chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

42
BKU Teknologi Lingkungan Program Studi Teknik Kimia Pascasarjana Universitas Sriwijaya Coulson and Richardsons CHEMICAL ENGINEERING VOLUME 2 FIFTH EDITION Particle Technology and Separation Processes

Upload: muharrani

Post on 14-Jul-2015

452 views

Category:

Engineering


4 download

TRANSCRIPT

Page 1: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

BKU Teknologi Lingkungan

Program Studi Teknik Kimia Pascasarjana

Universitas Sriwijaya

Coulson and Richardson’s

CHEMICAL ENGINEERING VOLUME 2 FIFTH EDITION

Particle Technology and Separation Processes

Page 2: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Pemisahan komponen dari campuran cair dengan tratmentdengan pelarut dimana satu atau lebih komponen yangdiinginkan adalah istimewa larut dikenal sebagai ekstraksi cair -cair - sebuah operasi yang digunakan, misalnya, dalampengolahan cairan tar batubara dan dalam produksi bahanbakar dalam industri nuklir, dan yang telah diterapkan secaraluas untuk pemisahan hidrokarbon dalam industri perminyakan.Dalam operasi ini, adalah penting bahwa umpan-campurancairan dan pelarut setidaknya sebagian jika tidak benar-benarbercampur dan, pada dasarnya, tiga tahap yang terlibat: (a)Membawa campuran pakan dan pelarut ke dalam kontak intim,(b) pemisahan dua fase yang dihasilkan, dan (c) Penghapusandan pemulihan pelarut dari masing-masing fase.

Page 3: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Hal ini dimungkinkan untuk menggabungkan tahap(a) dan (b) ke dalam satu bagian dari peralatanseperti kolom yang kemudian dioperasikan secarakontinyu. Operasi semacam ini dikenal sebagaimenghubungi diferensial. Ekstraksi cair - cair jugadilakukan dalam peralatan stagewise, contohutama menjadi mixer - Unit pemukim di mana fiturutama adalah pencampuran dua fasa cair denganpengadukan, diikuti dengan menetap di wadahyang terpisah oleh gravitasi. Proses mencampurdua cairan dengan pengadukan adalah cukuppenting dan topik yang dibahas secara rinci dalamVolume 1, Bab 7.

Page 4: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

(a) Dimana distilasi akan membutuhkan

jumlah berlebihan panas, seperti, misalnya,

ketika volatilitas relatif dekat kesatuan. (b)

Ketika pembentukan azeotrop membatasi

tingkat pemisahan diperoleh dalam distilasi.

(c) Ketika pemanasan harus dihindari. (d)

Bila komponen yang akan dipisahkan sangat

berbeda di alam.

Page 5: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Aplikasi penting dari ekstraksi cair - cair meliputi pemisahan aromatik dari bahan

bakar minyak berbasis minyak tanah untuk meningkatkan kualitas pembakaran dan

pemisahan aromatik dari parafin fi n dan senyawa naftenat untuk meningkatkan

karakteristik suhu-viskositas minyak pelumas. Hal ini juga dapat digunakan untuk

memperoleh, misalnya, yang relatif murni seperti benzena, toluena, dan xilena dari

katalitik berkurang pasangan untuk- dalam industri minyak, dalam produksi asam

asetat anhidrat, dalam ekstraksi fenol dari minuman keras tar batubara , dan di

industri metalurgi dan bioteknologi. Dalam semua proses ekstraksi, fitur penting

adalah sifat selektif pelarut, dalam pemisahan senyawa berdasarkan perbedaan

kelarutan, daripada perbedaan volatilitas seperti pada distilasi. Dalam beberapa

tahun terakhir, telah menjadi mungkin untuk menggunakan teknik komputerisasi

untuk membantu dalam pilihan pelarut dengan selektivitas yang diperlukan dan

untuk "merancang" struktur molekul yang tepat

Page 6: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

(a) Mereka melibatkan pertukaran kation seperti, misalnya,

ekstraksi logam dengan asam karboksilat; (b) Mereka melibatkan

pertukaran anion, seperti ekstraksi anion yang melibatkan logam

dengan amina, dan (c) Mereka melibatkan pembentukan senyawa

aditif, misalnya, ekstraksi dengan senyawa organo-fosfor netral.

Sebuah operasi penting dari jenis ini adalah pemurnian uranium

dari nitrat dengan tri-n-butil fosfat

Page 7: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Proses purifikasi logam menjadi minat khusus dalam hal itumelibatkan kation pengaplikasian prinsip-prinsip dari keduakimia dan kimia teknik dan memerlukan evaluasi biaya alternatif.Sebuah teknologi baru sehubungan dengan ekstraksi,dikembangkan dalam dekade terakhir, telah penggunaansuperkritis atau dekat superkritis sebagai pelarut fluid. Dalambioteknologi, banyak dari pelarut organik biasa akanmenurunkan produk sensitif, seperti protein; ini telahmenyebabkan penggunaan ekstraktan "ringan" berair berbasis,seperti air - polietilen glikol - campuran fosfat, yang akan partisidan berkonsentrasi produk di salah satu dari dua lapisan berairyang terbentuk. Penggunaan fluida superkritis dan ekstraktanberair berbasis dibahas dalam Bagian 13.8

Page 8: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Tiga langkah yang disebutkan dalam Bagian

13.1, diperlukan dalam semua cairan - operasi

ekstraksi cair, dapat dilakukan baik sebagai

batch atau sebagai suatu proses yang

berkesinambungan.

Dalam proses batch tunggal-tahap diilustrasikan

pada Gambar 13.1, pelarut dan zat terlarut

dicampur bersama-sama dan kemudian

dibiarkan untuk memisahkan ke dalam dua

tahap - ekstrak E mengandung zat terlarut yang

diperlukan dalam ditambahkan pelarut dan

raffinate R, zat terlarut melemah dengan

beberapa pelarut yang terkait. Dengan

pengaturan ini pencampuran sederhana dan

pemisahan terjadi di wadah yang sama.

Page 9: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Sebuah operasi dua-tahap kontinu ditunjukkan pada Gambar 13.2, di

mana mixer dan pemisah ditunjukkan sebagai pembuluh yang terpisah.

Ada tiga bentuk utama dari peralatan. Pertama ada mixer-settler seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 13.1, kedua, ada jenis kolom desain

dengan nampan atau packing seperti dalam distilasi dan, ketiga, ada

berbagai unit dilengkapi dengan alat berputar seperti Scheibel dan

extractor Podbielniak . Dalam semua kasus, unit ekstraksi diikuti dengan

distilasi atau operasi serupa dalam rangka untuk memulihkan pelarut dan

zat terlarut. Beberapa indikasi bentuk pengaturan ini alternatif dapat dilihat

dengan mempertimbangkan dua proses sebagaimana dimaksud dalam

Section 13.1.

Page 10: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Salah satu sistem untuk memisahkan benzena, toluena, dankelompok xilena dari cahaya feed-stocks yang ditunjukkan padaGambar 13.3, di mana n-metilpirolidon (NMP) denganpenambahan beberapa glikol digunakan sebagai pelarut.Umpan akan diteruskan ke extractor multistage diatur sebagaimenara dari mana aromatik bebas raf fi nate diperoleh di bagianatas. Aliran ekstrak yang mengandung pelarut, aromatik, dandidih rendah non-aromatik disuling untuk memberikan aliranextractor recycle sebagai produk atas, dan campuran aromatikdan pelarut di bagian bawah. Aliran ini lolos ke stripper darimana glikol dan aromatik pulih. Ini adalah sistem yang kompleksyang menggambarkan kebutuhan untuk daur ulang hati-hati danpemulihan pelarut.

Page 11: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani
Page 12: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Konsentrasi asam akrilik dengan ekstraksi dengan etil asetat adalah ilustrasi

yang agak berbeda dari teknik ini. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 13.4,

larutan asam akrilik encer konsentrasi sekitar 20 persen diumpankan ke

bagian atas kolom ekstraksi 1, pelarut etil asetat diumpankan di di pangkalan.

Asetat yang mengandung asam akrilik terlarut dan air daun dari atas dan

diumpankan ke kolom distilasi 2, di mana asetat akan dihapus sebagai

azeotrop dengan air dan asam akrilik kering kembali sebagai produk dari

bawah.

Page 13: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Ini dapat dilihat dari ilustrasi ini bahwa proses ekstraksi suksestidak harus dinilai hanya dengan kinerja unit ekstraksi saja,tetapi penilaian pemulihan dicapai oleh seluruh pabrik. Aspekproses mungkin rumit jika reaksi kimia yang terlibat. Bagian daripabrik pencampuran dan untuk pemisahan harusdipertimbangkan bersama-sama ketika menilai biaya kapital.Biaya pelarut organik yang digunakan dalam proses metalurgimungkin juga tinggi. Mekanisme transfer zat terlarut dari satufase ke yang kedua adalah salah satu dari difusi molekuler daneddy dan konsep kesetimbangan fasa, luas antarmuka, danpembaharuan permukaan semua sama pada prinsipnya denganyang bertemu di distilasi dan penyerapan, meskipun, dalamcairan - ekstraksi cair, dispersi dipengaruhi dengan caramekanis termasuk pemompaan dan agitasi, kecuali dalamkolom standar dikemas.

Page 14: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Dalam merumuskan kriteria desain untuk peralatan ekstraksi, perlu

untuk memperhitungkan kondisi kesetimbangan untuk distribusi zat

terlarut antara fase karena hal ini menentukan tingkat maksimum

pemisahan mungkin dalam satu panggung. Resistensi terhadap

difusi dan, dalam kasus efek kimia, kinetika juga penting dalam

bahwa menentukan waktu tinggal yang diperlukan untuk membawa

dekat ekuilibrium dalam unit tahap-bijaksana, atau tinggi suatu unit

transfer dalam kontaktor diferensial. Transfer rate diberikan oleh

persamaan diterima:

di mana k adalah perpindahan massa koefisien dan C konsentrasi

mengemudi kekuatan. Nilai tinggi dari k dapat diperoleh hanya jika

kondisi turbulen atau eddy menang dan, meskipun ini mungkin mudah

dicapai dalam fase kontinyu oleh beberapa bentuk agitasi, sangat sulit

untuk menghasilkan pusaran di tetes yang merupakan fase terdispersi

Page 15: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Kondisi ekuilibrium untuk distribusi satu zat terlarut antaradua fasa cair secara strategis dipertimbangkan dalam halhukum distribusi. Dengan demikian, pada kesetimbangan,rasio = K’ dari konsentrasi zat terlarut dalam dua fasediberikan oleh CE / CR, di mana K’ adalah konstantadistribusi. Hubungan ini akan berlaku secara akurat hanyajika kedua pelarut dapat bercampur, dan jika tidak adaasosiasi atau disosiasi zat terlarut. Jika zat terlarutmembentuk molekul berat molekul yang berbeda, makahukum distribusi berlaku untuk setiap spesies molekul.Dimana konsentrasi kecil, hukum distribusi biasanyamemegang tidak memberikan reaksi kimia terjadi.

Page 16: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

(a) Sebuah solution homogen dapat dibentuk dan

pelarut yang dipilih kemudian tidak cocok.

(b) Pelarut mungkin sama sekali tidak bercampur

dengan pelarut awal.

(c) Pelarut mungkin sebagian larut dengan pelarut asli

mengakibatkan pembentukan satu pasang cairan

sebagian larut.

(d) Pelarut baru dapat menyebabkan pembentukan dua

atau tiga cairan sebagian larut

Page 17: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Kemungkinan ini, jenis (b), (c), dan (d) semuamenimbulkan sistem yang dapat digunakan,meskipun orang-orang dari jenis (b) dan (c) yangpaling menjanjikan. Dengan kondisi tipe (b),hubungan ekuilibrium secara strategis ditunjukkanoleh plot konsentrasi zat terlarut dalam satu faseterhadap konsentrasi pada fase kedua. Kondisiyang diberikan oleh (c) dan (d) biasanya diwakilioleh diagram segitiga. Segitiga sama sisidigunakan, meskipun tidak tertutup kemungkinanuntuk menggunakan siku-siku segitiga sama kaki,yang dibahas dalam Bab 10.

Page 18: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Sistem, aseton (A) -Air (B) - metil isobutil keton (C), seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 13.5, adalah tipe (c). Berikut zat terlarut A benar-benar larut dengan dua

pelarut B dan C, meskipun dua pelarut hanya sebagian larut dengan satu sama lain.

Campuran yang ditunjukkan oleh titik H terdiri dari tiga komponen A, B dan C dalam

rasio perpendiculars HL, HJ, HK. Jarak BN merupakan kelarutan pelarut C di B, dan

MC yang dari B di C. Daerah di bawah garis melengkung NPFQM, kurva kelarutan

binodal, merupakan daerah dua fase yang akan dibagi menjadi dua lapisan dalam

kesetimbangan dengan masing-masing lainnya. Lapisan ini memiliki komposisi yang

diwakili oleh titik-titik P dan Q, dan PQ dikenal sebagai "garis dasi". Garis tersebut,

dua di antaranya ditunjukkan dalam diagram, menghubungkan komposisi dari dua

fase dalam kesetimbangan dengan satu sama lain, dan komposisi ini harus

ditemukan dengan pengukuran praktis. Ada satu titik pada kurva binodal di F yang

merupakan fase tunggal yang tidak dibagi menjadi dua tahap. F dikenal sebagai titik

anyaman, dan ini juga harus ditemukan oleh pengukuran eksperimental. Titik

anyaman adalah fi xed jika salah suhu atau tekanan yang tetap. Dalam area di

bawah kurva, suhu dan komposisi satu fase akan fi x komposisi yang lain.

Menerapkan aturan fase ke sistem tiga-komponen pada suhu dan tekanan konstan,

jumlah derajat kebebasan adalah sama dengan 3 dikurangi jumlah fase. Di daerah

di mana hanya ada satu fase cair, ada dua derajat kebebasan dan dua komposisi

harus dinyatakan. Dalam sistem di mana ada dua fasa cair, hanya ada satu derajat

kebebasan.

Page 19: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

XZ/ZY = (amount of Y)/(amount of X).

Demikian pula, jika ekstrak Y dihapus, dari campuran Z cairan yang

tersisa akan memiliki komposisi X.

Page 20: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani
Page 21: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Sementara diagram ini digunakan cukup besar dalammenyajikan data kesetimbangan, Gambar 13.8 dalambanyak cara yang lebih berguna untuk menentukanselektivitas pelarut, dan jumlah tahap yang mungkindiperlukan. Pada Gambar 13.8 persentase zat terlarutdalam satu fase diplot terhadap persentase di tahap keduadalam kesetimbangan dengan itu. Ini sama denganmerencanakan komposisi di kedua ujung garis tie. Faktorpenting dalam menilai nilai pelarut adalah rasiokonsentrasi komponen yang diinginkan dalam dua tahap,daripada konsentrasi sebenarnya. Rasio selektivitasmungkin didefinisikan dalam hal baik massa atau fraksimol sebagai:

Dimana XA dan XB adalah fraksi massa atau mol A dan B dalam dua fase E dan

R

Page 22: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Untuk beberapa sistem β cenderung substansial konstan, meskipun lebih biasanya

bervariasi dengan konsentrasi. Sedangkan selektivitas memiliki sama signifikansi

dalam ekstraksi sebagai relatif volatilitas telah di distilasi, sehingga kemudahan

pemisahan secara langsung berkaitan dengan nilai numerik dari β.Asβ pendekatan

kesatuan, jumlah yang lebih besar dari tahap yang diperlukan untuk tingkat tertentu

pemisahan dan biaya modal dan operasional meningkat Sejalan. Ketika β = 1

pemisahan apapun tidak mungkin.

Page 23: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

13.4.1. Kontak co-saat ini dengan pelarut sebagianlarut

Dalam menghitung jumlah tahap yang idealdiperlukan untuk tingkat tertentu pemisahan,kondisi ekuilibrium yang diungkapkan oleh salahsatu metode yang dibahas dalam Bagian 13.3digunakan. Jumlah tahap di mana peralatan kontaksatu atau beberapa terlibat dianggap pertama, dankemudian desain peralatan di mana perubahankonsentrasi kontinu dibahas.

Page 24: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani
Page 25: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Dalam hal ini, yang diilustrasikan pada Gambar 13.12, diagram

segitiga tidak diperlukan. Jika solusi awal berisi massa A pelarut A

dengan rasio X massa zat terlarut, maka f pelarut selektif yang

akan ditambahkan akan menjadi massa S pelarut S. Pada

pencampuran dan memisahkan, raffinate diperoleh dengan pelarut

A mengandung rasio X massa zat terlarut, dan 1 ekstrak dengan S

pelarut yang mengandung rasio massa Y zat terlarut.

Keseimbangan material pada 1 zat terlarut memberikan:

Page 26: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani
Page 27: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani
Page 28: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani
Page 29: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Jika serangkaian pencampuran dan memisahkan pembuluh ini diatur sedemikian

rupa sehingga aliran adalah arus balik, maka kondisi aliran dapat diwakili seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 13.13, di mana setiap lingkaran sesuai dengan

mixer dan pemisah. Solusi awal F zat terlarut B dalam pelarut A diumpankan ke unit

pertama dan meninggalkan sebagai raffinate R. Aliran ini melewati 1 unit dan

meninggalkan dari unit n sebagai aliran R. S pelarut segar memasuki unit n n dan

lewat di arah sebaliknya melalui unit, meninggalkan sebagai ekstrak E.

Page 30: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani
Page 31: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani
Page 32: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani
Page 33: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani
Page 34: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani
Page 35: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani
Page 36: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Dalam hal ini penataan peralatan adalah

sama seperti untuk pelarut bercampur

meskipun, seperti jumlah pelarut dalam

ekstrak dan raffinate aliran yang bervariasi,

kesetimbangan bahan diambil untuk total

aliran masuk dan meninggalkan setiap tahap

Page 37: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani
Page 38: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani
Page 39: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Sebuah garis yang ditarik dari R melalui M untuk memberikan Epada kurva binodal dan E1F dan SRn ke bertemu di tiang P.Dapat dicatat bahwa P merupakan campuran imajiner, sepertiyang dijelaskan untuk masalah leaching dibahas dalam Bab 10.dalam tahap yang ideal, ekstrak meninggalkan E1 dalamkesetimbangan dengan raffinate R1, sehingga titik R1 padaakhir dari garis tie melalui E1. Untuk menentukan ekstrak E2,PR1 ditarik untuk memotong kurva binodal di E2. Poin R2, E3,R3, E4, dan sebagainya, dapat ditemukan dalam cara yangsama. Jika garis tie final, mengatakan ER4, tidak melewati Rn,maka jumlah pelarut ditambahkan adalah salah untukperubahan yang diinginkan dalam komposisi. Secara umum, initidak membatalkan metode, karena memberikan jumlah yangdiperlukan tahapan ideal dengan ketepatan yang mencukupi.

Page 40: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani
Page 41: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani
Page 42: Chapter13 liquid – liquid extraction rizki muharrani

Thank You