bab ii tinjauan pustaka pabrik urea
DESCRIPTION
Pra-perancangan pabrik II laporan IIIBTRANSCRIPT
BAB II
TINJAUN PUSTAKA
2.1 Pemisahan dan Pemurnian
2.1.1 Latar Belakang
Dalam teknik kimia, proses pemisahan digunakan untuk
mendapatkan dua atau lebih produk yang lebih murni dari suatu
campuran senyawa kimia. Pemisahan dan Pemurnian adalah suatu
metode yang digunakan untuk memisahkan dan atau memurnikan
senyawa tunggal, kelompok senyawa dengan susunan yang berkaitan
atau suatu zat yang terdapat dalam bahan alam, hasil proses reaksi
balik dalam skala laboratorium maupun skala industri. Dalam Kimia
dan teknik kimia, proses pemisahan digunakan untuk mendapatkan
dua atau lebih produk yang lebih murni dari suatu campuran senyawa
kimia. Sebagian besar senyawa kimia ditemukan di alam dalam
keadaan yang tidak murni. Biasanya, suatu senyawa kimia berada
dalam keadaan tercampur dengan senyawa lain. Untuk beberapa
keperluan seperti sintesis senyawa kimia yang memerlukan bahan
baku senyawa kimia dalam keadaan murni atau proses produksi suatu
senyawa kimia dengan kemurnian tinggi, proses pemisahan perlu
dilakukan. Proses pemisahan sangat penting dalam bidang teknik
kimia. Suatu contoh pentingnya proses pemisahan adalah pada proses
pengolahan minyak bumi. Minyak bumi merupakan campuran berbagai
jenis hidrokarbon. Pemanfaatan hidrokarbon-hidrokarbon penyusun
minyak bumi akan lebih berharga bila memiliki kemurnian yang tinggi.
Proses pemisahan minyak bumi menjadi komponen-komponennya
akan menghasilkan produk LPG, solar, avtur, pelumas, dan aspal
(Yuliani, 2009).
Secara mendasar, proses pemisahan dapat diterangkan sebagai
proses perpindahan massa. Proses pemisahan sendiri dapat
diklasifikasikan menjadi proses pemisahan secara mekanis atau
kimiawi. Pemilihan jenis proses pemisahan yang digunakan bergantung
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
pada kondisi yang dihadapi. Pemisahan secara mekanis dilakukan
kapanpun memungkinkan karena biaya operasinya lebih murah dari
pemisahan secara kimiawi. Untuk campuran yang tidak dapat
dipisahkan melalui proses pemisahan mekanis (seperti pemisahan
minyak bumi), proses pemisahan kimiawi harus dilakukan.
Proses pemisahan suatu campuran dapat dilakukan dengan
berbagai metode. Metode pemisahan yang dipilih bergantung pada
fasa komponen penyusun campuran. Suatu campuran dapat berupa
campuran homogen (satu fasa) atau campuran heterogen (lebih dari
satu fasa). Suatu campuran heterogen dapat mengandung dua atau
lebih fasa: padat-padat, padat-cair, padat-gas, cair-cair, cairgas, gas-
gas, campuran padat-cair-gas, dan sebagainya. Pada berbagai kasus,
dua atau lebih proses pemisahan harus dikombinasikan untuk
mendapatkan hasil pemisahan yang diinginkan.
2.1.2 Metode Pemisahan
Metode pemisahan merupakan suatu cara yang digunakan untuk
memisahkan atau memurnikan suatu senyawa atau skelompok
senyawa yang mempunyai susunan kimia yang berkaitan dari suatu
bahan, baik dalam skala laboratorium maupun skala industri. Metode
pemisahan bertujuan untuk mendapatkan zat murni atau beberapa zat
murni dari suatu campuran, sering disebut sebagai pemurnian dan
juga untuk mengetahui keberadaan suatu zat dalam suatu sampel
(analisis laboratorium). Berdasarkan tahap proses pemisahan, metode
pemisahan dapat dibedakan menjadi dua golongan, yaitu metode
pemisahan sederhana dan metode pemisahan kompleks.
Berdasarkan tahap proses pemisah, metode pemisah dapat
dibedakan menjadi dua golongan yaitu metode pemisah sederhana
dan metode pemisahan kompleks.
1. Pemisahan dengan proses sederhana
Pemisahan ini hanya dengan cara tunggal, misalnya cairan yang
tidak tercampur diambil dengan pipet atau corong pisah destilasi,
sentrifugasi, filtrasi dan lain-lain.
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
2. Pemisahan dengan proses kompleks
Proses yang kompleks ini biasanya memerlukan pembentukan fase
yang kedua yaitu dengan menambah cairan, padatan atau gas.
Proses ini juga memerlukan pengaturan dengan proses mekanis
ataupun reaksi kimia untuk menghasilkan pemisahan yang efektif.
Keadaan zat yang diinginkan dan dalam keadaan campuran
harus diperhatiakn untuk menghindari kesalahan pemilihan metode
pemisahan yang akan menimbulkan kerusakan hasil atau melainkan
tidak berhasil. Beberapa faktor yang perlu diperhatikan antara lain :
1. Keadaan zat yang diinginkan terhadap campuran, apakah zat ada di
dalam sel makhluk hidup, apakah bahan terikat secara kimia, dan
sebagainya.
2. Kadar zat yang diinginkan terhadap campurannya, apakah
kadarnya kecil atau besar.
3. Sifat khusus dari zat yang diinginkan dan campurannya, misalnya
zat tidak tahan panas, mudah menguap, kelarutan terhadap pelarut
tertentu, titik didih, dan sebagainya.
4. Standar kemurnian yang diinginkan. Kemurnian 100% memerlukan
tahap yang berbeda dengan 96%.
5. Zat pencemar dan campurannya yang mengotori beserta sifatnya.
6. Nilai guna zat yang diinginkan, harga, dan biaya proses pemisahan.
2.1.3 Dasar-Dasar Metode Pemisahan
Suatu zat dapat dipisahkan dari campurannya karena
mempunyai perbedaan sifat. Hal ini dinamakan dasr pemisahan.
Beberapa dasar pemisahan campuran antara lain sebagai berikut :
1. Ukuran partikel, bila ukuran partikel zat yang diinginkan berbeda
dengan zat yang tidak diinginkan (zat pencmpur) dapat dipisahkan
dengan metode filtrasi (penyaringan). jika partikel zat hasil lebih
kecil daripada zat pencampurnya, maka dapat dipilih penyring atau
media berpori yang sesuai dengan ukuran partikel zat yang
diinginkan. Partikel zat hasil akan melewati penyaring dan zat
pencampurnya akan terhalang.
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
2. Titik didih, bila antara zat hasil dan zat pencampur memiliki titik
didih yang jauh berbeda dapat dipishkan dengan metode destilasi.
Apabila titik didih zat hasil lebih rendah daripada zat pencampur,
maka bahan dipanaskan antara suhu didih zat hasil dan di bawah
suhu didih zat pencampur. Zat hasil akan lebih cepat menguap,
sedangkan zat pencampur tetap dalam keadaan cair dan sedikit
menguap ketika titik didihnya terlewati. Proses pemisahan dengan
dasar perbedaan titik didih ini bila dilakukan dengan kontrol suhu
yang ketat akan dapat memisahkan suatu zat dari campuranya
dengan baik, karena suhu selalu dikontrol untuk tidak melewati titik
didih campuran.
3. Kelarutan, suatu zat selalu memiliki spesifikasi kelarutan yang
berbeda, artinya suatu zat selalu memiliki spesifikasi kelarutan
yang berbeda, artinya suatu zat mungkin larut dalam pelarut A
tetapi tidak larut dalam pelarut B, atau sebaliknya. Secara umum
pelarut dibagi menjadi dua, yaitu pelarut polar, misalnya air, dan
pelarut nonpolar (disebut juga pelarut organik) seperti alkohol,
aseton, methanol, petrolium eter, kloroform, dan eter. Dengan
melihat kelarutan suatu zat yang berbeda dengan zat-zat lain
dalam campurannya, maka kita dapat memisahkan zat yang
diinginkan tersebut dengan menggunakan pelarut tertentu.
4. Pengendapan, suatu zat akan memiliki kecepatan mengendap yang
berbeda dalam suatu campuran atau larutan tertentu. Zat-zat
dengan berat jenis yng lebih besar daripada pelarutnya akan segera
mengendap. Jika dalam suatu campuran mengandung satu atau
beberapa zat dengan kecepatan pengendapan yang berbeda dan
kita hanya menginginkan salah satu zat, maka dapat dipisahkan
dengan metode sedimentsi tau sentrifugsi. Namun jika dalm
campuran mengandung lebih dari satu zat yang akan kita inginkan,
maka digunakan metode presipitasi. Metode presipitasi biasanya
dikombinasi dengan metode filtrasi.
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
5. Difusi, dua macm zat berwujud cair atau gas bila dicampur dapat
berdifusi (bergerak mengalir dan bercampur) satu sama lain. Gerak
partikel dapat dipengaruhi oleh muatan listrik. Listrik yang diatur
sedemikian rupa (baik besarnya tegangan maupun kuat arusnya)
akan menarik partikel zat hasil ke arah tertentu sehingga diperoleh
zat yang murni. Metode pemisahan zat dengan menggunakan
bantuan arus listrik disebut elektrodialisis. Selain itu kita mengenal
juga istilah elektroforesis, yaitu pemisahan zat berdasarkan
banyaknya nukleotida (satuan penyusun DNA) dapat dilakukan
dengan elektroforesis menggunakan suatu media agar yang disebut
gel agarosa.
6. Adsorbsi, merupakan penarikan suatu zat oleh bahan pengadsorbsi
secara kuat sehingga menempel pada permukaan dari bahan
pengadsorbsi. Penggunaan metode ini diterapkan pada pemurnian
air dan kotoran renik atau organisme.
2.1.4 Jenis-Jenis Metode Pemisahan
2.1.4.1 Filtrasi
Filtrasi atau penyaringan merupakan metode pemisahan untuk
memisahkan zat padat dari cairannya dengan menggunakan alat
berpori (penyaring). Dasar pemisahan metode ini adalah perbedaan
ukuran partikel antara pelarut dan zat terlarutnya. Penyaring akan
menahan zat padat yang mempunyai ukuran partikel lebih besar dari
pori saringan dan meneruskan pelarut. Proses filtrasi yang dilakukan
adalah bahan harus dibuat dalam bentuk larutan atau berwujud cair
kemudian disaring. Hasil penyaringan disebut filtrat sedangkan sisa
yang tertinggal dipenyaring disebut residu. (ampas). Metode ini
dimanfaatkan untuk membersihkan air dari sampah pada pengolahan
air, menjernihkan preparat kimia di laboratorium, menghilangkan
pirogen (pengotor) pada air suntik injeksi dan obat-obat injeksi, dan
membersihkan sirup dari kotoran yang ada pada gula. Penyaringan di
laboratorium dapat menggunakan kertas saring dan penyaring
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
buchner. Penyaring buchner adalah penyaring yang terbuat dari bahan
kaca yang kuat dilengkapi dengan alat penghisap (Yuliani, 2009)
Gambar 2.1 Filtrasi
2.1.4.2 Destilasi
Destilasi merupakan metode pemisahan untuk memperoleh
suatu bahan yang berwujud cair yang terkotori oleh zat padat atau
bahan lain yang mempunyai titik didih yang berbeda. Dasar pemisahan
adalah titik didih yang berbeda. Bahan yang dipisahkan dengan
metode ini adalah bentuk larutan atau cair, tahan terhadap
pemanasan, dan perbedaan titik didihnya tidak terlalu dekat. Proses
pemisahan yang dilakukan adalah bahan campuran dipanaskan pada
suhu diantara titik didih bahan yang diinginkan. Pelarut bahan yang
diinginkan akan menguap, uap dilewatkan pada tabung pengembun
(kondensor). Uap yang mencair ditampung dalam wadah. Bahan hasil
pada proses ini disebut destilat, sedangkan sisanya disebut residu.
Contoh destilasi adalah proses penyulingan minyak bumi, pembuatan
minyak kayu putih, dan memurnikan air minum.
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
Gambar 2.2 Destilasi
Secara sederhana, proses destilasi dapat dijelaskan melalui
gambar diatas. Suatu campuran yang berupa cairan (15) dimasukkan
kedalam labu (2) yang dipanaskan melalui penangas (14) dengan
heater (13). Suhu pemanas dapat diatur dengan mengamat
thermometer (4). Pada saat dipanskan, sedikit demi sedikit campuran
akan menguap. Uap kemudian naik melalui pipa (3) dan mengalir
menuju pendingin/condenser (5). Pendingin uap adalah dengan cara
mengalirkan air melalui dinding pendingin. Setelah melalui pendingin,
uap akan mengembun membentuk cairan kembali melaju ke adaptor
(10) dan menetes ke labu destilat (8) (Suparni, 2009).
2.1.4.3 Ekstraksi
Ekstraksi adalah pemisahan satu atau beberapa bahan dari
suatu padatan atau cairan dengan bantuan pelarut. Ekstraksi juga
merupakan proses pemisahan satu atau lebih komponen dari suatu
campuran homogen menggunakan pelarut cair (solven) sebagai
separating agen. Pemisahan terjadi atas dasar kemampuan larut yang
berbeda dari komponen-komponen dalam campuran. Contoh
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
ekstraksi : pelarutan komponenkomponen kopi dengan menggunakan
air panas dari biji kopi yang telah dibakar atau digiling.
Pemisahan zat-zat terlarut antara dua cairan yang tidak saling
mencampur antara lain menggunakan alat corong pisah. Ada suatu
jenis pemisahan lainnya dimana pada satu fase dapat berulang-ulang
dikontakkan dengan fase yang lain, misalnya ekstraksi berulang-ulang
suatu larutan dalam pelarut air dan pelarut organik, dalam hal ini
digunakan suatu alat yaitu ekstraktor sokshlet. Metode sokshlet
merupakan metode ekstraksi dari padatan dengan solvent (pelarut)
cair secara kontinu. (Indra, 2012)
Pada ekstraksi tidak terjadi pemisahan segera dari bahan-bahan
yang akan diperoleh (ekstrak), melainkan mula-mula hanya terjadi
pengumpulan ekstrak dalam pelarut.
Ekstraksi akan lebih menguntungkan jika dilaksanakan dalam
jumlah tahap yang banyak. Setiap tahap menggunakan pelarut yang
sedikit. Kerugiannya adalah konsentrasi larutan ekstrak makin lama
makin rendah, dan jumlah total pelarut yang dibutuhkan menjadi
besar, sehingga untuk mendapatkan pelarut kembali biayanya menjadi
mahal.
Semakin kecil partikel dari bahan ekstraksi, semakin pendek
jalan yang harus ditempuh pada perpindahan massa dengan cara
difusi, sehingga semakin rendah tahanannya. Pada ekstraksi bahan
padat, tahanan semakin besar jika kapiler-kapiler bahan padat semakin
halus dan jika ekstrak semakin terbungkus di dalam sel (misalnya pada
bahan-bahan alami). Ekstraksi dibagi menjadi dua, yaitu:
1. Ekstraksi padat-cair Pada ekstraksi padat-cair, satu atau beberapa
komponen yang dapat larut dipisahkan dari bahan padat dengan
bantuan pelarut. Pada ekstraksi, yaitu ketika bahan ekstraksi
dicampur dengan pelarut, maka pelarut menembus kapiler-kapiler
dalam bahan padat dan melarutkan ekstrak. Larutan ekstrak
dengan konsentrasi yang tinggi terbentuk di bagian dalam bahan
ekstraksi. Dengan cara difusi akan terjadi kesetimbangan
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
konsentrasi antara larutan tersebut dengan larutan di luar bahan
padat. Syarat-syarat yang harus dipenuhi untuk mencapai unjuk
kerja ekstraksi atau kecepatan ekstraksi yang tinggi pada ekstraksi
padat-cair, yaitu: a. Karena perpindahan massa berlangsung pada
bidang kontak antara fase padat dan fase cair, maka bahan itu
perlu sekali memiliki permukaan yang seluas mungkin. b.
Kecepatan alir pelarut sedapat mungkin besar dibandingkan
dengan laju alir bahan ekstraksi. c. Suhu yang lebih tinggi
(viskositas pelarut lebih rendah, kelarutan ekstrak lebih besar) pada
umumnya menguntungkan unjuk kerja ekstraksi.
2. Ekstraksi cair-cair Pada ekstraksi cair-cair, satu komponen bahan
atau lebih dari suatu campuran dipisahkan dengan bantuan pelarut.
Ekstraksi cair-cair terutama digunakan, bila pemisahan campuran
dengan cara destilasi tidak mungkin dilakukan (misalnya karena
pembentukan azeotrop atau karena kepekaannya terhadap panas)
atau tidak ekonomis. Seperti ekstraksi padat-cair, ekstraksi cair-cair
selalu terdiri dari sedikitnya dua tahap, yaitu pencampuran secara
intensif bahan ekstraksi dengan pelarut dan pemisahan kedua fase
cair itu sesempurna mungkin. Pada makalah ini akan dijelaskan
lebih lanjut mengenai ekstraksi cair-cair.
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
Gambar 2.3 Ekstraksi
2.1.4.4 Adsorbsi
Adsorpsi merupakan peristiwa penyerapan suatu zat pada
permukaan zat lain. Zat yang diserap disebut fase terserap (adsorbat),
sedangkan zat yang menyerap disebut adsorben. Kecuali zat padat,
adsorben dapat pula zat cair. Karena itu adsorpsi dapat terjadi antara :
zat padat dan zat cair, zat padat dan gas, zat cair dan zat cair atau gas
dan zat cair.Adsorpsi secara umum adalah proses penggumpalan
substansi terlarut yang ada dalam larutan oleh permukaan benda atau
zat penyerap. Adsorpsi adalah masuknya bahan yang mengumpul
dalam suatu zat padat. Keduanya sering muncul bersamaan dengan
suatu proses maka ada yang menyebutnya sorpsi. Baik adsorpsi
maupun absorpsi sebagai sorpsi terjadi pada tanah liat maupun
padatan lainnya, namun unit operasinya dikenal sebagai adsorpsi.
Menurut Sukardjo bahwa molekul-molekul pada permukaan zat padat
atau zat cair, mempunyai gaya tarik ke arah dalam, karena tidak ada
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
gaya-gaya yang mengimbangi. Adanya gaya-gaya ini menyebabkan
zat padat dan zat cair, mempunyai gaya adsorpsi. Adsorpsi berbeda
dengan absorpsi. Pada absorpsi zat yang diserap masuk ke dalam
adsorben sedang pada adsorpsi, zat yang diserap hanya pada
permukaan (Sukardjo, 2002:190).
Gambar 2.5 Adsorbsi
2.1.4.5 Kromatografi
Kromatografi adalah cara pemisahan berdasarkan perbedaan
kecepatan perambatan pelarut pada suatu lapisan zat tertentu. Dasar
pemisahan metode ini adalah kelarutan dalam pelarut tertentu, daya
absorbsi oleh bahan penyerap, dan volatilitas (daya penguapan).
Contoh proses kromatografi sederhana adalah kromatografi kertas
untuk memisahkan tinta (Yuliani, 2009)
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
Gambar 2.6 Kromatografi kolom
2.1.5 Unit Pemisahan Dan Pemurnian
2.1.5.1 Knock Out Drum
Knock Out Drum yang juga dikenal sebagai Compressor Suction
Drum merupakan suatu separator yang berfungsi memisahkan
campuran gas CO2 dan NH3 dengan larutan campuran ammonium
karbamat, air, dan urea.
Pada industri kimia terdapat dua jenis knock out drum yang sering
digunakan diantaranya :
1. Vertical Knock Out Drum
Vertical Knock Out Drum adalah jenis separator yang diletak kan
berdiri (vertical). Prinsip dasar pemisahan nya adalah dengan
sistem buka tutup nozzle sehingga cairan yang membawa gas
akan menembak ke dinding Knock Out Drum sehingga gas yang
memiliki berat jenis lebih ringan akan naik ke atas dan larutan
akan jatuh ke bawah dengan sistem gravitasi.
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
Gambar 2.7Vertical Knock Out Drum (Sulzer, 2014)
2. Horizontal Knock Out Drum
Horizontal Knock Out Drum adalah jenis knock out dengan drum
horizontal. Prinsip kerja horizontal knock out drum sama dengan
prinsip kerja vertical knock out drum, hanya saja yang
memebedakan antara keduanya adalah posisi letak drumnya.
Vertical knock out memiliki drum pemisahan diletakkan berdiri
(vertical) sedangkan pada knock out drum jenis ini drum pemisah
diletakkan horizontal.
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
Gambar 2.8 Horizontal Knock Out Drum (Sulzer, 2014)
2.1.5.1.1 Mekanisme Kerja Knock Out Drum
Mekanisme kerja knock out drum adalah dengan menembak kan
larutan yang berasal dari reaktor masih mengandung sejumlah gas CO2
dan NH3, gas-gas ini dipisahkan di knock out drum dengan menembak
kan larutan tersebut melalui nozzle sehingga larutan dan gas akan
terpisah berdasarkan gaya gravitasi, adanya berat jenis antara gas dan
cairan menyebabkan cairan jatuh ke bawah dan gas akan naik ke
bagian atasknock out drum.
2.1.5.1.2 Kelebihan dan Kekurangan
Adapun beberapa kelebihan vertical knock out drum dan
horizontal knock out drum dalam suherman (2009) adalah seperti
dibawah ini.
Kelebihan vertical knock out drum antara lain:
1. Plot area yang dibutuhkan lebih kecil dari pada tipe horizontal
2. Penghilangan padatan lebih mudah
3. Efisiensi penghilangan cairan tidak dipengaruhi oleh ketinggian
cairan, karena luas vessel cukup untuk membuat aliran uap
tetap konstan.
4. Umumnya volume vessel lebih kecil.
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
Kelebihan horizontal knock out drum antara lain:
1. Lebih mudah untuk mengakomodasi inlet dalam jumlah besar
2. Head yang di perlukan lebih kecil
3. Laju turunnya cairan lebih rendah sehingga meningkatkan de-
gassing dan pemecahan buih
2.1.5.2 Evaporator
Evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah
sebagian atau keseluruhan sebuah pelarut dari sebuah larutan dari
bentuk cair menjadi uap. Evaporator mempunyai dua prinsip dasar,
untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari
cairan. Evaporator umumnya terdiri dari tiga bagian, yaitu penukar
panas, bagian evaporasi (tempat di mana cairan mendidih lalu
menguap), dan pemisah untuk memisahkan uap dari cairan lalu
dimasukkan ke dalam kondenser (untuk diembunkan/kondensasi) atau
ke peralatan lainnya. Hasil dari evaporator (produk yang diinginkan)
biasanya dapat berupa padatan atau larutan berkonsentrasi. Larutan
yang sudah dievaporasi bisa saja terdiri dari beberapa komponen
volatil (mudah menguap). Evaporator biasanya digunakan dalam
industri kimia dan industri makanan. Pada industri kimia, contohnya
garam diperoleh dari air asin jenuh (merupakan contoh dari proses
pemurnian) dalam evaporator. Evaporator mengubah air menjadi uap,
menyisakan residu mineral di dalam evaporator. Uap dikondensasikan
menjadi air yang sudah dihilangkan garamnya. Pada sistem
pendinginan, efek pendinginan diperoleh dari penyerapan panas oleh
cairan pendingin yang menguap dengan cepat (penguapan
membutuhkan energi panas). Evaporator juga digunakan untuk
memproduksi air minum, memisahkannya dari air laut atau zat
kontaminasi lain.
2.1.5.2.1 Prinsip Kerja Evaporator
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
Evaporator adalah alat untuk mengevaporasi larutan sehingga
prinsip kerjanya merupakan prinsip kerja atau cara kerja dari evaporasi
itu sendiri. Prinsip kerjanya dengan penambahan kalor atau panas
untuk memekatkan suatu larutan yang terdiri dari zat terlarut yang
memiliki titik didih tinggi dan zat pelarut yang memiliki titik didih lebih
rendah sehingga dihasilkan larutan yang lebih pekat serta memiliki
konsentrasi yang tinggi.
1. Pemekatan larutan didasarkan pada perbedaan titik didih yang
sangat besar antara zat-zatnya.
2. Titik didih cairan murni dipengaruhi oleh tekanan.
3. Dijalankan pada suhu yang lebih rendah dari titik didih normal.
4. Titik didih cairan yang mengandung zat tidak mudah menguap
(misalnya: gula)akan tergantung tekanan dan kadar zattersebut.
5. Beda titik didih larutan dan titik didih cairan murni disebut Kenaikan
titik didih (boiling).
Proses evaporasi dengan skala komersial di dalam industri kimia
dilakukan dengan peralatan yang namanya evaporator. Ada empat
komponen dasar yang dibutuhkan dalam evaporasi yaitu : Evaporator,
kondensor , injeksi uap, dan perangkap uap.
1. Kondensor adalah salah satu jenis mesin penukar kalor (heat
exchanger) yang berfungsi untuk mengkondensasikan fluida.
2. Injeksi uap: menginjeksikan uap ke dalam reservoir minyak untuk
mengurangi viskositas yang tinggi
3. Perangkap uap: Evaporasi dilaksanakan dengan cara menguapkan
sebagian dari pelarut pada titik didihnya, sehingga diperoleh
larutan zat cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi. Uap yang
terbentuk pada evaporasi biasanya hanya terdiri dari satu
komponen, dan jika uapnya berupa campuran umumnya tidak
diadakan usaha untuk memisahkan komponen-komponennya.
2.1.5.2.2 Tipe-Tipe Evaporator
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
Tipe evaporator berdasarkan banyak proses:
1. Evaporator efek tunggal (single effect)
Yang dimaksud dengan single effect adalah bahwa produk hanya
melalui satu buah ruang penguapan dan panas diberikan oleh satu
luas permukaan pindah panas.
2. Evaporator efek ganda
Di dalam proses penguapan bahan dapat digunakan dua, tiga,
empat atau lebih dalam sekali proses, inilah yang disebut dengan
evaporator efek majemuk. Penggunaan evaporator efek majemuk
berprinsip pada penggunaan uap yang dihasilkan dari evaporator
sebelumnya.
Tujuan penggunaan evaporator efek majemuk adalah untuk
menghemat panas secara keseluruhan, hingga akhirnya dapat
mengurangi ongkos produksi. Keuntungan evaporator efek majemuk
adalah merupakan penghematan yaitu dengan menggunakan uap
yang dihasilkan dari alat penguapan untuk memberikan panas pada
alat penguapan lain dan dengan memadatkan kembali uap tersebut.
Apabila dibandingkan antara alat penguapan n-efek, kebutuhan uap
diperkirakan 1/n kali, dan permukaan pindah panas berukuran n-kali
dari pada yang dibutuhkan untuk alat penguapan berefek tunggal,
untuk pekerjaan yang sama
Pada evaporator efek majemuk ada 3 macam penguapan, yaitu :
a. Evaporator Pengumpan Muka (Forward-feed)
b. Evaporator Pengumpan Belakang (Backward-feed)
c. Evaporator Pengumpan Sejajar (Parallel-feed)
Tipe evaporator berdasarkan bentuknya:
1. Evaporator Sirkulasi Alami/paksa
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
Evaporator sirkulasi alami bekerja dengan memanfaatkan sirkulasi
yang terjadi akibat perbedaan densitas yang terjadi akibat
pemanasan. Pada evaporator tabung, saat air mulai mendidih,
maka buih air akan naik ke permukaan dan memulai sirkulasi yang
mengakibatkan pemisahan liquid dan uap air di bagian atas dari
tabung pemanas.Jumlah evaporasi bergantung dari perbedaan
temperatur uap dengan larutan. Sering kali pendidihan
mengakibatkan sistem kering, Untuk menghidari hal ini dapat
digunakan sirkulasi paksa, yaitu dengan manambahkan pompa
untuk meningkatkan tekanan dan sirkulasi sehingga pendidihan
tidak terjadi.
2. Falling Film Evaporator
Evaporator ini berbentuk tabung panjang (4-8 meter) yang dilapisi
dengan jaket uap (steam jacket). Distribusi larutan yang seragam
sangat penting. Larutan masuk dan memperoleh gaya gerak karena
arah larutan yang menurun. Kecepatan gerakan larutan akan
mempengaruhi karakteristik medium pemanas yag juga mengalir
menurun. Tipe ini cocok untuk menangani larutan kental sehingga
sering digunakan untuk industri kimia, makanan, dan fermentasi.
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
Gambar 2.9 Falling Film Evaporator
3. Rising Film (Long Tube Vertical)
Evaporator Pada evaporator tipe ini, pendidihan berlangsung di
dalam tabung dengan sumber panas berasal dari luar tabung
(biasanya uap). Buih air akan timbul dan menimbulkan sirkulasi.
Gambar 2.10 Vertical long tube evaporator
4. Plate Evaporator
Mempunyai luas permukaan yang besar, Plate biasanya tidak rata
dan ditopangoleh bingkai (frame). Uap mengalir melalui ruang-
ruang di antara plate. Uap mengalir secara co-current dan counter
current terhadap larutan. Larutan dan uap masuk ke separasi yang
nantinya uap akan disalurkan ke condenser. Eveporator jenis ini
sering dipakai pada industri susu dan fermntasi karena fleksibilitas
ruangan. Tidak efektif untuk larutan kental dan padatan
5. Multi-effect Evaporator
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
Menggunakan uap pada tahap untuk dipakai pada tahap
berikutnya. Semakin banyak tahap maka semakin rendah konsumsi
energinya. Biasanya maksimal terdiri dari tujuh tahap, bila lebih
seringkali ditemui biaya pembuatan melebihi penghematan energi.
Ada dua tipe aliran, aliran maju dimana larutan masuk dari tahap
paling panas ke yang lebih rendah, dan aliran mundur yang
merupakan kebalikan dari aliran maju. Cocok untuk menangani
produk yang sensitive terhadap panas seperti enzim dan protein.
Gambar 2.11 Multi-effect Evaporator
6. Horizontal-tabung Evaporator
Evaporator horisontal-tabung merupakan pengembangan dari panci
terbuka, di mana panci tertutup dalam, umumnya dalam silinder
vertikal. Tabung pemanas disusun dalam bundel horisontal
direndam dalam cairan di bagian bawah silinder. Sirkulasi cairan
agak miskin dalam jenis evaporator.
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
Gambar 2.12 Horizontal-tabung Evaporator
7. Vertikal-tabung
Evaporator Dengan menggunakan tabung vertikal, bukan
horizontal, sirkulasi alami dari cairan dipanaskan dapat dibuat
untuk memberikan transfer panas yang baik.
Gambar 2.13 Evaporator Vartikel Tabung Panjang
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
2.1.5.3 Crystallizer
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 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%.
2.1.5.3.1 Mekanisme Pembentukan Kristal
1. Pembentukan Inti
Inti kristal adalah partikel-partikel kecil bahkan sangat kecil yang
dapat terbentuk secara 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.
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
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.
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam
Daftar Pustaka
Yuliani, 2009. Pemisahan
Campuran.Http://alicezah.files.wordpress.com. Akses : 23 april
2015.
Sukardjo, 2002. Adsorbsi. https://kimia08.wordpress.com. Akses: 23
april 2015.
Indra, 2013. Ekstraksi cair-cair.
https://indrawibawads.files.wordpress.com. Akses: 23 april 2015.
Suparni, 2009. Ekstraksi .http://www.chem-is-try.org/ . Akses: 23 april
2015.
Pra-Rancangan Pabrik Urea dari NH3 dan CO2
Kelompok 3/S. Genap/2014-2015
By Checked ApprovedHeni Ismawati Dian Anggraini Purba
Hasnul Bustamam