Kristalisasi Proses Kristalisasi secara sederhana

BAB I KAJIAN TEORI

I. Kristalisasi

Kristalisasi ialah Proses pembentukan bahan padat dari pengendapan larutan, melt campuran leleh, atau lebih jarang pengendapan langsung dari gas. Kristalisasi juga merupakan teknik pemisahan kimia antara bahan padat-cair, di mana terjadi perpindahan massa mass transfer dari suat zat terlarut solute dari cairan larutan ke fase kristal padat. Kristalisasi juga merupakan metode pemisahan untuk memperoleh zat padat yang terlarut dalam suatu larutan. Dasar metode ini adalah kelarutan bahan dalam suatu pelarut dan perbedaan titik beku. Contoh proses kristalisasi : pembuatan gula pasir dari jus tebubeet, pembuatan kristal pupuk dari larutan induknya, dll. Kristalisasi dapat dilakukan dengan pendinginan, penguapan, dan penambahan solvent bahan kimia. Kristalisasi dapat memisahkan suatu campuran tertentu dari larutan multi komponen sehingga didapat produk dalam bentuk kristal. Kristalisasi dapat juga dipakai sebagai salah satu cara pemurnian karena lebih ekonomis. Operasi kristalisasi terbagi menjadi: 1. Membuat larutan supersaturasi lewat jenuh 2. Pembuatan inti kristal 3. Pertumbuhan Kristal II. PEMBAGIAN TAHAPAN OPERASI KRISTALISASI II.1. Membuat Larutan Lewat Jenuh Bila larutan telah mencapai derajat saturasi tertentu, maka di dalam larutan akan terbentuk zat padat kristaline. Oleh sebab itu derajat supersaturasi larutan merupakan faktor terpenting dalam mengontrol operasi kristalisasi. Cara mencapai supersaturasi:  Pendinginan Yaitu mendinginkan larutan yang akan dikristalka sampai keadaan supersaturasi dimana konsentrasi larutan lebih besar dari konsentrasi larutan jenuh pada suhu tersebut.  Penguapan Solvent Larutan disiapkan dalam evaporator untuk dipekatkan, lalu dikristalkan dengan pendingn. Cara ini digunakan untuk zat yang mempunyai kurva kelarutan agak dalam.  Evaporasi Adiabatis Larutan dalam keadaan panas bila dimasukan ke dalam ruang vacuum, maka terjadi penguapan dengan sendirinya, sebab tekanan totalnya menjadi lebih rendah dari tekanan uap solvent pada suhu itu. Penguapan dan turunya suhu disertai kristalisasi.  Penambahan zat lain yang dapat menurunkan kelarutan zat yang akan dikristalisasi, misalnya larutan NaOH ditambah gliserol, maka kelarutan NaOH menjadi turun dan larutan NaOH mudah diendapkan.

II.2. Pembentukan Inti Kristal

Pembentukan Inti Kristal secara sistematis : Gambar 1: Pembentukan Inti Kristal 1. Primary Nukleus Proses pembentukan inti kristal karena larutan telah mencapai derajat supersaturasi yang cukup tinggi.  Homogen Nukleus Nukleus disini 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. 2. Secondary Nukleus Contact Nucleation Pembentukan inti kristal dengan akibat dari :  Tumbukan antarkristal induk  Tumbukan antar kristal dengan katalisator  Gerakan antara permukaan kristal yang relatif lebih kecil. Dinyatakan dengan persamaan : N = a L b ¨C c Pd Dimana : N : jumlah nukleus yang terbentu numberjam L : ukuran kristal induk mm ¨C : derajat supersaturasi larutan mollt atau o C P : power dari pengaduk Hp a,b,c,d : konstanta-konstanta Jika : 1. L maka jumlah kristal yang terbentuk juga semakin besar, krisatal makin besar menyebabkan kemungkinan tumbukan semakin banyak. Pecahan bagian kecil dari kristal menyebabkan terbentuknya inti kristal. 2. ¨C maka jumlah kristal yang terbentuk juga semakin banyak. Derajat saturasi makin besar maka semaikn besar pula kemungkinan terbentuk inti kristal baru. 3. P maka gaya gesekan partikel larutan juga semakin besar sehingga kemungkinan terjadinya tumbukan partikel semakin besar, maka inti kristal yang terbentuk juga semakin besar jumlahnya. Dalam percobaan, Miers membuat larutan supersaturasi melalui pendingin setelah melalui kurva saturasi A-B sampai pada kondisi kristalisasi mulai terbentuk inti kristal titik ke F. kurva larutan murni dua komponen tanpa feeding, artinya inti kristal yang terbentuk primary homogen nuklei mulai terbentuk dengan terbentuknya inti kristal yang selanjutnya tumbuh maka konsentrasi solute dalam larutan akan turun dari F ke G. Untuk beberapa sistem tertentu yang viskositasnya tinggi, kurva primary homogen nuklei tetap jenuh daripada kurva saturasi. Dengan kata lain diperlukan konsentrasi lebih tinggi untuk membuat primary homogen nukleasi. Hal ini sangat tidak rfisien secara teoritis dan ekonomi. Karena itu dalam kondisi industri dikenal sistem seeding pemberian kristal nuklei. Nukleasi ini disebut secondary nukleasi. Penambahan larutan supersaturasi melaui pendinginan setelah melalui kurva saturasi AB. Pada konsentrasi ini di titik baru akan terbentuk inti kristal. Tetapi mengingat efisiensi secar ekonomis, penambahan kristal pada sistem ini akan memperoleh penghematan.

II.3. Pertumbuhan Kristal

Umumnya kristal yang berukuran 100 kecepatan tumbuhnya tidak tergantung pada ukuran dan dapat dinyatakan dengan : r = a ¨C b di mana : r : kecepatan tumbuhnya kristal ¨C : derajat saturasi molL a,b : kontanta Derajat saturasi o C merupakan faktor terpenting dalam proses pertumbuhan kristal. Larutan yang berderajat saturasi tinggi, perbedaan konsentrasi antara permukaan kristal dengan permukaan akan tinggi sehingga r dan ¨C juga semakin tinggi.

III. Proses Kristalisasi secara sederhana

Seperti dijelaskan pada pendahuluan di atas, proes kristalisasi dimualai dengan menambahkan senyawa yang akan dimurnikan dengan pelarut panas sampai kelarutan senyawa tersebut berada pada level super jenuh. Pada keadaan ini, bila larutan tersebut didinginkan, maka mlekul-molekul senyawa terlarut akan saling menempel, tumbuh menjadi kristal-kristal yang akan mengendap di dasar wadah. Sementara kotoran- kotoran yang terlarut tidak ikut mengendap. Pembentukkan kristal itu sendiri terdiri dari dua tahap. Tahap pertama adalah nukleasi primer atau pembentukkan inti, yaitu tahap dimana kristal-kristal mulai tumbuh namun belum mengendap. Tahap ini membutuhkan keadaan superjenuh dari zat terlarut. Saat larutan didinginkan, pelarut tidak dapat “menahan” semua za-zat terlarut, akibatnya molekul-molekul yang lepas dari pelarut saling menempel, dan mulai tumbuh menjadi inti kristal. Semakin banyak inti-inti yang bergabung, maka akan semakin cepat pula pertumbuhan kristal tersebut. Tahap kedua setelah nukleasi primer adalah nukleasi sekunder. Pada tahap ini petumbuhan kristal semakin cepat, yang ditandai dengan saling menempelnya inti-inti menjadi kristal-kristal padat. D a l a m p r o s e s k r i s t a l i s a s i d i s i n i , k i t a m e n g g u n a k a n a l a t ya n g dinamakan dengan crystallizer. Crystallizer adalah alat yang digunakan untuk memperoleh atau membuat kristal dari larutannya. Oleh karenaitu, larutan yang akan dikristalisasi harus dibuat lewat jenuh terlebih d u l u d e n g a n j a l a n p e n g u a p a n a t a u p e n d i n g i n a n . K r i s t a l i s a s i t i d a k d a p a t t e r j a d i t a n p a s u p e r s a t u r a s i t e r l e b i h d a h u l u , d i m a n a c a r a memperoleh saturasi ini tergantung dari kelarutannya. IV. JENIS - JENIS KRISTALIZER IV.1. Oslo Surface Cooled Crystalizer