BAHAN KULIAH

OTK III

KRISTALISASI

DOSEN PENGAMPU

Ir.Hj.Laila Faizah MKes

CRYSTALLIZERA. Pengertian

Kristalisasi atau penghabluran (crystallzation) ialah peristiwa

pembentukan partikel-partikel zat padat (kristal) di dalam suatu fase

yang homogen. Kristalisasi merupakan metode yang praktis untuk

mendapatkan bahan-bahan kimia murni dalam kondisi yang memenuhi

syarat baik untuk pengemasan ataupun untuk penyimpanan.

Dalam proses kristalisasi disini, kita menggunakan alat yang

dinamakan dengan crystallizer. Crystallizer adalah alat yang digunakan

untuk memperoleh atau membuat kristal dari larutannya. Oleh karena

itu, larutan yang akan dikristalisasi harus dibuat lewat jenuh terlebih

dulu dengan jalan penguapan atau pendinginan. Kristalisasi tidak

dapat terjadi tanpa super saturasi terlebih dahulu, dimana cara

memperoleh saturasi ini tergantung dari kelarutannya. Sebagai contoh

misalnya NaNO3, untuk memperoleh super saturasi dan kristalisasi

dapat dilakukan dengan :

pendinginan tanpa penguapan

penguapan tanpa pendinginan

kombinasi penguapan dan pendinginan (adiabatic)

B. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Proses Kristalisasi

1. Kecepatan kristalisasi

Kecepatan kristalisasi meliputi :

a. Pembentukan inti kristal

b. Pertumbuhan kristal

Terjadinya inti kristal dapat dipertinggi dengan :

pendinginan yang cepat

pengadukan yang baik

memakai larutan yang murni

temperature yang tinggi

konsentrasi yang tinggi

pemberian kristal halus sebagai bibitan

2. Hasil kristalisasi

Hasil kristalisasi tergantung dari prosesnya. Apabila proses

kristalisasi berjalan cepat maka kristal yang terjadi halus.

Sebaliknya bila proses kristalisasi berjalan lambat maka kristal

yang terbentuk kasar (besar).

3. Kemurnian dan ukuran kristal

Pada proses kristalisasi harus dihindarkan adanya pencucian

kristal yang dihasilkan. Hal ini terutama bagi kristal yang mudah

larut dan kristal yang bersifat hidroskopis. Untuk ini lebih baik

larutan yang akan dikristalkan dibuat semurni mungkin sehingga

pada kristalisasi akan diperoleh kristal yang lebih bersih.

4. Energi yang diperlukan

Pada kristalisasi energi diperlukan untuk penguapan sampai

diperoleh larutan yang lewat jenuh. Untuk kristaliser yang bekerja

secara adiabatic (tidak memerlukan energi dari luar) biasanya

menggunakan penguapan disertai pendinginan atau dengan

memakai vacuum.

5. Uniformity (keseragaman ukuran)

Kristal yang uniform dapat diperoleh dengan menambahkan

kristak halus pada larutan yang telah lewat jenuh. Disini kristal

halus tersebut berfungsi sebagai inti kristal (bibitan). Kristal yang

uniform akan memberikan keseragaman dalam proses berikutnya

terhadap kristal tersebut. Disamping itu kristal yang uniform

menunjukkan bahwa proses pembuatanyya sangat teliti sehingga

akan lebih menarik.

C. Klasifikasi Peralatan Kristalisasi

Berdasarkan cara memperoleh super saturasi, peralatan kristalisasi

diklasifikasikan sebagai berikut :

Super saturasi diperoleh dengan pendinginan tanpa penguapan :

Tank Crystallizer

Swenson Walker Crystallizer

Crystal Cooling Crysyallizer

Super saturasi diperoleh dengan penguapan tanpa pendinginan :

Crystal Evaporator Crystallizer

Strike Pans

Super saturasi diperoleh dengan kombinasi penguapan dan

pendinginan adiabatic :

Swenson Vacum Crystallizer

Crystal Vacum Crystallizer

D. Macam-Macam Peralatan Kristalisasi

1. Agitated Batch Crystallizer

Merupakan type yang kuno, beroperasi secara batch dan

sebagai pendingin dipakai air yang dialirkan di dalam pipa-pipa

pendingi yang ada di dalam bejana.

Kerugiannya :

Proses secara batch sehingga banyak waktu untuk

bongkar pasang

Pada koil terjadi kritalisasi paling cepat atau banyak

Pemeliharaan dan pembersihannya lebin sulit

Gambar 1. Agitated Batch Crytallizer

Cara kerja :

Air akan mengalir sepanjang gulungan kawat. Pendingin dan

larutan digerakkan oleh baling-baling yang terdapat pada tanki.

Agitasi ini menunjukkan 2 fungsi, yaitu :

Hal ini akan menambah transfer panas serta menjaga

temperatur larutan agar tetap sama.

Menjaga kebaikan kristal pada suspensi ini serta

memberikan kesempatan pembuatan yang lebih seragam

dari luar kristal yang terbentuk (agregat).

2. Swenson Walker Crystallizer

Biasanya digunakan untuk proses kristalisasi dengan

pendinginan. Sesuai dengan sifat kelarutan suatu zat di dalam

pelarut, maka kristalisasi dengan pendinginan ini hanya baik untuk

larutan yang perubahan kelarutanya cepat bila temperature sedikit

berubah. Alat ini berupa suatu larutan yang panjang dan berjaket,

dimana jaket tersebut untuk aliran air pendingin. Biasanya terdiri

dari beberapa ruas/unit yang masing-masing bersambungan saut

dengan yang lain membentuk kristaliser yang panjang. Biasanya

lebar = 24 inch dengan dasr semisilindris tiap = 10 ft.

Di dalam salurannya dilengkapi dengan pengaduk yang

horizontal sepanjang saluran. Pengaduk tersebut berupa suatu as

yang dilengkapi dengan pengaduk bentuk helic, yang mana

disamping fungsinya sebagai pengaduk (untuk membuat homogen)

juga untuk mengalirkan bahan sesuai dengan arus aliran helicnya.

Larutan masuk pada ujung yang satu dengan temperature

yang tinggi dan keluar pada ujung yang lain dengan temperature

yang relative rendah. Air pendingin dapat dialirkan da dalam jaket

secara cocurrent ataupun conter current.

Gambar 2. Penampang Swenson Walker Crystallizer

Cara Kerja :

Larutan masuk pada ujung yang satu dengan temperatur yang

tingi dan keluar pada ujung yang lain dengan temperatur relatif

rendah. Air pendingin dapat dialirkan di dalam jaket secara co-

current ataupun counter current. Di dalam salurannya dilengkapi

pengaduk yang horisontal sepanjang saluran. Pengaduk tersebut

berupa suatu as yang dilengkapi dengan pengaduk bentuk helic,

yang mana disamping fungsinya sebagai pengaduk (untuk

menjadikan larutan homogen) juga untuk mengalirkan bahan

sesuai dengan arus helicnya.

3. Crystal Cooling Crystallizer

Merupakan crystallizer dengan menggunakan air sebagai

media pendingin. Kadang-kadang digunakan juga larutan garam

sebagai media pendingin. Proses yang terjadi terdiri dari :

a. Pembentukan larutan lewat jenuh (super saturasi) :

Feed merupakan larutan jenuh yang tercampur dengan sisa

larutan dari tangki pengkristalan dilewatkan pada cooler,

karena adanya penurunan suhu maka dihasilkan larutan lewat

jenuh.

b.Pembentukan/pertumbuhan kristal :

Larutan lewat jenuh yang diperoleh dialirkan dalam tangki

kristalisasi sehingga terjadi kontak dengan inti kristal dan

terjadi pertumbuhan kristal. Sisa kristal setelah kristalisasi

disirkulasi kembali dicampur dengan feed yang masuk.

Gambar 3. Crystal Cooling Crystallizer

Cara Kerja :

1. Pembentukan larutan lewat jenuh(super saturasi):

Feed merupakan larutan jenuh yang tercampur dengan

sisa larutan dari tangki pengkristalan lewat jenuh pada

cooler,karena adanya penururnan suhu dihasilkan larutan

lewat jenuh.

2. Pembentukan/pertumbuhan kristal

Larutan jenuh yang diperoleh dialirkan dalam tangki

kritalisasi sehingga terjadi kontak dengan inti kristal dan

tejadi pertumbuhan kristal.Sisalarutan setelah dikristalisasi

disirkulasi kembali dicampur dengan feed yang masuk.

4. Evaporator Crystallizer

Digunakan untuk kristalisasi dengan penguapan non

adiabatic. Alat ini terdiri dari dua bagian yaitu :

a. Heat exchanger sebagai penguap dengan pemanas uap

b. Crystallizer yang berfungsi sebagai tempat kristalisasi

Kedua alat ini digabung menjadi satu sehingga merupakan

evaporator crystallizer. Disini super saturasi diperoleh dengan

penguapan di dalam evaporator, yang mana sebelum masuk ke

evaporator terlebih dulu dilewatkan heater yang dipanaskan

dengan uap dengan system shell side.

Gambar 4. Evaporator Crystallizer

Cara kerja :

Feed masuk pada T, kemudian masuk pada pemanas (heater),

dialirkan uap (steam yang berada diluar tabung. Kemudian

dikeluarkan pada kondensor bagian bawah dan dipompakan ke

bejana. Diatas evaporator ada penghisap U untuk mengkondisikan,

umumnya untuk mencapai supersaturasi. Kemudian jika sudah

jenuh turun pada bejana dan terjadi pertumbuhan kristal besar dan

dialirkan ke M. Kristal murni diperoleh dengan jalan centrifugasi.

Pada kristal keluarnya dipanaskan kembali pada heater bersama-

sama feed yang masuk dan disirkulasi kembali sehingga bekerja

secara kontinyu. Kristal hasil dan mother liquor dikeluarkan lewat M

untuk dipisahkan kristalnya dengan menggunakan separator atau

centrifuge.

5. Batch Vacum Crystallizer

Merupakan salah satu type dari Swenson Vacum Crystallizer.

Didalam tangki kristalisasi terdapat propeller yang dapat

menimbulkan olakan centrifugal dalam larutan pada kemiringan

yang sama. Dengan adnya olakan tersebut akan mengakibatkan

tumbuhnya kristal pada larutan yang lewat jenuh. Tangki kristalisasi

dibuat vacuum dengan menggunakan steam jet booster dan

kondensor. Boster diperlukan apabila suhu akhir dari magma di

bawah suhu yang seharusnya. Kondensor dilengkapi dengan

pompa vacuum yang digunakan juga untuk memindahkan udara

maupun gas-gas yang tak terkondensasikan.

Gambar 5. Batch Vacum Crystallizer

Cara kerja :

Feed masuk mencapai ketingggian tertentu, kran masuk ditutup. Di

dalam tangki terdapat propeller yang dijalankan sehingga

menimbulkan olakan-olakan centrifugal didalam kristal pada larutan

lewat jenuh. Tangki krital dibuat vacuum dengan menggunakan jet

bouster dan kondensor yang juga dipengaruhi oleh pompa vacuum.

Kemudian steam digunakan untuk mendorong uap ke vacuum

pompa. Yang sebelumnya dihisap oleh bouster dan dibuat vacuum,

untuk memperbesar vacuum menggunakan kondensor. Pada

kondensor digunakan atau dilengkapi pompa vacuum agar uap

yang tidak terkondensasi dihisap oleh pompa vacum. Setelah

penguapan tersebut larutan lewat jenuh sehingga mempengaruhi

pertumbuhan kristal. Kemudian kristal dikeluarkan dan lewat induk

dipisahkan dengan cara centrifugal.

6. Continuous Swenson Vacum Crystallizer

Operasi yang direncanakan dalam unit ini semua magma

disirkulasi dengan pompa melalui dasar tangki. Aliran yang keluar

dari pompa menimbulkan olakan yang berfungsi sebagai

pengadukan sehingga suhu dan konsentrasinya uniform.

Dengan adanya system vacuum maka uap meninggalkan

tangki menuju booster atau kondensor. Suhu larutan yang keluar

dari pompa sedikit lebih tinggi (+ 20F) dibanding suhu magma di

dalam tangki. Perbedaan suhu ini diatur dengan control terhadap

perbandingan antara feed dengan magma yang direcycle. Pipa

pengeluaran kristal dibuat miring ke atas dengan maksud apabila

sementara discharge ditutup, kristal akan kembali ke pipa

kristalisasi sehingga menyumbat aliran, untuk memberi

kesempatan pertumbuhan kristal. Pertumbuhan kriatal yang baik

terjsdi pada magma dengan density tinggi dan berkisar antara 20-

30% solid.

Gambar 6. Continuous Swenson Vacum Crystallizer

Cara kerja :

Sistem yang digunakan dalam operasi alat ini yaitu sistem

vaccum. Dengan adanya sistem vaccum maka uap meninggalkan

tangki menuju booster atau kondensor. Larutan umpan akan masuk

ke dalam pipa-turun sebelum disedot oleh pompa sirkulasi.

Cairan induk dan kristal ditarik keluar melalui pipa pengeluar

yang ditempatkan diatas pemasuk umpan didalam pipa-turun.

Cairan induk dipisahkan dari kristal didalam pemisah sentrifugal

kontinue, kristal dibawa keluar sebagai hasil atau untuk diolah lebih

lanjut, dan cairan induk didaurkan kembali kedalam pipa turun.

Sebagian cairan induk dikeluarkan dari sistem dengan pompa

untuk mencegah akumulasi ketakmurnian.

Crystallizer dilengkapi klasifikasi dan pemindahan inti kristal

ukuran kristal yang lebih kecil biasanya tidak diinginkan, sehingga

harus dicegah supaya tidak masuk dalam tangki kristalisasi dengan

jalan mengalirkan ke classifier. Untuk membantu pemisahan kristal

kecil agar tidak terikut keluar sebagai produk maka dialirkan larutan

jenuh dari bawah kaki cristallizer. Klasifikasi hanya efektif bila

jumlah pertumbuhan kristal dapat diatur. Untuk memindahkan inti

kristal yang tidak diinginkan (kelebihan inti kristal) maka magma

disirkulasi melalui separator. Dalam separator, kristal yang besar

mengendap kebawah yang kemudian bersama sama feed

disirkulasi kembali, sedang kristal yang kecil (inti kristal) bersama

sama cairan akan dikeluarkan.

7. Crystal Vacum Crystallizer

Feed dicampur dengan cairan yang direcycle dipompa ke

ruang penguap untuk diuapkan secara adiabatic sehingga terjadi

larutan lewat jenuh. Larutan tersebut mengalir melalui pipa ke

tangki kristalisasi sehingga terbentuk kristal di dalam tangki

kristalisasi, kemudian kristal dikeluarkan melalui dischargenya dan

cairannya direcycle.

Dengan alat ini ukuran kristal yang diinginkan dapat diatur

dengan mengatur kecepatan pompa sirkulasi. Kalau sirkulasinya

lambat maka kristal yang kecil-kecilpun akan larut mengendap.

Gambar 7. Crystal Vacum Crystallizer

Cara Kerja :

Feed dicampur dengan cairan yang direcycle kemudian dipompa ke

ruang penguap untuk diuapkan secara adiabatic sehingga terjadi

larutan lewat jenuh. Larutan tersebut mengalir melalui pipa tangki

kristalisasi sehingga terbentuk kristal, kemudian kristal dikeluarkan

melalui discangernya sedangkan cairan direcycle.

8. Continuous Crystallizer

Pada kristaliser unit tunggal, pada dasarnya menyerupai

evaporator efek tunggal tetapi unit ini dapat pula dioperasikan

dalam efek berganda. Magma disirkulasikan dari dasar kristaliser

yang berbentuk kerucut, melalui pipa turun ke dalalm pompa

sirkulasi yang mempunyai tinggi tekan rendah dan kecepatan

rendah,mengalir ke atas melalui pemanas tabung vertical yang

dipanaskan oleh uap yang kondensasi di dalam selongsongnya dan

kemudian ke dalam tubuh alat. Uap panas masuk melalui pemasuk

tangensial yang terletak persis di bawah permukaan magma. Uap

ini menyebabkan terjadinya gerakan aduk didalam magma yang

mempermudah evaporasi kilat dan membuat magma itu seimbang

dengan uap karena aksi kilat adiabatic. Keadaaan lewat jenuh yang

dibangkitkan akan memberikan potensial pendorong nukleasi dan

pertumbuhan. Volume magma dibagi dengan laju aliran volumetric

magma melalui pompa bubur memberikan waktu retensi atau waktu

ketertahanan.

Gambar 8. Continuous Crystallizer

Larutan umpan masuk ke dalam pipa turun sebelum disedot

oleh pompa sirkulasi. Cairan induk dipisahkan dari kristal di dalam

pemisah sentrifugal kontinyu, kristal dibawa keluar sebagai hasil

atau untuk diolah lebih lanjut, dan cairan induk didaurkan kembali

ke dalam pipa turun. Sebagian cairan induk dikeluarkan dari system

dengan po,pa untuk mencegah akumulasi impuritas.

9. Draft Tube Baffle Crystallizer

Merupakan kristalisator yang lebih efektif dan serbaguna.

Tubuh kristalisator ini dilengkapi dengan tabung jujut (draft tube)

yang juga berfungsi sebagai sekat untuk mengendalikan sirkulasi

magma, dan agitator propeller yang mengarah ke bawah untuk

memberikan sirkulasi yang terkendali di dalam kristalisator.

Gambar 9. Draft Tube Crystallizer

DAFTAR PUSTAKA

Brown, G. G. Unit Operation. Japan : Modern Asia Edition, 1978.

Cook, T. M dan D. J. Cullen. Industri Kimia Operasi. Jakarta : PT

Gramedia, 1958.

Dwi Handayani. Diktat Kuliah Peralatan Industri Kimia. Semarang : PSD III

Teknik Kimia Universitas Diponegoro.

Mc. Cabe, Warren L dan Jullian C. Smith. Operasi Teknik Kimia, terj. Ir. E.

Jasifi, MSc, Jilid I. Jakarta : Erlangga, 1993.

Teori Miers Lama

Gambar. Kurva Pembentukan Kristalisasi Primary Homogen

Keterangan:

Kon

Tem

G

B E

D C

AF

FG : Supersolubility Curve

AB : Solubility Curve

Kurva AB biasanya untuk kurva yang sifat zatnya dapat larut

(keseimbangan) dan menentukan konsentrasi maksimal larutan

yang dapat dicapai dengan membawa padatan terlarut dan pelarut

pada titik keseimbangan sifat ini menggambarkan batas ujung

tentang kristalisasi dan supersaturated larutan jika sampel dari

bahan mempunyai komposisi dan temperatur di titik C adalah

dingin yang ditunjukkan dengan panah. Langkah pertama adalah

memotong kurva solubility, selanjutnya akan mulai menjadi kristal.

Jika langkah pertama dan sedikit larutan sedikit dibebaskan

dari partikel padat, tidak hanya zat padat itu sendiri tapi juga zat

padat lainnya, larutan tidak akan mulai menjadi kristal sampai

larutan itu sangat dingin yang terletak dari kurva AB. Pada titik D,

menurut teori Miers kristalisasi dimulai dan konsentrasi suatu zat

tidak merata melalui kurva DE.

Partikel padat kurva FG (dinamakan kurva Supersolubility)

menggambarkan batas pembentukan nucleus secara spontan dan

konsekuen, titik dimana kristalisasi dapat dimulai Teori Miers, titik

terpendek (pada garis CD) nuklei tidak terbentuk dan kristalisasi

tidak dapat terjadi. Jika suatu larutan pada T dan C diturunkan

suhunya, sehingga memotong kurva AB, pada saat larutan menjadi

jenuh. Bila suhu diturunkan lagi akhirnya C akan memotong kurva

lewat jenuh FB di D. apabila dalam keadaan tersebut ditambahkan

inti kristal, maka konsentrasi larutan akan turun menurut garis DE

sampai akhirnya solute mengkristal seluruhnya dan solvent dapat

dipakai kembali.

D

F

B

Kon

Gambar. Kurva Pembentukan Secondary Nuklei

Keterangan:

AB : Kurva Saturated

CD : Kurva Primary Homogen Nuklei

EF : Kurva Penambahan Seeding

J : Tumbuhnya Inti Kristal (Secondary Nuklei)

Teori Miers Baru

Gambar. Kurva Teori Miers Baru

Pengaruh kecepatan penurunan T pada larutan jenuh pada terjadinya

kristal dapat diterangkan dengan Teori Miers sebagai berikut:

Bila kecepatan turunnya T cepat

C

E

A

Tem

Supers

Sup

Tem

Kons

Jika larutan jenuh diturunkan temperaturnya dengan cepat maka

kecepatan terbentuknya inti kristal primer akan cepat, sehingga inti

kristal primer yang terbentuk banyak.

Bila kecepatan turunnya T lambat

Apabila waktu pertumbuhan kristal makin lama, maka kristal yang

tumbuh pun akan semakin besar.