peralatan industri

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:


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.


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)


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:


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.


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


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


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).


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


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


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


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:

Butterworth-Henemann.

Myerson, Alan S. (2001). HandBook of Industrial

Crystallization. Elsevier Science & Technology Books.

Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Petter Harriot. (1993).

Operasi Teknik Kimia (Jilid 2, 4th ed).

http://www.niroinc.com/evaporation_crystallization.asp

http://en.wikipedia.org/wiki/Crystallization


http://en.wikipedia.org/wiki/Crystallization

http://www.niroinc.com/evaporation_crystallization.asp

peralatan industri

Documents