KRISTALISASI

Teknik pemisahan 2 campuran homogen  :

•Evaporasi

•Destilasi

•Absorbsi -- Stripping

•Ekstraksi

•Kristalisasi

KRISTALISASI

A. Definisi

Kristalisasi adalah peristiwa pembentukan suatu Kristal dari solute dalam larutan toleransinya. Kristalisasi dapat terjadi pembentukan partikel-partikel padat dalam uap seperti pada pertumbuhan salju sebagai pembekuan lelehan cair. Sebagaimana dalam 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

Alat kristalisasi disebut juga Crystallizer atau Kristallisator. Alat ini digunakan dalam proses kristalisasi terutama dalam skala industri, alat-alat yang digunakan dalam proses kristalisasi sangat beragam. Hal ini disebabkan oleh sifat-sifat bahan dan kondisi pertumbuhan kristal yang sangat bervariasi. Disamping itu juga karena kristalisasi dilaksanakan untuk tujuan yang berbeda-beda (pemisahan bahan, pemurnian bahan, pemberian bentuk).

B.  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. 

Kristalisasi ada empat macam, yaitu :

1.    Kristalisasi penguapan

 Kristalisasi penguapan dilakukan jika zat yang akan dipisahkan tahan terhadap panas dan titik bekunya lebih tinggi daripada titik didih pelarut.

2.   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.

3.   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.

4.   Penambahan bahan (zat) lain

Untuk pemisahan bahan organik 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.

5.   Reaksi Kimia

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.

C, Faktor yang Mempengaruhi Kristalisasi

a.   Laju pembentukan inti (nukleous)

Laju pembentukan inti dinyatakan dengan jumlah inti yang terbentuk dalamsatuan waktu. Jika laju pembentukan inti tinggi, maka banyak sekali kristal yang terbentuk, tetapi tak satupun akan tumbuh menjadi besar, jadi yang terbentuk berupa partikel-partikel koloid.

b.   Laju pertumbuhan kristal

Merupakan faktor lain yang mempengaruhi ukuran kristal yang terbentuk selama pengendapan berlangsung. Jika laju tinggi kristal yang besar akan terbentuk, laju pertumbuhan kristal juga dipengaruhi derajat lewat jenuh.

D. Faktor yang Mempercepat Kristalisasi

Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan pembentukan kristal adalah :        

a.   Derajat Lewat Jenuh

Makin tinggi derajat lewat jenuh, maka makin besar kemungkinan untuk membentuk inti baru. Sehingga makin cepat untuk membentuk kristal.

b.   Jumlah Inti yang Ada atau Luas Permukaan Total

Jika kecepatan pembentukan kristal tinggi, maka jumlah inti yang dihasilkan ke dalam bentuk kristal akan semakin banyak. Semakin luas permukaan total kristal, maka semakin banyak larutan yang ditempatkan pada kisi kristal.

c.   Pergerakan antara Larutan dan Kristal

Transportasi molekul atau ion dalam larutan (bahan yang akan dikristalisasi) dalam larutan ke permukaan kristal dengan cara difusi dapat berlangsung semakin cepat jika derajat lewat jenuh dalam larutan akan semakin besar.

d.   Banyaknya Pengotor

Adanya pengotor akan memperlambat kecepatan untuk membentuk kristal. Pada metode penguapan, pembentukan kristal lebih lama dibanding dengan metode pegendapan.       

e.   Kondisi lewat dingin larutan

Semakin dingin larutan waktu induksi (waktu yg diperlukan sampai inti kristal terbentuk) akan semakin pendek.

f.   Suhu

Penurunan suhu akan menginduksi pembentukan kristal secara cepat.

g.   Sumber inti kristal

Inti yang terbentuk pada pembentukan tipe heterogen memiliki kecendrungan mempercepat kristalisasi

h.   Viskositas

Ketika viskositas meningkat akibat menurunnya suhu dan meningkatnya konsentrasi larutan, proses pembentukan inti kristal akan terbatasi. Hal ini disebabkan berkurangnya pergerakan molekul pembentuk inti kristal dan terhambatnya pindah panas sebagai energi pembetukkan inti kristal.

i.    Kecepatan Pendinginan

Pendingingan yg cepat akan menghasilkan inti kristal yg lebih banyak dibandingkan pendinginan lambat.

j.    Kecepatan agitasi

Proses agitasi mampu meningkatkan laju pembentukan inti kristal. Agitasi menyebabkan pindah massa dan pindah panas berjalan lebih efisien.

E.   Metode Operasi

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:

a.     Pendinginan

Yaitu mendinginkan larutan yang akan dikristalka sampai keadaan supersaturasi dimana konsentrasi larutan lebih besar dari konsentrasi larutan jenuh pada suhu tersebut.

b.     Penguapan Solvent

Larutan disiapkan dalam evaporator untuk dipekatkan, lalu dikristalkan dengan pendingn. Cara ini digunakan untuk zat yang mempunyai kurva kelarutan agak dalam.

c.     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.

d.     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.

 2.         Pembentukan Inti Kristal

        Pembentukan Inti Kristal secara sistematis

a.   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.

b.   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. 

 Macam – Macam Alat Kristalizer

A.  Vacuum Crystalizer

Kristal vakum adalah pendinginan evaporatif adiabatik yang digunakan untuk menciptakan super saturated. Dalam bentuk aslinya dan yang paling sederhana, alat kristalisasi semacam itu adalah wadah tertutup yang vakum dijaga oleh kondensor, biasanya dengan bantuan pompa vakum uap uap, atau booster, ditempatkan di antara alat pengeras suara dan kondensor. Larutan jenuh hangat pada temperatur jauh di atas titik didih pada tekanan dalam alat pengukur panas diumpankan ke kapal.

Volume magma dijaga dengan mengendalikan tingkat cairan dan mengkristal padatan di kapal, dan ruang 'di atas themagma digunakan untuk melepaskan uap dan menghilangkan entrainment. Solusi umpan mendingin secara spontan ke keseimbangan; karena kedua entalpi pendinginan dan entalpi kristalisasi muncul. sebagai entalpi penguapan, sebagian dari erosi menguap. Saturasi super yang dihasilkan oleh pendinginan dan penguapan menyebabkan nukleasi dan pertumbuhan. Produk magma ditarik dari bagian bawah kristalisasi. Hasil teoritis kristal sebanding dengan perbedaan antara konsentrasi umpan dan kelarutan zat terlarut pada suhu ekuilibrium.

Keuntungan:

-     Masalah perawatan kurang karena tidak ada bagian yang bergerak.

-     Kualitas produk yang didapat adalah seragam.

-     Ini adalah operasi terus menerus dan sedikit tenaga kerja diperlukan.

-     Perpindahan panas yang mudah

-     Total kehandalan dalam operasi.

Kerugian:

-     Ini bukan metode yang baik untuk mengendalikan inti kristal.

-     Untuk tujuan menghilangkan kelebihan nukleus dan kristal yang sangat kecil maka tidak efisien.

B.   Draft Tube Baffle (DTB) Crystallizer

Pada crystallizer jenis ini, terdapat keunggulan dimana pada badan crystallizer terdapat pola atau sirkulasi untuk mekanisme kristalisasi. Diantaranya ialah draft tube, draft tube akan memisahkan antara cairan induk dengan kristal yang akan terbentuk, yang di lengkapi dengan pengaduk yang bergerak lambat. Pengaduk tersebut ada dimaksudkan untuk membuat cairan induk dapat bernukleasi dengan cepat, karena dengan pengadukan reaksi akan berjalan cepat.

1.    Draft Tube Crystallizer

Jenis Crystallizer ini tidak jauh berbeda dengan DTB Crystallizer, hanya saja pada jenis ini tidak ada baffle atau penyekat antara draft tube dengan badan crystallizer. Namun kelemahan dari Crystallizer  jenis ini kenaikan titik didih atau untuk dapat membuat larutan menjadi lewat jenuh agak sulit, karena jenis ini beroperasi dengan lambat dan panjang, namun akan didapatkan hasil atau magma yang cukup banyak.

2.   Forced Circulation Baffle Surface Cooled Crystallizer

Crystallizer jenis ini menggunakan prinsip sirkulasi cairan atau larutan induk, dimana umpan maupun hasil kristalisasi akan masuk kedalam Shell and Tube Heat Exchangers untuk didinginkan. Perbedaan dengan jenis crystallizer lainnya ialah karena pada saat di badan 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).

Keuntungan:

-     Turunkan biaya operasi

-     Siklus operasi yang lebih besar

-     Memproduksi kristal tunggal yang besar

-     Kebutuhan ruang minimum

-     Distribusi ukuran kristal yang jernih untuk pengeringan lebih mudah dan sedikit pengeringan

Kerugian:

-     Hal ini tidak sesuai untuk larutan jenuh dengan densitas tinggi karena tidak dapat mengatasinya secara efektif.  

-     Sering pembilasan untuk menghilangkan endapan di dinding bodi.

C.   Forced Circulation Crystallizer (Forced Circulating Liquid Evaporator-Crystalizer)

Crystallizer jenis ini menggabungkan proses antara proses pendinginan dan penguapan (evaporasi). Hal tersebut dimaksudkan untuk mencapai keadaan yang supersaturasi (supersaturated) atau keadaan dimana larutan lewat jenuh.

Keuntungan:

-     Sedikit mahal.

-     Memberikan berbagai macam kristal.

-     Endapan partikel pada dinding tubuh berkurang karena laju sirkulasi tinggi

Kerugian:

-     Pengendalian ukuran kristal memang suliT.

D.   Oslo Crystallizer

Ini memberikan waktu tinggal yang berbeda: lebih besar untuk padatan sehubungan dengan larutan induk.

1. OSLO Evaporative Crystallizer

Crystallizer ini dirancang berdasarkan adanya perbedaan suspensi yang mulai terbentuk pada chamber of suspension. Dimana terdapat HE eksternal yang bertujuan untuk membuat keadaan lewat jenuh pada suhu super saturasi nyA.

2. OSLO Surface Cooled Crystallizer

Tidak jauh berbeda dengan OSLO Evaporative Crystallizer, hanya saja cairan induk didinginkan terlebih dahulu sebelum masuk kedalam crystallizer. Lainnya sama dengan jenis crystallizer OSLO EC.

Keuntungan:

-     Operasi yang stabil

-     Siklus operasi yang lama

-     Maintenance rendah

-     Mengurangi pembentukan kerak khas kristalisasi Oslo tradisional.

-     Biaya operasi jauh rendah saat memproduksi partikel besar dan kasar

1.8    Aplikasi Proses Kristalisasi di Industri

Kebanyakan proses kristalisasi di industri kimia menggunakan metoda kristalisasi dari larutan sedangkan metoda kristalisasi dari lelehan banyak ditemui di industri gelas kristal dan semikonduktor seperti kristal Silicon dan Ga-As untuk  pembuatan dari salah satu bagian dalam proses pembuatan gelas kristal chips integrated circuit. Sasaran dari semua industri ini adalah untuk memperoleh atau mendapatkan produk kristal yang kemurniannya memenuhi baku mutu yang ditetapkan dan kisaran ukuran produk kristalnya pun sesuai permintaan pasar. Ketidaksesuaian kemurnian dan ukuran produk kristal ini akan membuat ongkos produksi menjadi mahal karena mengharuskan dilakukannya reprosesing lagi yaitu dengan melarutkan kembali dalam solven kemudian dilakukan rekristalisasi. Namun proses kristalisasi sangatlah luas di tiap industri, sehingga pada kami akan membahas mengenai aplikasi pada industri gula.

Pada umumnya pemProsesan tebu di pabrik gula dibagi menjadi beberapa tahap yang dikenal dengan proses pemerahan (gilingan), pemurnian, penguapan, kristalisasi, pemisahan dan penyelesaian (sugar handling). Proses kristalisasi adalah proses pembentukan kristal gula. Sebelum dilakukan kristaliasi dalam pan masak (crystallizer) nira kental terlebih dahulu direaksikan dengan gas SO₂ sebagai bleaching dan untuk menurunkan viskositas masakan (nira). Dalam proses kristalisasi gula dikenal sistem masakan ACD, ABCD, ataupun ABC.

Tingkatan masakan (kristalisasi) tergantung pada kemurnian nira kental. Apabila HK nira kental > 85% maka dapat dilakukan empat tingkat masakan (ABCD) dan apabila HK nira kental < 85% dilakukan tiga tingkat masakan (ACD). Pada saat ini dengan kondisi bahan baku yang rendah pabrik gula menggunakan sistem masakan ACD, dengan masakan A sebagai produk utama Langkah pertama dari proses kristalisasi adalah menarik masakan (nira pekat) untuk diuapkan airnya sehingga mendekati kondisi jenuhnya. Dengan pemekatan secara terus menerus koefisien kejenuhannya akan meningkat. Pada keadaan lewat jenuh maka akan terbentuk suatu pola kristal sukrosa. Setelah itu langkah membuat bibit, yaitu dengan memasukkan bibit gula ke dalam pan masak kemudian melakukan proses pembesaran kristal. Pada proses masak ini kondisi kristal harus dijaga jangan sampai larut kembali ataupun terbentuk tidak beraturan.

Setelah diperkirakan proses masak cukup, selanjutnya larutan dialirkan ke palung pendingin (receiver) untuk proses Na-Kristalisasi. Tujuan dari palung pendingain ialah melanjutkan proses kristalisasi yang telah terbentuk dalam pan masak, dengan adanya pendingin di palung pendingin dapat menyebabkan penurunan suhu masakan dan nilai kejenuhan naik sehingga dapat mendorong menempelnya suksosa pada kristal yang telah terbentuk. Untuk lebih menyempurnakan dalam proses kristalisasi maka palung pendingin dilengkapi pengaduk agar dapat sirkulasi.

 DAFTAR PUSTAKA

 Donald M. W., 1980, Principles of Instrumental Analysis Second Edition, 315-326, Saunders College, Philadelphia, USA.

         Handojo, L. 1995. Teknologi Kimia. Jakarta(ID) : Pradnya Paramita. 

Disusun oleh :
Alfie Rahmaputri
Putri Eka Sari
Juwito Aribowo

*Ilmu tanpa amal, bagaikan pohon tanpa Buah.. maka berbagilah.. 😊