Download - KRISTALISASI 6
MAKALAH KRISTALISASI
I. Kristalisasi
A. Pengertian Kristalisasi
Kristalisasi adalah proses pembentukan bahan padat dari pengendapan
larutan, melt (campuran leleh), atau lebih jarang pengendapan langsung dari
gas.Kristalisasi adalah peristiwa pembentukan suatu kristal dari solute dalam
larutan toleransinya. Kristalisasi dapat terjadi sebagai pembentukan partikel-
partikel padat dalam uap seperti pada pembentukan salju sebagai pembekuan
lelehan cair. Sebagaimana dalan pembentukan kristal dari larutan cair atau
pembentukan kristal tunggal yang besar. 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
Kristalisasi 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. Pemisahan secara kristalisasi dilakukan untuk
memisahkan zat padat dari larutannya dengan jalan menguapkan pelarutnya. Zat
padat tersebut dalam keadaan lewat jenuh akan bentuk kristal. Kristal dapat
terbentuk bila uap dari partikel yang sedang mengalami sublimasi menjadi dingin.
Selama proses kristalisasi, hanya partikel murni yang akan mengkristal.
Pemisahan dengan teknik kristalisasi ini, didasari atas pelepasan pelarut
dari zat terlarutnya dalam sebuah campuran homogeen atau larutan, sehingga
terbentuk kristal dari zat terlarutnya. Proses ini adalah salah satu teknik pemisahan
padat-cair yang sangat penting dalam industri, karena dapat menghasilkan
kemurnian produk hingga 100%.
Kristalisasi empat macam, yaitu :
• Kristalisasi penguapan
Kristalisasi penguapan dilakukan jika zat yang akan dipisahkan tahan terhadap
panas dan titik bekunya lebih tinggi daripada titik didih pelarut.
• Kristalisasi pendinginan.
Kristalisasi pendinginan dilakukan dengan cara mendinginkan larutan. Pada saat
suhu larutan turun, komponen zat yang memiliki titik beku lebih tinggi akan
membeku terlebih dahulu, sementara zat lain masih larut sehingga keduanya dapat
dipisahkan dengan cara penyaringan. Zat lain akan turun bersama pelarut sebagai
filtrat, sedangkan zat padat tetap tinggal di atas saringan sebagai residu.
• Pemanasan dan Pendinginan
Metode ini merupakan gabungan dari dua metode diatas. Larutan panas yang
jenuh dialirkan kedalam sebuah ruangan yang divakumkan. Sebagian pelarut
menguap, panas penguapan diambil dari larutan itu sendiri, sehingga larutan
menjadi dingin dan lewat jenuh. Metode ini disebut kristalisasi vakum.
• Penambahan bahan (zat) lain.
Untuk pemisahan bahan organic dari larutan seringkali ditambahkan suatu garam.
Garam ini larut lebih baik daripada bahan padat yang dinginkan sehinga terjadi
desakan dan membuat bahan padat menjadi terkristalisasi.
Pembentukan kristal dapat juga terjadi bila suatu larutan telah melampaui
titik jenuhnya. Titik jenuh larutan adalah suatu titik ketika penambahan partikel
terlarut sudah tidak dapat menyebabkan partikel tersebut melarut, sehingga
terbentuk larutan jenuh. Larutan jenuh adalah larutan yang mengandung jumlah
maksimum partikel terlarut pada suatu larutan pada suhu tertentu. Contohnya
adalah NaCl ketika mencapai titik jenuh maka akan terbentuk kristal.
Berkurangnya air karena penguapan, menyebabkan larutan melewati titik jenuh
dan mempercepat terbentuknya kristal.
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
B. 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.
Beberapa bentuk kristal, berdasarkan sudut-sudut yang terbentuk kristal dibagi ke
dalam 7 kelas :
a) Kubus (cubic)
b) Trigonal (trigonal)
c) Tetragonal (tetragonal)
d) Heksagonal (hexagonal)
e) Ortorombik (orthorhombic)
f) Monoklin (monoclinic)
g) Triklin (triclinic)
C. Mekanisme Pembentukan Kristal
1. Pembentukan Inti
Inti kristal adalah partikel-partikel kecil bahkan sangat kecil yang dapat terbentuk
dengan cara memperkecil kristal-kristal yang ada dalam alat kristalisasi atau
dengan menambahkan benih kristal ke dalam larutan lewat jenuh.
2. Pertumbuhan Kristal
Pertumbuhan kristal merupakan gabungan dari dua proses yaitu :
• Transportasi molekul-molekul atau (ion-ion dari bahan yang akan di
kristalisasikan) dalam larutan kepermukaan kristal dengan cara difusi. Proses ini
berlangsung semakin cepat jika derajat lewat jenuh dalam larutan semakin besar.
• Penempatan molekul-molekul atau ion-ion pada kisi kristal. Semakin luas
total permukaan kristal, semakin banyak bahan yang di tempatkan pada kisi kristal
persatuan waktu.
D. Syarat-Syarat Kristalisasi
1. Larutan harus jenuh
Larutan yang mengandung jumlah zat berlarut berlebihan pada suhu
tertentu, sehingga kelebihan itu tidak melarut lagi. Jenuh berarti pelarut telah
seimbang zat terlarut atau jika larutan tidak dapat lagi melarutkan zat terlarut,
artinya konsentrasinya telah maksimal jika larutan jenuh suatu zat padat
didinginkan perlahan-lahan, sebagian zat terlarut akan mengkristal, dalam arti
diperoleh larutan super jenuh atau lewat jenuh.
2. Larutan harus homogen
Partikel-partikel yang sangat kecil tetap tersebar merata biarpun didiamkan
dalam waktu lama.
3. Adanya perubahan suhu
Penurunan suhu secara drastis atau kenaikan suhu secara dratis tergantung
dari bentuk kristal yang didinginkan.
Proses Kristalisasi Magma,Karena magma merupakan cairan yang panas,
maka ion-ion yang menyusun magma akan bergerak bebas tak beraturan.
Sebaliknya pada saat magma mengalami pendinginan, pergerakan ion-ion yang
tidak beraturan ini akan menurun, dan ion-ion akan mulai mengatur dirinya
menyusun bentuk yang teratur. Proses inilah yang disebut kristalisasi.
Apabila pendinginan magma berlangsung dengan lambat, ion-ion
mempunyai kesempatan untuk mengembangkan dirinya, sehingga akan
menghasilkan bentuk kristal yang besar. Sebaliknya pada pendinginan yang cepat,
ion-ion tersebut tidak mempunyai kesempatan bagi ion untuk membentuk kristal,
sehingga hasil pembekuannya akan menghasilkan atom yang tidak beraturan
(hablur), yang dinamakan dengan mineral gelas (glass).
II. Kristalisator
a. Pengertian Kristalisator.
Alat-alat kristalisasi disebut juga kristallisator. Alat-alat ini digunakan
dalam proses kristalisasi terutama dalam skala industri, alat-alat yang digunakan
dalam proses kristalisasi sangat beragam macam, hal ini disebabkan oleh sifat-
sifat bahan dan kondisi pertumbuhan kristal yang sangat bervariasi. Di samping
itu juga karena kristalisasi dilaksanakan untuk tujuan yang berbeda-beda
(pemisahan bahan, pemurnian bahan, pemberian bentuk).
Kristalisator biasanya dilengkapi dengan alat pemisah (filtrasi) yang
dipasang dibelakang alat kristalisasi dan alat pengering. Faktor-faktor yang
menjadi dasar pemilihan sebuah alat kristalisasi ialah misalnya:
• Unjuk kerja kristalisasi yang diinginkan
• Cara operasi (tak kontinu, kontinu)
• Kondisi bahan baku (larutan , lelehan)
• Ukuran Kristal yang diinginkan
• Bentuk Kristal yang diinginkan
• Kemurnian kristalisat yang diinginkan
• Kecendrungan produk untuk menbentuk kerak
b. Jenis Crystallizer dengan Circulating Magma
1. Forced Circulating Liquid Evaporator Crystallizer
Kristaliser jenis ini mengkombinasikan antara pendinginan dan evaporasi untuk
mencapai kondisi supersaturasi (larutan lewat jenuh).
Pada gambar diatas terlihat bahwa umpan berupa larutan induk terlebih
dahulu dilewatkan melalui sebuah Heat Exchangers untuk dipanaskan. Heat
exchangers tersebut berada didalam evaporator. Didalam evaporator terjadi flash
evaporation yaitu: terjadi pengurangan jumlah atau kandungan pelarut dan terjadi
peningkatan kosentrasi zat terlarut. Dimana pada saat itu juga, keadaan zat terlarut
sudah lewat jenuh atau supersaturasi. Larutan yang sudah berada pada keadaan
lewat jenuh tersebut dialirkan menuju badan crystallizer untuk diperoleh padatan
berupa kristal. Dimana pada badan crystallizer terdapat mekanisme kristalisasi
yaitu nukleasi dan pertumbuhan kristal.
Produk kristal dapat diambil sebagai hasil pada bagian bawah crystallizer,
namun tidak semua proses berjalan sempurna atau dengan kata lain tidak semua
cairan induk berubah menjadi padatan kristal. Karena itu ada proses pengembalian
kembali hasil pipa sirkulasi (circulating pipe) atau proses recycle hasil kristaliasi.
Terlihat bahwa umpan dan campuran umpan dengan hasil yang masih belum
padatan, dialirkan dengan paksa atau forced circulation, serta adanya Heat
Exchangers dapat membuat kenaikan titik didih yang sempurna. Kenaikan titik
didih pada Heat Exchangers pada Evaporator untuk dapat membuat larutan
menjadi lewat jenuh berkisar antara 3 – 100F untuk sekali lewat. Bila kenaikan
titid didih yang diharapkan untuk mendapatkan kristal yang baik tidak sesuai,
maka dapat digunakan beberapa evaporator untuk menaikan titik didih, dimana
kosentrasi zat terlarut akan meningkat juga. Karena mengalir secara paksa
menggunakan pompa, maka kecepatan aliran cukup tinggi, sehingga akan
mengakibatkan ketinggian permukaan larutan pada crystallizer tidak tetap atau
naik turun. Umumnya crystallizer jenis ini dibangun dengan diameter 2 feet atau
pada skala industri sekitar 4 feet atau lebih.
2. Forced Circulation Baffle Surface Cooled Crystallizer
Crystallizer jenis ini menggunkan prinsip sirkulasi cairan atau larutan
induk, dimana umpan maupun hasil kristaliasi akan masuk kedalam Sheell and
Tube Heat Exchangers untuk didinginkan. Perbedaan dengan jenis crystallizer
lainnya ialah karena pada saat dibadan crystallizer terbentuk campuran kristal dan
cairan induk, maka akan terjadi tumbukan antara cairan dengan kristal sehingga
suhu campuran akan meningkat, untuk mendinginkannya diperlukan medium
pendingin. Crystallizer ini menggunakan prinsip pendinginan, karena kristalisasi
dapat terjadi melalui pembekuan (solidification).
Pada gambar diatas, umpan dan recylce kristalisasi bersama-sama masuk
kedalam medium pendingin. Namun ada kelemahannya yaitu, panjang untuk
pertukaran panas pada HE dan kecepatan umpan serta recycle kristalisasi sangat di
perhitungkan, sebab jika terjadi kesalahan penurunan suhu untuk dapat melakukan
kristalisasi pada proses pendinginan tidak berlangsung secara optimal. Oleh
karena itu, pompa untuk sirkuasi sangat dikontrol dengan baik, karena pompa
itulah yang menciptakan laju alir disamping bukaan valve. Adanya pompa
menyebabkan cairan induk akan mengalir secara turbulen baik didalam HE
maupun didalam badan Crystalizer, maka akan terjadi sering tumbukan untuk
menghasilkan kristal, dimana terdapat sekat antara saluran Head HE dengan ujung
keluaran cairan induk. Bila kristal sudah terbentuk pada cairan induk yang sudah
lewat jenuh, maka kristal akan turun karena adanya gaya gravitasi dan perbedaan
massa jenis. Kristal dariCrystallizer jenis ini berukuran besar antara 30 – 100
mesh.
3. Continuous Crystallizer
Pada kristaliser unit tunggal, pada dasarnya menyerupaievaporator efek
tunggal tetapi unit ini dapat pula dioperasikandalam efek berganda. Magma
disirkulasikan dari dasar kristaliser yang berbentuk kerucut, melalui pipa turun ke
dalalm pompasirkulasi 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. Uapini 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.
Larutan umpan masuk ke dalam pipa turun sebelum disedotoleh pompa
sirkulasi. Cairan induk dipisahkan dari kristal di dalampemisah sentrifugal
kontinyu, kristal dibawa keluar sebagai hasilatau untuk diolah lebih lanjut, dan
cairan induk didaurkan kembalike dalam pipa turun. Sebagian cairan induk
dikeluarkan dari systemdengan pompa untuk mencegah akumulasi impuritas
c. Jenis Crystallizer Tanpa Circulating Magma
1. Twinned Crystallizer
Jenis crystallizer ini sebenarnya berbentuk tangki yang didalamnya
terdapat dua pengaduk yang dipisahkan oleh sekat atau baffle. Pada tiap pengaduk
terdapat medium pemanas dimana yang salah satunya berkerja pada suhu saturasi,
sedangkan satunya bekerja pada suhu supersaturasi atau lewat jenuh. Namun bila
suhu operasi pada crystallizerini sama pada kedua medium pemanas, umumnya
akan didapatkan keseragaan ukuran. Tetapi waktu yang diperlukan akan lebih
lama, walaupun terdapat dua pengaduk dalam satu tangki tersebut.
Sesuai dengan namanya bahwa seolah-olah terdapat dua macam jenis
crystallizer yang beroperasi pada suhu yang berbeda namun dalam satu tangki
crystallizer (pada gambar diatas). Terlihat bahwa umpan masuk dari sebelah
kanan atas, karena adanya pergerakan pengaduk, cairan induk bersikulasi dan juga
disebabkan karena adanya sekat antara kedua pengaduk tersebut. Bila kita melihat
jenis alirannya, sudah pasti cukup turbulen, sebab cairan bersikulasi cukup
panjang didalam crystallizer tersebut. Semakin cepat gerakan pengaduk dan
semakin tinggi perbedaan suhu yang ditukarkan, maka semakin cepat dan baik
kristal yang didapatkan. Produk berupa kristal dapat diambil pada bagian
bawahcrystallizer, karena kristal akan jatuh atau mengendap dibawah adanya gaya
gravitasi dan perbedaan massa jenis.
2. Agitated Batch Crystallizer
Merupakan type yang kuno, beroperasi secara batch dan sebagai pendingin
dipakai air yang dialirkan di dalam pipa-pipa pendingin yang ada di dalam bejana.
Kerugiannya :
• Proses secara batch sehingga banyak waktu untukbongkar pasang
• Pada koil terjadi kritalisasi paling cepat atau banyak
• Pemeliharaan dan pembersihannya lebin sulit
Cara kerja :
Air akan mengalir sepanjang gulungan kawat. Pendingin danlarutan digerakkan
oleh baling-baling yang terdapat pada tanki. Agitasi ini menunjukkan 2 fungsi,
yaitu :
Hal ini akan menambah transfer panas serta menjagatemperatur larutan
agar tetap sama.
Menjaga kebaikan kristal pada suspensi ini sertamemberikan kesempatan
pembuatan yang lebih seragam dari luar kristal yang terbentuk (agregat).
III. Kesimpulan
Dari hasil pembahasan di atas, maka dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut.
1. Kristalisasi adalah proses pembentukan bahan padat dari pengendapan
larutan, melt (campuran leleh), atau lebih jarang pengendapan langsung
dari gas.Kristalisasi adalah peristiwa pembentukan suatu kristal dari solute
dalam larutan toleransinya.
2. Kristalisator merupakan alat untuk kristalisasi.
3. Kristalisator secara umum terbagi menjadi dua, yaitu jenis crystallizer
dengan circulating magma dan jenis crystallizer tanpa circulating magma.
2. Jenis crystallizer dengan circulating magma yaitu meliputi: forced
circulating liquid evaporator crystallize , forced circulation baffle surface
cooled crystallizer , dan continuous crystallizer.
3. Jenis crystallizer tanpa circulating magma yaitu meliputi: twinned
crystallizer, agitated batch crystallizer, swenson walker crystallizer,
crystal cooling crystallizer, evaporator crystallizer, dan batch vacum
crystallizer.
4. Aplikasi kristalisator di industri adalah pada kristalisasi gula,
garam,mentega, coklat, dan ice cream.
DAFTAR PUSTAKA
Azhar, Muhammad. 2013. Jenis dan Prinsip Kerja Alat.
http://generalpoenya.blogspot.com. Diakses pada 13 September 2014.
Domas. 2013. Alat Kristalisasihttp://domas09.blogspot.com. Diakses pada 13
September 2014.
Niwan Mawarni, Anggita. 2013. Kristalisasi.http://kimiacorner.blogspot.com.
Diakses pada 13 September 2014.
Suryani, Irma. 2013. Kristalisasi.http://irma-teknikkimia.blogspot.com. Diakses
pada 13 September 2014.
Uzhy. 2011. Alat Pengkristalan. http://uzhy-wii.blogspot.com. Diakses pada 13
September 2014.
Wi2nmursidin. 2011. Alat Kristalisasi dan Contohnya.
http://wi2nmursidin.wordpress.com . Diakses pada 13 September 2014.
Zefdes. 2014. Makalah Kristalisasi. http://zefdes.blogspot.com. Diakses pada 13
September 2014.