peralatan industri kimia (crystallization, heat treatment, separation ...

PERALATAN INDUSTRI KIMIA(CRYSTALLIZATION, HEAT TREATMENT, SEPARATION & FILTER)Penyusun:Lely Riawati, ST., MT.Agustina Eunike, ST., MT., MBA

PERALATAN INDUSTRI KIMIA YANG DIBAHAS :IMaterial HandlingIISize ReductionIIIStorageIVReaktorVVIVIICrystallizationHeat treatmentSeparation & filter

Mengubah materi dari bentuk liquid (slurry) menjadisolid (powder/crystal). Pembentukan kristal padat dari larutan homogendalam kondisi supersaturated Terbentuknya kristal :1. nukleasi, pembentukan inti kristal.2. pertumbuhan kristal Mekanisme nukleasi pada sistem padat-cair :1. Primary nucleation.2. Secondary nucleation (contact nucleation)

CRYSTALLIZATION1. Primary nucleation.‣ Penggabungan molekul solute membentuk clusters tumbuh menjadi kristal.‣ Ukuran kristal besar, maka solubility kecil akansemakin tumbuh dan kristal kecil akan terlarut lagi.2. Secondary nucleation (contact nucleation)‣ Kristal bertabrakan dengan bahan lain, pengaduk,dinding/pipa tangki.‣ Dapat dipercepat dengan bibit kristal pada awalsintesaSecara umum terdapat Horizontal Crystallizer dan VerticalCrystallizer

Horizontal Crystallizer

Vertical CrystallizerBasicCirculationForcedCirculationDraft Tube BaffleCirculationInducedCirculation

Peralatan yang dipergunakan untuk memberikanperlakuan panas antara lain:1. Heat Exchanger (jacket/tube/plate)2. Cooling Tower3. Boiler4. Distillation5. Evaporator6. Dryer7. Refractory

1. Heat Exchanger / alat penukar panas Memungkinkan perpindahan panas (pemanas ataupendingin ) Medium pemanas super heated steam adanyakontak ( antara fluida terdapat dinding yangmemisahkannya atau bercampur langsung ) Air pendingin (cooling water) air biasa

a. Shell–tube heat exchanger

a. Shell–tube heat exchangerTerdapat dua fluida yang berbedatemperatur (dalam tube dan shell ) bersentuhan secara tidak langsung padaarah yang sama, berlawanan, ataubersilangan terjadi perpindahan panas

2. Cooling Tower Menurunkan suhu aliran air mengekstraksi panas dariair dan membuang panas ke atmosfer Air panas yang masuk pada bagian atas kebawah(gaya gravitasi atau diarahkan kebawah ) udara (searah air) masuk melalui fillingperpindahan masa dan panas dari air ke udara

4. DISTILATOR Pemisahan komponen larutan dengan menggunakan panassebagai “separating agent” dari suatu campuran yang berupalarutan cair (Mampu-campur, mudah menguap, komponendalam campuran mempunyai perbedaan tekanan uap, hasil daripemisahan berupa komponen atau kelompok komponen ) Didasarkan perbedaan tekanan uap : pemisahan komponenkomponennyaberdasarkan perbedaan titik didihnya Uap yang terbentuk diembunkan dan dipanaskan berulangulang diperoleh komponen-komponen dalam keadaan yangrelatif murni.

4. DISTILATOR

5.EVAPORATOR Proses pemisahan solvent (biasanya air) darilarutan berdasarkan pada titik didihnya konsentrasi produk yang lebih pekat Panas ditambahkan (steam) ke larutan untukmenguapkan solvent. Konsentrasi feed masuk sangat encer(viskositasnya rendah) proses evaporasi larutan lebih pekat

5.EVAPORATORKomponen dasar dari sebuah evaporator adalah: Heat-exchanger mentransfer panas dari mediumpemanas (uap bertekanan rendah) ke produk secaratidak langsung Vacuum menjaga suhu produk tetap rendah danmenjaga perbedaan suhu yang terlalu tinggi Vapour separator mengembalikan padatan dan uapair (ke condenser) Condenser (kondenser) mengkondensasi(mengubah uap air jadi air) dari dalam heatexchangerdan dapat berfungsi sebagai vacuum source

5.EVAPORATORTipe evaporator :a. Single effecti. Batch pan evaporatorii. Plate evaporatoriii. Rising filmiv. Falling filmv. Force circulation evaporatorb. Multiple effect evaporator

a. Single Effect Evaporator Produk melalui sebuahevaporator Terjadi pembuanganenergi panas dari uapyg keluar tidakdigunakan (dibuang)Umpan,LarutanencersteamTFTsVapor,T 1P 1bTT 1bTcondensateT 1Produk,Larutan pekat

i. Batch Pan Evaporator Jenis paling sederhana Perpindahan panas perunit volumenya kecildan memerlukan waktutinggal lama. Panas di supply olehkondensasi dari steamdidalam jaket ataudidalam koil-koil yangdicelupkan didalamliquid

ii. Plate EvaporatorA) ProductB) VaporC) ConcentrateD) SteamE) CondensateF) Excess Vapor1) Plate Evaporator2) Separator

ii. Plate Evaporator Plate evaporator mempunyai luas permukaan yangbesar Plate biasanya tidak rata dan ditopang oleh bingkai(frame). Larutan dan uap masuk ke separasi dan uap akandisalurkan ke condenser. Tidak efektif untuk larutan kental dan padatan

iii. Rising Film Evaporator Terdiri atas sebuah heat-exchangeryang terpisah dari vapour separator. Umpan dari bawah calandriadipompakan didalam tube. Steam disediakan pada bagian shell. Liquid dan vapor dipisahkan olehseparator dibagian atas. Pendidihan berlangsung di dalam tube

iii. Falling Film Evaporator Hampir sama dengan tipe risingfilm kecuali selaput cairan tipisberpindah ke bawah karenagravitasi dalam pipa. Nozzle atau spray distributoryang didesain pada pintu masukumpan memungkinkandigunakan untuk produk yanglebih kental.

iv. Natural & Force Circulation Evaporator Memanfaatkan sirkulasiakibat pemanasan. Saat air mulai mendidih,maka buih air akan naik kepermukaan dan memulaisirkulasi yang mengakibatkanpemisahan liquid dan uap airdi bagian atas dari tubepemanas. Jumlah evaporasi bergantungdari perbedaan temperaturuap dengan larutan.

. Multiple effect EvaporatorForward feedBackward feedT 1 > T 2 >T 3P 1 > P 2 > P 3

. Multiple effect Evaporator Dua atau lebih unit evaporator dapatdijalankan secara berurutan multipleeffect evaporator. Uap air dari efek sebelumnya digunakansebagai vacuum source dan sumber panasbagi efek selanjutnya.

. Multiple effect Evaporator Penggunaan uap yang dihasilkan dari evaporatorsebelumnya menghemat panas secara keseluruhan mengurangi ongkos produksi. Keuntungan dari multiple effect evaporator:• Ekonomis, dapat menguapkan lebih banyak air perkg uap• Meningkatkan perpindahan panas karena efekkekentalan produk/bahan• Dapat digunakan untuk produk yang tidak tahanpanas tinggi

. Multiple effect Evaporator Menguapkan sebagian dari pelarut pada titik didihnya,sehingga diperoleh larutan zat cair pekat yangkonsentrasinya lebih tinggi Dalam evaporasi zat cair pekat merupakan produkyang dipentingkan, sedangkan uapnya biasanyadikondensasikan dan dibuang. Disinilah letakperbedaan antara evaporasi dan distilasi

6. DryerPeristiwa perpindahan massa dan energi yang terjadidalam pemisahan cairan atau kelembaban dari suatubahan sampai batas kandungan air yang ditentukandengan menggunakan gas sebagai fluida sumber panasdan penerima uap cairana. Tray Dryerb. Spray Dryerc. Belt Dryerd. Rotary Drum Dryer

Tray Dryer Bentuknya persegi dandidalamnya berisi rak-raktempat bahan yang akandikeringkan Cocok untuk bahan yangberbentuk padat dan butiran Produk ditempatkan padasetiap rak yang tersusun agardapat dikeringkan dengansempurna. Udara panas sebagai fluidakerja diperoleh daripembakaran bahan bakar,panas matahari atau listrik.

. Spray Dryer

SPRAY DRYER Mampu menghasilkan produk dalam bentuk bubuk atauserbuk Sesuai untuk bahan berupa larutan sangat kental & berbentukpasta Umpan (percikan) disentuhkan dengan udara panasCara kerja : Air dari bahan yang ingin dikeringkan, diubah ke bentukbutiran air (diuapkan menggunakan atomizer). Air dari bahan (tetesan-tetesan) di kontakan dengan udarapanas mengering dan berubah menjadi serbuk. Proses pemisahan antara uap panas dengan serbuk dilakukandengan cyclone atau penyaring. Setelah di pisahkan, serbukkemudian kembali diturunkan suhunya

c.Belt Dryer Menggunakan beltyang bergerak secarakontinyu membawaproduk yang akandikeringkan. Konstruksi belt dibuatberlubang pada sisisisinyaagar aliranudara panas yangbergerak menyilangakan mengenaipermukaan produksehingga produk akankering.

d. Rotary drum dryer Pengering kontak langsung yang beroperasi secarakontinyu, terdiri atas silinder yang berputar Bahan kering dikeluarkan pada ujung bawah Cocok untuk bahan yang berbentuk padat dan butiran Bahan padatan dimasukkan dari ujung inlet melaluiscrew conveyor dan dikeringkan sepanjangtabung/drum yang berputar

7. RefractoryREFRACTORYFUSING TEMPoCAlumina (Al 2 O 3 ) 1750-2000Bauxite 1565-2000Mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ) 1650-1820Fireclay (Al 2 O 3 .2SiO 2 ) 1500-1750Silica (SiO 2 ) 1685-1800Silicon Carbide(SiC) 1800-2240Magnesite (MgO) 2150-2165Chrome (Cr 2 O 3 ) 1850-2050Spinel (MgO.Al 2 O 3 ) 2135

7. Refractory Bahan apapun dapat digambarkan sebagai ‘refraktori’ jikabahan ini dapat bertahan terhadap abrasi atau korosi bahanpadat, cair, atau gas pada suhu tinggi. Bahan-bahan refraktori dibuat dengan kombinasi dan bentukyang bervariasi tergantung pada penggunaannya. Persyaratanpersyaratanumum bahan refraktori adalah: Tahan terhadap suhu tinggi & perubahan suhu yangmendadak Tahan terhadap lelehan terak logam, kaca, gas panas, dll. Tahan terhadap beban dan gaya abrasi Menghemat panas Tidak boleh mencemari bahan yang bersinggungan

Peralatan yang dipergunakan untuk memisahkanmaterial1. Cyclone2. Clarifier3. Centrifuge4. Ion Exchanger5. Drum Filter6. Pressed Filter7. Candle Filter8. Disc Filter9. Membrane Filter

1. Cyclone

1. Cyclone Menggunakan prinsip gaya sentrifugal dan tekananrendah perputaran untuk memisahkan materiberdasarkan perbedaan massa jenis, ukuran, danbentuk. Prinsip kerja:a. Gas atau aliran fluida diinjeksikan melalui pipainput.b. Bentuk kerucut aliran gas atau fluida berputar menciptakan vortex.c. Partikel dengan ukuran atau kerapatan yang lebihbesar didorong ke arah luar vortex gayagravitasi jatuh ke tempat pengeluaran.d. Partikel dengan ukuran atau kerapatan yang lebihkecil keluar melalui bagian atas cyclone

2. Clarifier

2. Clarifier Merupakan bak penjernihan, biasanya pada instalasipenjernihan air, tempat terjadinya proses pemisahanair dengan sludge. Terdapat beberapa cara pengendapan dalam clarifier,yaitu : Koagulasi (penambahan coagulant aid) -> penggumpalanpartikel koloid dan membentuk endapan Flokulasi -> penggumpalan partikel untuk menjadi partikelyang lebih besar melalui pengadukan lambat Sedimentasi : proses pemisahan padatan yang terkandungdalam limbah cair oleh gaya gravitasi

3. Centrifuge

3. Centrifuge Centrifuge merupakan alat yang berfungsi sebagaipemisah zat dalam cairan yang umumnya mengandungendapan dengan cara pemutaran menggunakankekuatan rotasi. Dengan pemutaran kecepatan tertentu, zat-zat yangtidak terlarut akan mengendap.

4. Ion Exchanger

4. Ion Exchanger Fungsi dari ion exchanger:◦ Untuk water treatment menghasilkan soft water(meminimalisir terjadinya karat dan endapan)◦ Resin Kation menukar semua ion positif di air (Natrium, Kalsium,Magnesium) dengan ion Hidrogen. Sedangkan resin Anionmenukar semua ion negatip di air (Klorida, Sulfat, Nitrat) denganion OH.Sebagai media purifier untuk mengangkat bahan- bahan beracunyang dibawa oleh fluida tertentu (mengambil ion-ion logam beratseperti Cadmium dan Copper dan menggantikannya dengan ion-iongaram sodium dan potassium)Dapat menyaring kontaminan organik air baku denganmenambahkan karbon aktif pada kolom ion exchange tersebut.Setelah dipergunakan beberapa waktu diperlukan regenerasi agarkemampuan penukaran ion menjadi baik kembali.

Filtration

FiltrationProses pemisahan partikel zat padat dari fluida dengan jalanmelewatkan fluida tersebut melalui suatu medium penyaring dimanazat padat itu tertahanFilter medium (medium penyaring) bahan padat berpori yangberfungsi menahan partikel-partikel padatan berukuran lebih besar danmeloloskan partikel padat berukuran lebih kecil dari diameter porinyabersama-sama dengan cairan. Medium Filter seharusnya memenuhi syarat-syarat sebagai berikut :1. Harus dapat menahan zat padat yang akan disaring, danmenghasilkan filtrat yang cukup jernih.2. Tidak mudah tersumbat.3. Harus tahan secara kimia dan kuat secara fisik dalam kondisi proses.4. Memungkinkan penumpukan ampas, dan pengeluaran ampas secaratotal dan bersih.

5. Drum Filter

5. Drum Filter Rotary drum filter merupakan salah satu jenis filter yangdioperasikan secara kontinyu. Kondisi tekanan di dalam drum bersifat vakum. Keuntungan operasinya yang kontinyu waktuproses lebih efisien dan penggunaan tenaga kerjalebih hemat. Dalam sekali putaran, rotary drum filter melakukantahap penyaringan, pencucian, pengeringan, danpengumpulan cake.

6. Pressed Filter

6. Pressed Filter Filter ini terdiri dari seperangkat lempengan (plate)yang dirancang untuk memberikan ruang dimana zatpadat itu akan mengumpul. Lempengan itu ditutupdengan medium filter, seperti kanvas. Cairannya lewat melalui kanvas dan keluar melaluipipa dan meninggalkan ampas (zat padat) basah didalam ruang itu. Lempengan tersebut ada yang berbentuk bujursangkar atau lingkaran, dan ada yang vertikal atauhorizontal.

7. Candle Filter

8. Disc Filter

8. Disc Filter Memisahkan padatan dengan jumlah relatif besarsebagai suatu crystal cake atau lumpur. Seringkali penyaring ini dilengkapi peralatan untukmembersihkan cairan dari padatan sebelum dibuang. Padatan tersebut mulai menebal di permukaan danharus dibersihkan secara periodik

9. Membrane Filter

9. Membrane Filter Kelebihan dari filter reverse osmosis denganmenggunakan TFM (thin film membrane) mampumenghilangkan 99,99% polutan yang ada didalam airbahan baku. Dengan teknologi reverse osmosis air yang dihasilkanlebih sehat dan lebih higienis dibandingkanmenggunakan teknologi penyaringan air yang lain.

SELAMATBELAJAR