TUGAS BESAR: SATUAN OPERASI DAN PROSES KRISTALISASI. Dosen Pengampu: Arie Febrianto Mulyadi, STP, MP

TUGAS BESAR: SATUAN OPERASI DAN PROSES “KRISTALISASI” Dosen Pengampu: Arie Febrianto Mulyadi, STP, MP.

Kelas F

Prillanda Irenne Putri

(125100301111045)

Gita Syarifah Ali

(125100301111075)

Qanitatul Afifah

(125100301111079)

Miftahul Jannah

(125100301111083)

Hasna Laila Karimah

(125100301111099)

JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG 2014

RESUME JURNAL KRISTALISASI

Kristalisasi adalah peristiwa pembentukan partikel zat padat dalam dalam suatu fase homogeni. Kristalisasi dari larutan dapat terjadi jika padatan terlarut dalam keadaan berlebih (di luar kesetimbangan, maka sistem akan mencapai kesetimbangan dengan cara mengkristalkan padatan terlarut. Kehadiran fosfat dalam air menimbulkan permasalahan terhadap kualitas air, misalnya terjadinya eutrofikasi. Keuntungan pengolahan permasalahan kualitas air dengan kristalisasi adalah dihasilkannya kristal fosfat yang hampir murni dan berkadar air rendah. Pada penelitian ini, proses kristalisasi dilangsungkan dalam reaktor terfluidisasi dengan media pasir silika dan menggunakan reaktan Ca. Faktor yang dikaji dalam penelitian ini adalah mencari nilai pH dan perbandingan molar Ca : PO4 yang menghasilkan penyisihan fosfat terbesar.

Proses kristalisasi untuk penyisihan fosfat Proses ini dilakukan dalam reaktor terfluidisasi dengan media pasir silika. Reaktor terbuat dari tabung kaca berdiameter 50 mm. Influen limbah dan influen reaktan berada di bagian bawah reaktor, sementara efluen berada di bagian atas.

Langkah-langkah percobaan yang dilakukan yaitu : 1. Limbah buatan dan larutan reaktan ditempatkan pada masing-masing bak penampung dan pengatur tekanan yang mempunyai elevasi sama. 2. Secara bersamaan air dialirkan menuju influen reaktor yang terletak di bagian bawah. 3. Selanjutnya air mengalir ke atas (upflow) yang menyebabkan terjadinya media pasir silika terfluidisasi. 4. Karena pertumbuhan kristal membesar, maka air akan menuju ke efluen yang berada di bagian atas reaktor. 5. Pemeriksaan kadar fosfat dilakukan pada sampel yang diambil di influen dan di efluen reaktor dengan rentang waktu tertentu.

Percobaan Pendahuluan Bertujuan untuk mengetahui rentang nilai pH yang menghasilkan penyisihan fosfat terbesar. Pada Gambar 2 dapat dilihat kecenderungan nilai pH.

Berdasarkan percobaan pendahuluan dan distribusi senyawa fosfat berdasar nilai pH, maka ditentukan rentang pH 9 hingga 11, dengan tujuan untuk mendapatkan pH optimum pembentukan kristal Calcium phosphate. Nilai pH sangat berpengaruh dalam menentukan efisiensi proses.

Percobaan dengan fluidasi dan tanpa fluidasi media pasir silika Hal ini untuk melihat pengaruh fluidisasi terhadap penyisihan fosfat dengan proses kristalisasi. Pada gambar 4 didapatkan hasil bahwa penyisihan fosfat dengan media yang terfluidisasi lebih besar dibandingkan dengan tanpa fluidisasi.

Pada Gambar 5 terlihat bahwa untuk nilai pH 10 dan 11, mempunyai penyisihan fosfat yang cenderung tinggi, pada rentang 65 hingga 80%. Dengan membandingkan nilai rata-rata (mean) ketiga pH, diperoleh bahwa pH 10 mempunyai persentase penyisihan fosfat paling tinggi sebesar 76,5%. Kondisi pH dianggap sangat berpengaruh terhadap penyisihan fosfat dan proses pembentukan kristal. Sehingga, disimpulkan bahwa nilai pH yang memberikan hasil penyisihan maksimum untuk operasi adalah 10, sesuai dengan plot kesetimbangan larutan untuk Calcium phosphate.

Uji korelasi

Hubungan antara pH 10 dengan penyisihan fosfat diperoleh sangat signifikan (0,76) berarti nilai penyisihan fosfat berbanding lurus dengan waktu sampel. Sementara untuk pH 9 dan pH 11, kurang signifikan (0,4), berarti nilai penyisihan fosfat cenderung stabil. Untuk mengetahui nilai perbandingan molar paling optimum, diperoleh dengan membandingkan nilai rata-rata (mean) ketiga variasi. Nilai rata-rata pada perbandingan molar 19/5 paling tinggi (72,11%). Nilai korelasinya yang kurang signifikan, menunjukkan bahwa sejak menit awal reaksi pun, penyisihan fosfat pada perbandingan molar 19/5, sudah besar dan cenderung tetap (dilihat dari gambar 5). Perbandingan molar 19/5, yang merupakan variasi perbandingan terbesar dibandingan dua variasi lainnya membuktikan bahwa kondisi kejenuhan larutan mempengaruhi proses pembentukan kristal. Makin tinggi derajat lewat jenuh, makin besarlah kemungkinan untuk membentuk inti baru, jadi makin besarlah laju pembentukan inti. Dari hasil percobaan yang dilakukan, dapat dibuktikan bahwa semakin jenuh larutan (semakin tinggi perbandingan molar), maka semakin besar penyisihan fosfat. Proses didasarkan pada pengkristalan dari calcium phosphate dengan pencampuran dari larutan fosfat (limbah) dengan reaktan (ion calcium) dalam kondisi pH basa. Kondisi basa tersebut diperlukan untuk menjadikan arah reaksi bergeser ke kanan pada kesetimbangan kimia, seperti pada persamaan di bawah, menjadikan terjadinya kondisi supersaturasi seperti pada persamaan 2 berikut ini :

Pada reaktor fluidized bed, larutan fosfat, dan reaktan Ca dialirkan dari dasar reaktor, sehingga terjadi fluidisasi dan percampuran sempurna. Kondisi supersaturasi akan mengakibatkan terjadinya reaksi antara fosfat dengan ion Ca menghasilkan kristal calcium phosphate. Sewaktu reaksi pembentukan kristal calcium phosphate, juga terjadi kontak dengan seed material yaitu pasir silika (Si O2). Seed material berfungsi sebagai tempat penumbuhan kristal, dengan menggunakan seed material, kondisi yang sesuai untuk kristalisasi tak mesti harus supersaturasi, sehingga kemungkinan terjadinya kristalisasi lebih besar. Kristalisasi dapat terjadi dengan primary nucleation (pembentukan inti kristal dengan kondisi supersaturasi murni) atau secondary nucleation (nukleasi dan penumbuhan kristal terjadi pada seed material dengan kondisi metastable atau di bawah supersaturasi). Kemudian terjadilah proses pengkristalan pada permukaan pasir silika (Hirasawa dkk, 1990, dan Battistoni dkk, 2001).

MESIN-MESIN INDUSTRI KRISTALISASI

1. Evaporator Cristallizers 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. PTP Nusantara X (Persero) PG Pradjekan Bondowoso. Pada tahapan ketiga dari proses pembuatan gula adalah proses penguapan dengan evaporator. Penguapan nira dilakukan untuk mengurangi kadar air dalam nirasampai diperoleh nira dengannkekentalan tertentu. Penguapan ini dilakukan pada kondisi vacuum agar sukrosa yang terkandung dalam nira tidak rusak atau pecah. Nira encer yang memiliki brix 12-14% dikentalkan sehingga mencapai nilai brix 60-65% sehingga air yang diuapkan sampai 50%. Penguapan dilakukan dengan menggunakan system quadruple effect yang dalam hal ini uap dari evaporator terdahulu digunakan sebagai pemanas bagi evaporator selanjutnya (Haikal, 2013). PG Krebet Baru I. Mempunyai evaporator berjumlah lima buah dalam susunan seri . dengan menggunakan system penguapan berseri dapat didapatkan keuntungan yaitu apabiladigunakan empat rangkaian badan maka dengan satu kilogram uap di dapat nira kurang lebih satu kilogram apabila digunakan empat rangkaian badan maka dengan satu kilogram uap dapat diuapkan kurang lebih empat kilogram air dan apabila digunakan lima rangkaian maka dengan satu kilogram uap dapat diuapkan kurang lebih lima kilogram (Subiyantoro, 2010). PT Nestle Indonesia Kejayan. Menggunakan evaporator jenis falling film evaporator dengan system multiple effects dengan 4 effects yang di susun secara parallel. Susu memasuki evaporator efek pertama dengan suhu pemanasan yang telah ditentukan. Pada evaporator effect kedua konsentrat diuapkan dengan suhu pemanas lebih rendah yang di peroleh dari uap air ( vapor ) hasil pemanasan evaporator effects pertama (Syafiudin, 2010).

2. Draft Tube Baffle Cristallizers Draft tube baffle (DTB) crystallizers atau plat buang/tabung isap kristalisasi merupakan salah satu dari beberapa jenis alat kristalisator yang didasarkan pada prinsip pemisahan debu atau uap dari bahan melalui fase lewat jenuh yang ditingkatkan sehingga diperoleh kristal – kristal yang besar. Alat ini dilengkapi dengan tabung jujut (draft tube) yang berfungsi sebagai sekat untuk mengendalikan sirkulasi magma, dan agitator propeller yang mengarah ke bawah untuk memberikan sirkulasi yang terkendali di dalam kristalisator.

Berdasarkan gambar diatas, alat kristalisasi Draft Tube Baffle Crystallizers mempunyai beberapa komponen di dalamnya. Adapun komponen tersebut, yaitu : a. Superheated Solution From Hearter and Recirculation Pump, merupakan pompa sirkulasi yang letaknya pada bagian paling bawah dari Crystallizer DTB yang berfungsi untuk mendorong (mengalirkan) bahan yang berasal dari pusat ke Draft tube untuk proses lebih lanjut. b. Draft Tube, merupakan pipa isap bagian dalam dari Crystallizer DTB sebagai pusat sirkulasi bahan. c. Agitator, merupakan pemutar atau pengaduk. d. Slurry Withdrawal, merupakan tempat penarikan atau pengambilan kembali.

e. Settling zone, merupakan zona penyelesaian. Pada zona ini terdapat Clear Mother Liquor Overlow dan To Recirculation pump. f. To Recirculation Pump g. Clear Mother Liquor Overlow, merupakan tempat keluarnya cairan induk. h. Circulation Magma, merupakan tempat sirkulasi Magma (hasil akhir kristallisator dari campuran Mother Liquor dengan kristal. i. Vapors Separation (pemisahan uap). j. Demister k. Proses Vapors Outlet, merupakan tempat proses keluaranya uap. Secara sederhana proses kerja Draft Tube Baffle (DTB) Crystallizers dapat dibedakan menjadi dua bagian. Bagian pertama adalah proses kristalisasi dan bagian kedua adalah proses klarifikasi. Pada bagian kristalisasi, bahan sample dan cairan induk (mother liquit) dimasukkan kedalam tangki DTB Crystallizers melalui sebuah pipa, komponen ini akan mendorong bahan naik ke atas dalam suatu tabung isap. Didalam tabung isap bahan akan tercampur dan mengalami sirkulasi dengan bantuan Agitator (pemutar/pengaduk) yang berada di dalam tangki bagian bawah, kedua bahan ini akan membentuk magma melalui fase lewat-jenuh yang ditingkatkan. Magma yang terbentuk akan mengalami perubahan density sehingga uap yang terkandung di dalamnya akan terlepas kepermukaan magma menuju ke Vapors Separation (pemisahan uap). Magma yang mengalami perubahan density akan mengalami proses nukleasi (pembentukan inti kristal), kristal yang terbentuk akibat proses nukleasi akan mengendap kadasar larutan dan sebagian akan naik ke permukaan. Kristal yang mengendap akan mengalami pemisahan antara kristal halus dan kristal kasar, pada zona penyelesaian sebagian Kristal akan dikeluarkan dari dasar tangki dan selebihnya dijadikan umpan bersama cairan induk untuk melakukan proses sirkulasi guna melarutkan partikel-partikel halus yang masih mengendap. Pada bagian klarifikasi akan terjadi pemisahan pada bentuk kristal, Kristal yang sesuai dengan keinginan akan diambil dan kristal yang belum sesuai (ukurannya besar/kasar) akan dikembalikan ke zona kristalisasi untuk proses lebih lanjut.

Dengan menggunakan alat kristalisasi Draft Tube Baffle (DTB) Crystallizers diperoleh hasil produk berupa: a. Natrium Karbonat (Sodium Carbonate) b. Sodium Sulfat (Sodium Sulfate) c. Natrium Nitrat (Sodium Nitrate) d. Tembaga Sulfat (Copper Sulfate) e. Kalsium Klorida (Calcium Chloride) f. Amonium Sulfat (Ammonium Sulfate) g. Kalium Klorida (Potassium Chloride) Dalam penggunaan Draft Tube Baffle (DTB) Crystallizers sebagai alat kristalisasi, terdapat beberapa keuntungan yang dapat diperoleh, antara lain : a.

Mampu memproduksi kristal – kristal dalam bentuk tunggal.

b. Siklus operasionalnya lebih panjang. c. Biaya operasi lebih rendah. d. Kebutuhan ruang minimum e. Instrument dapat dikendalikan dengan mudah f. Kesederhanaan operasi, memulai dan penyelesaian. Salah satu pabrik yang menerapkan alat kristalisasi Draft Tube Baffle (DTB) adalah PT. Petrokimia Gresik. PT. Petrokimia Gresik merupakan produsen pupuk terlengkap di Indonesia yang memproduksi berbagai macam pupuk, seperti Urea, ZA, SP-36, ZK, NPK Phonska, NPK Kebomas, daan pupuk organik. Selain itu, PT. Petrokimia Gresik juga memproduksi produk non pupuk, antara lain Asam Sulfat, Asam Fosfat, Amoniak, Dry Ice, Aluminum Fluoride, Cement Retarder, dll. Keberadaan PT Petrokimia Gresik adalah untuk mendukung program Pemerintah dalam rangka meningkatkan produksi pertanian dan ketahanan pangan Nasional. Pabrik ini menggunakan alat Draft Tube Baffle (DTB) sebagai salah satu alat dalam proses pembuatan pupuk ZA atau Ammonium Sulphate. Pabrik pupuk Zwavelzure Ammonia (ZA) ini menggunakan proses Carbonation yang secara garis besar dibagi menjadi : 

Carbonation



Reaksi dan Penyerapan Gas



Filtrasi



Netralisasi



Kristalisasi



Pengeringan dan Pendinginan Kristal



Penampungan Produk

3. Vacuum Pans Vacuum pan merupkan alat yang berfungsi sebagai tempat pembentukan inti kristal. Prinsip kerjanya yaitu pengurangan kadar air pada kondisi vacuum. Proses kristalisasi yang dibuat pada kondisi vaccum bertujuan agar suhu yang digunakan untuk pemasakan tidak terlalu tinggi yaitu berkisar antara 60-650C sehingga

tidak

dipengaruhi kepekatan

oleh maka

merusak

bahan. Kecepatan masakan

kepekatan proses

(brix) larutan

di

thick liquor,

pemasakan semakin

vaccum semakin

cepat. Hasil

dari

pan tinggi proses

kristalisasi disebut masscuite. Massecuite kemudian ditampung dalam receiver. Pada receiver terjadi pengadukan agar larutan tidak membentuk gumpalan kristal (Dwiastuti, 2010). Prinsip vacuum pan dan kontruksinya hampir sama dengan evaporator. Perbedaannya pada vacum pan bekerja secara individual (sendiri) sedangkan pada evaporator bekerja secara paralel. Pada proses kristalisasi pada stasiun masakan, diharapkan dapat diperoleh hasil dan daya guna yang tinggi antara lain (Desa, 2004): a. Pembentukan inti kristal. b. Pembentukan inti kristal sampai didapat ukuran yang diharapkan c. Merapatkan kristal sehingga dihasilkan produk masakan yang tinggi. Vacuum pan merupakan hasil modifikasi dari short tube vertical evaporator. Peracangan sistem impeller ini dibuat dengan alur peredaran cairan dari atas ke bawah, dimana feed dibuat agar masuk dari satu titik didasar bejana. Penerapan impeller ini secara efektif dapat meningkatkan pergerakan stilling tube. Penambahan ini berguna untuk menyeragamkan panas didalam vacuum pan dan kristal dapat tumbuh dengan bebas (Desa, 2004).

Vacuum pan sering digunakan pada industri gula. Kristal gula yang dimasukkan dalam vakuum pan akan mengalami pembesaran hingga ukuran tertentu. Bahan yang dimasukkan yaitu nira kental, gula leburan, dan molase. Hasil resultan dari kristalisasi adalah berupa massecuite. Tingkat masakan (kristalisasi) dilaksanakan dalam sistem ABC. Kristalisasi A dan B massecuite dikerjakan dengan menggunakan batch pan yang dilengkapi dengan pengaduk, sedangkan untuk C massecuite dikerjakan dengan continous pan untuk "C" massecuite dikerjakan dengan continous pan (GMP, 2009). Selain pabrik gula, pabrik produk susu seperti susu skim, susu penuh, buttermilk, campuran es krim, dan lain-lain juga menggunakan vacuum pan. Vacuum pan adalah suatu bejana yang digunakan untuk kondensasi atau konsentrasi pada perpindahan sebagaian dari air yang mendidih. Upaya menghindari efek negatif dari pemanasan pada titik didih dengan atm, proses yang ada dalam bejana adalah mengurangi temperatur dimana panas yang diterapkan tidak menyebabkan perubahan yang tidak diinginkan pada produk (Tharp, 2013).

(Desa, 2004).

Beberapa industri yang menggunakan vacuum pan yaitu Gunung Madu Plantation Lampung, PT Dharmapala Usaha Sukses Cilacap, Pabrik Gula Madukismo Yogyakarta, Pabrik Gula Pesantren Baru Kediri, dan lain-lain.

(Source: GMP, 2009).

DAFTAR PUSTAKA

Desa, Douglas, O, J. 2004. Applied Technology and Instrumentation for Process Control. Taylor & Francis. New York. Dewi, Deviana, Fitrika dan Ali, Masduqi. 2003. Penyisihan Fosfat dengan Kristalisasi dalam Reaktor Terfluidisasi menggunakan Media Pasir Silika. Jurnal Purifikasi. 4[4]. 151-156. Dwiastuti, Rini. 2010. Laporan Magang di PT Dharmapala Usaha Sukses (Quality Control Gula Rafinasi). Fakultas Pertanian. Universitas Sebelas Maret. Surakarta. GMP. 2009. Akses IT-GMP website Team. Lampung. Haikal, Muhammad Irvan. 2013. Laporan PKL Keselamatan dan Kesehatan Kerja Produksi Gula pada PT P. Nusantara X (Persero) PG Pradjekan Bondowoso. Radit, S. 2011. Draft Tube Baffle Crystallizer. www. wordpress.com Diakses pada 17 Juni 2014 Pukul 12.30 WIB. Sirait, M. 2008. Analisis Proses Kristalisasi ZA atau Ammonium Sulfat Pada Alat Draft Tube Baffle Crystallizer di PT. Petrokimia Gresik. Medan : Universitas Sumatera Utara. Syaviudin, Imam Syafi’i. 2010. Laporan PKL Physical Tes Monitoring in Line Laboratory di PT Nestle Indonesia Kejayan Factory Pasuruan. Subiyantoro, Wahyu Kurniyawan. 2007. Laporan PKL Saluran Distribusi Gula di Pabrik Gula Krebet Baru Malang. Tharp, Bruce, W and Young, L, Steven. 2013. Tharp and Young on Ice Cream: An Encyclopedia Guide to Ice Cream Scienceand Technology. DEStech Publications Inc. USA. Http://www.petrokimia-gresik.com/za.asp Diakses pada 17 Juni 2014 Pukul 13.00 WIB.

LAMPIRAN

Nama : Prillanda Irenne Putri NIM

: 125100301111045

Blog

: blog.ub.ac.id/irenne/

Nama : Gita Syarifah Ali NIM

: 125100301111075

Blog

: blog.ub.ac.id/gitasyarifahali

Nama : Qanitatul Afifah NIM

: 125100301111079

Blog

: blog.ub.ac.id/qanita/

Nama : Miftahul Jannah NIM

: 125100301111083

Blog

: blog.ub.ac.id/mifta/

Nama : Hasna Laila Karimah NIM

: 125100301111099

Blog

: blog.ub.ac.id/karimah/