetap: suhu 55 ⁰C

2. Variabel berubah: flowrate 3,6 mL/s dan 4,5 mL/s

3.3 Gambar Alat Utama: Kristaliser MSMPR (sistem kontinyu)

Gambar 3.1 Rangkaian Alat Kristaliser MSMPR

slurry gas

termometer

termometer

KRISTALISASI


3.4 Respon Percobaan

- Diameter partikel

- Massa produk kristal

3.5 Data yang Dibutuhkan

- Suhu kristaliser

- Suhu saturator tank

- Flowrate feed

- Volume efektif kristaliser

3.6 Prosedur Percobaan

1. Membuat larutan jenuh tawas pada suatu suhu tertentu di dalam tangki saturator.

2. Pengaturan suhu dilakukan dengan memakai thermoregulator, setting suhu 55˚C,

cek ketelitian (kalibrasi) thermoregulator dengan memakai thermometer biasa.

3. Hidupkan heater dan pengaduk listrik, tambahkan kristal tawas dengan air

secukupnya ke saturator tank, biarkan pemanasan berjalan beberapa lama.

4. Cek kondisi apakah jenuh atau belum dengan mengukur densitas larutan memakai

picnometer. Berat picnometer + larutan sudah konstan, berarti sudah jenuh (tawas

tidak bisa melarut lagi).

5. Jalankan sistem pendingin tangki kristaliser dengan air yang dialirkan kontinyu,

atur jepitan selang air pendingin sedemikian rupa sehingga input=output yang

ditandai dengan konstannya ketinggian permukaan air pendingin di dalam tangki

pendingin kristaliser. Tangki kristaliser diberi tanda untuk volume tertentu misal

5L.

6. Jalankan pompa, atur flowrate yang menuju tangki kristaliser sesuai dengan yang

diinginkan dengan mengatur jepitan aliran recycle. Cek (kalibrasi) flowrate tersebut

dengan memakai gelas ukur dan stopwatch.

7. Siapkan sistem vacuum pengeluaran produk slurry: pompa vacuum, buffer tank

dikosongkan. Cek apakah tidak bocor (lewat ujung selang penghisap apakah terasa

bila menghisap).

8. Jalankan pengaduk tangki kristaliser juga permukaan larutan tawas di dalam tangki

kristaliser tetap pada tanda 5L pastikan kristal teraduk sempurna karena tipe

MSMPR.

KRISTALISASI


9. Jalankan sistem kristalisasi ini sampai dicapai kondisi tunak (steady state), dengan

perkiraan dari start awal selama 3x waktu tinggal cairan di dalam kristaliser.

10. Sebelum tercapai kondisi tunak, kristal + cairan yang dikeluarkan tidak bisa dipakai

sebagai produk tetapi dikembalikan ke saturator tank lagi. Setelah tercapai kondisi

tunak. Kristal dan cairan dikeluarkan untuk jangka waktu tertentu misalnya 5 menit,

tampung dan saring kristalnya, keringkan kristalnya dengan diangin-anginkan.

(note: penyaringan kristal diupayakan saat larutannya belum mendingin agar

produk kristal tidak bertambah).

11. Ulangi langkah kerja di atas dari awal untuk masing-masing flowrate sehingga

diperoleh minimal 3 titik agar bisa dibuat grafik yang baik.

12. Timbang produk kristal, kemudian dilakukan analisa ayak untuk masing-masing

variasi flowrate.

13. Hitung berat 1 kristal untuk ukuran ayakan tertentu dengan mengasumsi kristalnya

berbentuk bola, kemudian hitunglah jumlah butir kristal yang ada dalam satu

ukuran ayakan.

14. Buat grafik kelarutan tawas dalam air sebagai fungsi suhu dengan data dari Perry.

15. Hitung derajat supersaturasi yang terjadi untuk masing-masing flowrate dengan

melihat data kelarutan tawas dari suhu saturator dan suhu kristaliser.

16. Buat grafik hubungan berat produk kristal versus derajat supersaturasi dan grafik

CSD untuk masing-masing variasi flowrate.

KRISTALISASI


BAB 4

HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Percobaan

Tabel 4.1 Hubungan flowrate dengan massa kristal praktis dan teoritis

Flowrate

(mL/s)

W teoritis

(gr/menit)

W praktis

(gr/menit) %error

3,3 16,872 0,138 99,18%

3,6 18,243 0,288 98,42%

3,9 24,278 0,038 99,84%

4,2 26,147 0,186 99,29%

4,5 22,804 0,494 97,83%

4,8 23,328 0,404 98,26%

Tabel 4.2 Massa kristal tiap tray

Diameter partikel

(mm)

Massa kristal (gr)

3,3 mL/s 3,6 mL/s 3,9 mL/s 4,2 mL/s 4,5 mL/s 4,8 mL/s

>0,425 0,13 0,19 0,01 0,06 0,42 0,54

0,25-0,425 0,11 0,33 0,01 0,13 0,38 0,28

0,15-0,25 0,14 0,28 0,02 0,46 0,53 0,37

<0,15 0,31 0,64 0,15 0,28 1,14 0,83

Tabel 4.3 Hubungan diameter dengan jumlah kristal

Diameter

(mm)

(mm)

Jumlah Kristal

3,3 mL/s 3,6 mL/s 3,9 mL/s 4,2 mL/s 4,5 mL/s 4,8 mL/s

>0,425 0,601 1059 1539 81 489 3401 4401

0,25-0,425 0,3375 5062 15090 460 5979 17376 12886

0,15-0,25 0,2 30962 61526 4420 101659 116460 81829

<0,15 0,106 460513 944614 22670 415639 1682594 1232987

KRISTALISASI


4.1 Pembahasan

4.2.1 Hubungan Flowrate Dengan Massa Kristal

Gambar 4.1 Hubungan Flowrate Terhadap Massa Kristal

Dari gambar 4.1 diketahui bahwa semakin besar flowrate maka massa

kristal yang dihasilkan fluktuatif. Pada flowrate 3,3-3,6 mL/s massa kristal

yang dihasilkan mengalami kenaikan. Namun pada flowrate 3,9 mL/s

mengalami penurunan. Jumlah massa kristal yang dihasilkan pada flowrate 4,2-

4,5 mL/s mengalami kenaikan dan kemudian turun pada flowrate 4,8 mL/s.

Data yang didapat tidak sesuai persamaan .

Di mana adalah massa kristal (gr) berbanding lurus dengan Q

(flowrate). Seharusnya semakin besar flowrate (Q) maka semakin banyak pula

massa kristal yang didapat. Hal ini diakibatkan kaena suhu pada saturator tank

tidak stabil. Kontrol thermoregulator yang tidak optimal menyebabkan suhu

pada saturator tank tidak stabil. Suhu yang tidak stabil menyebabkan cairan

yang dipompa menjadi tidak jenuh lagi, sehingga massa kristal yang didapat

juga tidak stabil. Selain mengakibatkan suhu tidak stabil, kontrol suhu pada

tangki kristaliser yang tidak baik juga akan mengakibatkan menjadi tidak

stabil. Kondisi ini menyebabkan massa kristal yang dihasilkan menjadi

fluktuatif.

0,138

0,288

0,038

0,186

0,494

0,404

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

3,3 3,6 3,9 4,2 4,5 4,8

Mas

sa K

rist

al (

gr)

Flowrate (mL/s)

KRISTALISASI


4.2.2 Hubungan Diameter Kristal Terhadap Massa Kristal

Gambar 4.2 Hubungan Diameter Kristal Terhadap Massa Kristal

Dilihat dari gambar 4.2 semakin besar diameter kristal semakin sedikit

massa kristalnya. Artinya diameter kristal berbanding terbalik dengan jumlah

kristal (N) seperti pada persamaan berikut:

= kristal

D

kristal

Dari persamaan di atas dapat diperoleh kesimpulan bahwa jumlah kristal

(N) berbanding dengan diameter rata-rata kristal. Hal ini disebabkan karena

terbentuknya inti kristal sekunder pada sat pembentukan inti kristal yang

berbentuk relatif kecil dan banyak. Proses ini terjadi karena adanya tumbukan

antara dinding kristaliser dengan permukaan larutan. Selain hal itu proses

pembentukan inti kristal dan pertumbuhan kristal berlangsung secara simultan,

kedua proses ini seolah berkompetisi dalam mengontrol distribusi ukuran

kristal yang diperoleh (Setyopratomo dkk., 2003). Karena proses nukleasi

berada lebih tinggi maka lebih dahulu dari laju pertumbuhan. Kondisi inilah

yang membuat kristal yang dihasilkan relatif didominasi oleh ukuran kecil.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0,106 0,2 0,3375 0,601

ln N

Diameter rata-rata (mm)

flowrate 3,3 ml/s flowrate 3,6 ml/s flowrate 3,9 ml/s flowrate 4,2 ml/s

KRISTALISASI


4.2.3 Hubungan Flowrate Terhadap Massa Kristal Tiap Tray

Gambar 4.3 Hubungan Flowrate Terhadap Massa Kristal Tiap Tray

Dari gambar 4.3 bahwa flowrate yang besar menghasilkan kristal yang

didominasi oleh diameter yang kecil 0,106 mm. Hal ini dikarenakan waktu

tinggal di tangki kristaliser yang singkat. Dan terlihat pula kecenderungan

flowrate semakin besar maka jumlah kristal dengan ukuran kecil semakin

banyak. Hal ini dikarenakan waktu tinggal yang singkat pada flowrate yang

besar, menyebabkan waktu pertumbuhan kristal semakin singkat, dan berakibat

pada ukuran kristal yang dihasilkan yaitu ukuran diameter kristal semakin

kecil.

4.2.4 Skala Scale Up

Flowrate yang digunakan 4,5 mL/s dengan persen eror yang paling sedikit

Q = 4,5 mL/s

Q = 270 mL/menit

Output kristal = 0,494 gr/menit

aktu tinggal = m

m menit = , menit

Volume tangki = 5 L

Hasil yang diinginkan

Kapasitas produksi 2 ton/jam

= ton

jam

gr

ton

jam

menit = . , gr menit

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

3,3 3,6 3,9 4,2 4,5 4,8

Mas

sa K

rist

al t

iap

tra

y (g

r)

Flowrate (mL/s)

Diameter 0,601 mm Diameter 0,3375 mm

KRISTALISASI


lo r te = output yang diinginkan

output skala lab lo r te skala lab

= ,

grmenit

, gr

menit

m

menit= ,

m

menit

=

Volume tangki

Waktu tinggal = 18,51 menit

V tangki = flowrate scale up x waktu tinggal

= 18218,62 L/menit x 18,51 menit

=33726,6 ≈ ( % lebih)

Jadi untuk menghasilkan kristal kering kapasitas 20 ton/jam maka

Q = 18218,62 L/menit

V tangki = 370949 L

Waktu tinggal = 18,51 menit

Waktu tunak = 18,51 x 3 = 56 menit

T tangki kristaliser = ˚C

T saturator tank = ˚C

KRISTALISASI


BAB 5

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Massa kristal yang didapat pada kenaikan flowrate tidak stabil, hal ini disebabkan

kontrol suhu dan kontrol thermoregulator yang tidak optimal.

2. Semakin besar diameter kristal massa kristal yang diperoleh semakin kecil karena

terbentuknya inti kristal sekunder.

3. Pada flowrate yang besar didapat kecenderungan jumlah kristal yang kecil lebih

banyak, hal ini dikarenakan waktu tinggal yang sebentar.

5.2 Saran

1. Larutan tawas harus benar-benar lewat jenuh.

2. Volume tangki kristaliser dijaga 5 L.

3. Flowrate dijaga tetap konstan.

4. Hati-hati dalam menggunakan thermoregulator.

KRISTALISASI


DAFTAR PUSTAKA

Garside, J. and Daupus, R.J.. 1980. Chemical Engineering Common. 4:393. Mullin, J.W..

1972. Crystallization. 2nd. London: Butterworths.

Rusli, I.I., Larisan, M.A. and Garside, J. 1980. Chemical Engineering Process. P, Syn P.Ser,

193 vol 176.

Setyopratomo, Puguh, Siswanto, Wahyudi and Ilham, Heru Sugiyanto. 2003. Studi

Eksperimental Pemurnian Garam NaCl Dengan Cara Rekristalisasi. Unitas. Volume

11, No.2.

Tokyokura, K and Aoyama, Y.. 1982. Jace Design Manual series crystallization vol I. Osaka:

Jace I Research Centre.

Tokyokura, K and Aoyama, Y.. 1984. Jace Design Manual series crystallization vol III.

Osaka: Jace I Research Centre.

Tokyokura, K.. 1985. Industrial Crystallization. Amsterdam: North-Holland.

LAPORAN SEMENTARA

MATERI : KRISTALISASI

KELOMPOK : I / RABU

ANGGOTA : 1. ARINA HASBANA AHMAD (21030111120019)

2. GIVENI CHRISTINA SILAEN (21030111140155)

3. HUTOMO PRESANDITYAR (21030111130081)

4. MUTIA ANISSA MARSYA (21030111140160)


UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG

2013

1. Mengukur densitas

Berat picno kosong 25 mL = =16,41 gr

Berat picno + larutan =

1) 43,26 gr

2) 43,46 gr

3) 43,26 gr

4) 43,43 gr

5) 43,43 gr

6) 43,48 gr

7) 43,50 gr

8) 43,47 gr

9) 43,48 gr

10) 43,46 gr

11) 43,62 gr

12) 43,62 gr

13) 43,58 gr

14) 43,68 gr

15) 43,62 gr

16) 43,75 gr

17) 43,6 gr

18) 43,6 gr

19) 43,6 gr

larutan =

, ,

= , gr m

T saturator tank = ˚C

T kristaliser = ˚C

2. Flowrate 3,6 mL/s

V slurry = 676 mL

aktu tinggal = olume

flo rate =

, menit = menit

3. Flowrate 4,5 mL/s

V slurry = 1169 mL

aktu tinggal = olume

flo rate =

, menit = menit

3,6 mL/s 4,5 mL/s

0,425 mm 0,19 gr 0,42 gr

0,25 mm 0,33 gr 0,30 gr

0,15 mm 0,28 gr 0,53 gr

lewat 0,15 mm 0,64 gr 1,14 gr

Semarang, 9 Oktober 2013

Praktikan, Asisten Laboratorium,

Arina Giveni Hutomo Mutia Selamet Dwi Y.

LEMBAR PERHITUNGAN

I. Densitas ( ) rata-rata

1. Pada flowrate 3,9 mL/s dan 4,2 mL/s

rata-rata = 1,0808 gr/mL





II. Menghitung flowrate (Q) dan waktu tinggal

a. Q = 3,2 mL/s

Waktu tinggal = 5000 mL/3,3 mL/s = 1515,15 s = 25,25 menit

Waktu steady state = 3 x waktu tinggal = 3 x 25,25 menit = 75 menit

b. Q = 3,6 mL/s


Waktu steady state = 3 x waktu tinggal = 3 x 23,14 menit = 69,44 menit

= 1 jam 9 menit

c. Q = 3,9 mL/s



= 1 jam 4 menit

d. Q = 4,2 mL/s



e. Q = 4,5 mL/s



f. Q = 4,8 mL/s



III. Derajat Saturasi

Flowrate

(mL/s)

T Saturator

(˚C)

T Kristaliser

(˚C)

S Saturator

(gr/100 cc air)

S Kristaliser

(gr/100 cc air) ΔC

3,3 56 41 54,6 46,7 0,0789

3,6 55 43 55,7 47,9 0,0777

3,9 55 40 55,7 46,1 0,096

4,2 55 40 55,7 46,1 0,096

4,5 55 43 55,7 47,9 0,0777

4,8 52 40 53,6 46,7 0,075

IV. Perhitungan Produk Teoritis

ω teoritis = ΔC . flowrate . aktu pengambilan . larutan

= (0,077 gr/cm3 air) (5 menit x 60) (3,6 mL/s) (1,087 gr/mL)

= 91,21 gr/5 menit

ω praktis = 1,44 gr/5 menit = 0,288 gr/menit

% error = ω teoritis-ω praktis

ω teoritis % =

, - ,

, % = , %

Flowrate

(mL/s)

ω Teoritis

(gr/menit)

ω Praktis

(gr/menit) % error

3,3 16,81 0,138 99,18%

3,6 18,24 0,288 98,42%

3,9 24,27 0,038 99,84%

4,2 26,14 0,186 99,29%

4,5 22,804 0,494 97,83%

4,8 23,328 0,404 98,26%

V. Perhitungan Jumlah Kristal (CSD)

umlah kristal = massa kristal

r

kristal

Diameter partikel

(mm)

Massa Kristal

3,3 3,6 3,9 4,2 4,5 4,8

>0,425 0,13 0,19 0,01 0,06 0,47 0,54

0,25-0,425 0,11 0,33 0,01 0,13 0,38 0,28

0,15-0,25 0,14 0,28 0,02 0,46 0,53 0,37

<0,15 0,31 0,64 0,15 0,28 1,14 0,83

D = , = , mm

D = , ,

= , mm

D = , ,

= , mm

D = ,

= , mm

Diameter rata-rata

D

(mm) D

(mm)

3,3 mL/s 3,6 mL/s 3,9 mL/s

N ln N N ln N N ln N

>0,425 0,601 1059 6,96 1539 7,33 81 4,39

0,25-0,425 0,3375 5062 8,53 15090 9,62 460 6,13

0,15-0,25 0,2 30962 10,34 61526 11,02 4420 8,393

<0,15 0,106 460513 13,04 944614 13,76 22670 12,31

D

(mm) D

(mm)

4,2 mL/s 4,5 mL/s 4,8 mL/s

N ln N N ln N N ln N

>0,425 0,601 489 6,192 3401 8,13 4401 8,39

0,25-0,425 0,3375 5979 8,69 17376 9,76 12886 9,46

0,15-0,25 0,2 101659 11,52 116460 11,67 81829 11,31

<0,15 0,106 415639 12,93 1682594 14,33 1232987 14,02

Setyopratomo, Siswanto, Ilham, Studi Eksperimental Pemurnian Garam

17

STUDI EKSPERIMENTAL PEMURNIAN GARAM

NACL DENGAN CARA REKRISTALISASI

Puguh Setyopratomo, Wahyudi Siswanto dan Heru Sugiyanto Ilham

Jurusan Teknik Kimia, Universitas Surabaya

Abstrak

Kristalisasi dari larutan dikategorikan sebagai salah satu prosespemisahan yang efisien. Secara umum, tujuan dari proses kristalisasiadalah menghasilkan produk kristal dengan kualitas seperti yangdiharapkan. Kualitas kristal yang dihasilkan dapat ditentukan dariparameter-parameter produk yaitu distribusi ukuran kristal),kemurnian kristal dan bentuk kristal. Salah satu syarat terjadinyakiristalisasi adalah terjadinya kondisi supersaturasi. Kondisisupersaturasi adalah kondisi dimana konsentrasi larutan berada diatas harga kelarutannya. Kondisi supersaturasi ini dapat dicapaidengan cara penguapan, pendingin atau gabungan keduanya. Terdapatdua phenomena penting pada proses kristalisasi yaitu pembentukaninti kristal (nukleasi) dan pertumbuhan kristal (crystal growth ). Daripenelitian didapatkan bahwa garam yang berasal dari tambakmempunyai kandungan NaCl sebesar 88,38 %. Melalui prosespencucian dan rekristalisasi maka kualitas garam tersebut dapatditingkatkan dengan meningkatnya kandungan NaCl hingga99,01 %.

Kata kunci : crystallization, purification, sodiun chloride

PENDAHULUANKristalisasi memegang peranan yang sangat penting dalam

industri kimia. Hal ini mengingat kurang lebih 70 % dari produk-produkkimia dihasilkan dalam bentuk padatan/kristal. euntungan darimenghasilkan produk dalam bentuk padatan antara lain adalah biaya

Unitas, Maret 2003 - Agustus 2003, Vol. 11 no.2

18

transportasi lebih murah, padatan lebih tahan terhadap kerusakan akibatterjadinya dekomposisi dan bentuk padatan lebih memudahkan dalampengepakkan dan penyimpanannya.

Kristalisasi dikatagorikan sebagai salah satu proses pemisahanyang efisien. Pada umumnya tujuan dari proses kristalisasi adalah untukpemisahan dan pemurnian. Adapun sasaran dari proses kristalisasi adalahmenghasilkan produk kristal yang mempunyai kualitas seperti yangdiinginkan. Kualitas kristal antara lain dapat ditentukan dari tigaparameter berikut yaitu : distribusi ukuran kristal (Crystal SizeDistribution, CSD), kemurnia kristal (crystal purity) dan bentuk kristal(crystal habit/shape).

Pada proses kristalisasi kristal dapat diperoleh dari lelehan (meltcrystallization) atau larutan (crystallization from solution). Dari keduaproses ini yang paling banyak dijumpai di industri adalah kristalisasidari larutan.

Tujuan penelitian ini adalah mempelajari efektifitas pemurniangaram NaCl dengan cara rekristalisasi.

TEORIMekanisme kristalisasi

Kristalisasi dari larutan terdiri dari dua phenomena yang berbeda: pembentukan inti kristal/nukleasi (nucleation) dan pertumbuhan kristal(crystal growth). Baik nukleasi maupun pertumbuhan kristal memerlukankondisi supersaturasi dari larutannya. Supersaturasi didefinisikan sebagaiperbedaan antara konsentrasi aktual dalam larutan dan konsentrasi dimanafasa cair secara termodinamik berkesetimbangan dengan fasa padat(kelarutan).


19

Keadaan supersaturasi dapat diperoleh dengan beberapa carayaitu : dengan perubahan suhu (pendinginan untuk sistem yang gradienkurva kelarutannya positif atau pemanasan untuk sistem yang gradienkurva kelarutannya negatif), dengan pemisahan pelarut (biasanya denganpenguapan) atau dengan penambahan bahan tertentu (drowning-outagent).

Pada diagram konsentrasi terhadap suhu , kelarutan suatu bahandigambarkan sebagai kurva kelarutan (solubility). Kelarutan suatu bahanada yang naik terhadap kenaikan suhu (gradien positif), tetapi ada jugayang turun terhadap kenaikan suhu (gradien negatif). Ada bahan yanggradien kurva kelarutannya sangan besar, tetapi juga ada yang gradienkurva kelarutannya kecil. Semua sifat-sifat tadi ikut menentukanpemilihan metode kristalisasi yang akan digunakan.

Daerah di bawah kurva solubility adalah daerah undersaturated,sehingga daerah ini dikatagorikan daerah stabil karena pada daerah initidak akan terjadi peristiwa pembentukan inti kristal (nukleasi). Kurvasupersolubility adalah batas dimana nukleasi spontan mulai terjadi.Daerah antara kurva solubility dan supersolubility disebut metastablezone. Kedudukan kurva supersolubility dapat bergeser tergantungbeberapa variabel proses, sehingga lebar daerah metastabil (metastablezone width) juga bisa berubah-ubah. Pada daerah metastabil ini bisaterjadi nukleasi sekunder. Daerah diatas kurva supersolubility disebutdaerah labil karena pada daerah ini nukleasi spontan pasti terjadi yangmengakibatkan konsentrasi turun dan membawa kondisi keluar daridaerah ini.


20

Nukleasi (nucleation)Nukleasi adalah terbentuknya inti kristal yang muncul dari

larutan. Teori nukleasi menyatakan bahwa ketika kelarutan dari larutantelah dilewati (supersaturated), molekul-molekul mulai mengumpul danmembentuk cluster. Cluster tersebut akhirnya akan mencapai ukurantertentu yang disebut critical cluster. Penambahan molekul lebih lanjutke critical cluster akan melahirkan inti kristal (nucleus). Untuk menjadiinti kristal yang stabil maka cluster harus mempunyai ketahanan terhadapkecenderungan unutk melarut kembali dan terorientasi pada latticetertentu. Klasifikasi nukleasi digambarkan dengan skema sebagaiberikut :

Gambar 1 : Skema Klasifikasi NukleasiNukleasi primer adalah nukleasi pada sistem yang tidak

mengandung kristal. Nukleasi spontan adalah nukleasi dalam larutanlewat jenuh yang terbebas dari padatan kristal adatu padatan lainnya.Sedangkan nukleasi heterogen adalah nukleasi dalam larutan lewat jenuhdi mana terdapat substansi padatan asing dalam larutan.

Kinetika nukleasi secara umum dapat digambarkan olehpersamaan empirik berikut :

( )bCNKB ∆= ………………………………(1)

Nukleasi

Sekunder(dipengaruhi oleh kristal)Primer

Heterogen(dipengaruhi partikel asing)

Homogen(spontan)


21

dimana :B : laju nukleasiKN : konstanta laju nukleasi∆C : supersaturasi (∆C = C – C* ; C* : kelarutan)b : konstanta empiris (umumnya : 2 – 5)

Pertumbuhan Kristal (crystal growth)Tahap berikutnya dalam proses kristalisasi adalah inti bertumbuh

menjadi lebih besar dengan penambahan molekul solut dari larutan lewatjenuh. Phenomena ini disebut pertumbuhan kristal (crystal growth).

Berthoud (1912) dan Valeton (1924) menggambarkan modelpertumbuhan kristal dengan model pertumbuhan dua tahap, yaitu prosesdifusi, di mana molekul solut berpindah dari bulk fase liquid ke permukaansolid, diikuti tahap reaksi orde satu, di mana molekul solut menyusundirinya dalam geometri kristal (crystal lattice). Daya dorong terjadinyakedua tahap ini adalah perbedaan konsentrasi, yang dapat ditunjukkanoleh persamaan sebagai berikut :

)( CiCAkddtdm

−⋅⋅= …………………….(2)dan

*)( CCiAkrdtdm

−⋅⋅= …………………….(3)di mana :

m : masa padatan yang terdeposit selama waktu tC : konsentrasi solut dalam larutanCi :konsentrasi solut pada bidang antarfasa kristal-larutanC* : konsentrasi jenuh kesetimbangankd : koefisien perpindahan massa difusikr : konstanta laju reaksi permukaan


22

Secara skematik model pertumbuhan dua tahap ini digambarkan padaGambar 3

C i

C*

C b

Cb - Ci = drivingforce untuk difusi

Ci - C* =driving forceuntuk integrasi

Konsentrasi

Stagnant Film Badan larutan

C R

Y S

T A

L

Gambar 2 : Driving Force Konsentrasi dalam Teori Difusi-reaksi

Persamaan (2) dan (3) sulit untuk diterapkan dalam prakteknyakarena mengandung konsentrasi antarfasa (interfacial) yang sulit diukur.Biasanya lebih disukai bentuk yang mengeliminasi mengeliminasi Cidengan menetapkan driving force overall, C - C*, yang lebih mudahdiukur. Persamaan umum untuk laju pertumbuhan kristal berdasarkandriving force overall tersebut adalah :

*)( CCbAKGdtdm

−⋅⋅= ..…………………(4)di mana KG adalah koefisien laju pertumbuhan kristal overall, yang jugadapat dituliskan dalam bentuk :

rkdkrkdk

GK +

⋅= …………………………...(5)


23

Nukleasi dan pertumbuhan kristal berlangsung secara simultan,dan keduanya seolah berkompetisi dalam mengontrol distribusi ukurankristal yang dideroleh. Karena pada nukleasi supersaturasi berorde lebihtinggi dari laju pertumbuhan kristal, maka kristalisasi pada tingkatsupersaturasi yang tinggi akan cenderung menghasilkan kristal dengandistribusi ukuran yang akan didominasi oleh ukuran yang kecil.

Pengotor (Impurities)Pengotor yang ada pada kristal terdiri dari dua katagori, yaitu

pengotor yang ada pada permukaan kristal dan pengotor yang ada didalam kristal. Pengotor yang ada pada permukaan kristal berasal darilarutan induk yang terbawa pada permukaan kristal pada saat prosespemisahan padatan dari larutan induknya (retention liquid). Pengotorpada permukaan kristal ini dapat dipisahkan hanya dengan pencucian.Cairan yang digunakan untuk mencuci harus mempunyai sifat dapatmelarutkan pengotor tetapi tidak melarutkan padatan kristal. Salah satucairan yang memenuhi sifat diatas adalah larutan jenuh dari bahan kristalyang akan dicuci,namun dapat juga dipakai pelarut pada umumnya yangmemenuhi kriteria tersebut. Adapun pengotor yang berada di dalam kristaltidak dapat dihilangkan dengan cara pencucian. Salah satu cara untukmenghilangkan pengotor yang ada di dalam kristal adalah dengan jalanrekristalisasi, yaitu dengan melarutkan kristal tersebut kemudianmengkristalkannya kembali. Salah satu kelebihan proses kristalisasidibandingkan dengan proses pemisahan yang lain adalah bahwa pengotorhanya bisa terbawa dalam kristal jika terorientasi secara bagus dalamkisi kristal.

Chucky

Highlight


24

METODOLOGIPada penelitian ini garam yang akan dimurnikan didapat dari

tambak. Garam tambak tersebut mula-mula dicuci terlebih dahulu denganlarutan jenuh garam NaCl. Tujuan dari pencucian ini adalah untukmemisahkan pengotor-pengotor yang ada pada permukaan kristal.Selanjutnya dibuat larutan jenuh dari garam yang telah dicuci tersebut.Larutan jenuh garam NaCl ini selanjutnya dipanaskan dari suhu kamarsampai titik didihnya di dalam kristaliser batch dengan volume 1,5 liter.Setelah mencapai titik didihnya pemanasan dilakukan terus sehinggaterjadi penguapan air dan kristalisasi garam dari larutan. Pemanasandilakukan dengan menggunakan oli pemanas yang berada di dalam jacketkristaliser. Selama proses kristalisasi dilakukan pengadukan padakecepatan 300 – 500 rpm dan pencatana suhu larutan dari waktu kewaktu. Pada akhir percobaan kristal yang terbentuk dipisahkan darilarutan induknya dengan cara penyaringan. Kristal yang telah terpisahkanselanjutnya dikeringkan dengan menggunakan udara sekitar. Selanjutnyadilakukan analisa kandungan pengotor (impurities) dari kristal yang sudahkering tersebut dengan metode spektrofotometri dan titrasikompleksometri. Dari hasil analisa kandungan impurities ini selanjutnyaditentukan kadar NaCl dalam garam. Pada tahap akhir dilakukanpengayakan terhadap kristal yang sudah kering untuk mengetahuidistribusi ukuran kristal dan rata-rata ukuran kristal. Dari harga rata-rata ukuran kristal ini dapat diketahui laju pertumbuhan kristalnya (crystalgrowth rate).

HASIL DAN DISKUSIKemurnian garam

Kadar NaCl dan pengotor dari umpan (garam tambak), garam


25

tambak tercuci dan garam hasil rekristalisasi dapat dilihat pada Tabel-1berikut :

Dari Tabel-1 di atas terlihat bahwa pencucian berperanan cukup besardalam meningkatkan kandungan NaCl karena pencucian dapatmenurunkan kadar pengotor. Hal ini menunjukkan bahwa cukup besarpengotor yang berada pada permukaan garam yang diperleh langsungdari tambak. Pada tahap berikutnya dengan rekristalisasi kandunganpengotor dapat diturunkan lagi sampai harga yang cukup kecil sehinggadidapatkan garam dengan kandungan NaCl mencapai 99,01 %. Padatahap rekristalisasi ini pengotor-pengotor yang berada /terperangkap didalam kristal akan terlepaskan dari kristal karena pelarutan kristal.Selanjutnya proses kristalisasi mempunyai selektifitas yang cukup tinggisehingga kadar pengotor yang masih berada dalam kristal yang dihasilkancukup kecil.

Laju Pertumbuhan Kristal (crystal growth rate)Salah satu phenomena yang penting dari kristalisasi adalah

pertumbuhan kristal. Tahap ini sangat berperanan dalam menghasilkandistribusi ukuran kristal. Menurut teori difusi-reaksi pertumbuhan kristaldapat dikontrol oleh tahap difusi atau reaksi. Jika tahap yang mengontroladalah tahap difusi maka laju pertumbuhan kristal dapat ditingkatkandengan meningkatkan laju pengadukan. Meningkatnya laju pengadukan

JENIS GARAM %

NaCl

%

MgCl2

%

MgSO4

%

CaSO4

%

Insoluble

Garam tambak 88,38 1,47 1,65 0,29 8,20

Garam tercucian 94,71 0,65 0,47 0,25 3,92

Garam kristalisasi 99,01 0,10 0,03 0,05 0,82


26

akan meningkatkan harga bilangan Reynold dari sistem dan akanmengurangi tebal lapisan film. Dengan menurunnya tebal lapisan filmini akan meningkatkan koefisien difusi zat terlarut (kd) maupun koefisienoverall (KG) yang berarti akan meningkatkan laju pertumbuhan kristal.

Tabel-2 berikut menyajikan data yang diperoleh dari percobaandengan kecepatan pengadukan yang berbeda. T nukleasi adalah menit(dihitung mulai awal percobaan) saat nukleasi pertama terjadi. SedangkanT akhir adalah menit pada saat percobaan dihentikan. Jadi selisih antaraT akhir dan T nukleasi adalah merupakan rentang waktu yang digunakanuntuk pertumbuhan kristal.

Tabel-2 : Laju Pertumbuhan Kristal

Kecepatan pengadukan

Diameter rata-rata kristal (µm)

T nukleasi 134 menit T akhir 230 menit

300 rpm

301,2

laju pertumbuhan kristal

3,2 (µm/menit)


400 rpm

296,2


2,8 (µm/menit)


500 rpm

294,0


2,5 (µm/menit)


27

Dari data percobaan yang disajikan dalam Tabel-2 di atas terlihatbahwa meningkatnya laju pengadukan tidak mengakibatkan meningkatnyalaju pertumbuhan kristal. Dengan demikian hasil ini menunjukkan bahwalaju pertumbuhan pada kristalisasi garam NaCl tidak dikontrol oleh tahapdifusi.

KESIMPULANKesimpulan yang dapat diambil adalah sebagai berikut :1. Pencucian berperanan cukup besar dalam meningkatkan kandungan

NaCl karena pencucian dapat menurunnkan kadar pengotor. Halini menunjukkan bahwa cukup besar pengotor yang berada padapermukaan garam yang diperleh langsung dari tambak

2. Dengan rekristalisasi kandungan pengotor dapat diturunkan lagisampai harga yang cukup kecil sehingga didapatkan garam dengankandungan NaCl mencapai 99,01 %.

3. Laju pertumbuhan pada kristalisasi garam NaCl tidak dikontrol olehtahap difusi.

DAFTAR PUSTAKADe Haas, M.P., 1999. Eutectic Freeze Crystallization. experimental

research on the separation of acid KNO3-HNO3-H2O-solutionin a 15 liter Cooled Disc Column Crystallizer. Laboratory ForProcess Equipment. TU Delft.

Geankoplis, C.J. 1993. Transport Processes and Unit Operations, edisi3, halaman 737-747. Prentice-Hall, Inc.

Industrial Crystallization and Precipitation Workshop.1998. The AJParker Cooperative Research Centre for Hydrometallurgy and TheTechnical University of Delft.


28

Kirt-othmer. 1991. Encyclopedia of Chemical Technology, Volume XXI,halaman 865-903. U.S.A. : John Willey and Sons.

Mc Cabe, W.L., Smith, J.C., Harriott, Peter. 1976. Unit Operations ofChemical Engineering, edisi 5, halaman 894-899. New York :Mc Graw-Hill Book Company.

Mullin, J.W. 1993. Crystallization, 3rd edition. Butterworth-HeinemannLtd.

Sedivy, V.M.1993. Purification of Salt for Chemical and HumanConsumption. Krebs Swiss. Zurich. Swittzerland.

DIPERIKSA KETERANGAN TANDA TANGAN

NO TANGGAL

1.

2.

12/12/2013

16/12/2013

-Halaman judul

-Intisari

-Penyusunan lampiran

-Gambar dan grafik

-Judul bab

-Footer

-Prosedur percobaan

-Laporan sementara

-Referensi

-EYD

kristalisasi

Documents