Diagram Fasa Zat Murni Pertemuan ke-1

Perubahan Fasa di Industri Evaporasi Kristalisasi

Diagram Fasa Diagram yang bisa menunjukkan, pada kondisi tertentu (tekanan, suhu, kadar, dll) zat tersebut berfasa (berwujud) apa.

Dua jenis diagram fasa Zat pada umumnya H2O dan sejumlah zat lain Vuap > Vpadat > Vcair Zat pada umumnya Vuap > Vcair > Vpadat

Titik tripel Titik T pada gambar di slide terdahulu Kondisi di mana zat bisa berupa padat, cair, uap, atau campurannya

Pendinginan pada P tetap (1) Apa yang terjadi jika pendinginan dari titik A ke D? A-B = ? B = ? B-C = ? C = ? C-D = ?

Pendinginan pada P tetap (2) Apa yang terjadi jika pendinginan dari titik E ke G? E-F = ? F = ? F-G = ?

Penekanan pada T tetap (3) Apa yang terjadi jika pendinginan dari titik H ke K? H-I = ? I = ? I-J = ? J = ? J-K = ?

Penekanan pada T tetap (4) Apa yang terjadi jika pendinginan dari titik L ke O? L-M = ? M = ? M-N = ? N = ? N-O = ?

Dua jenis diagram fasa Zat pada umumnya H2O dan sejumlah zat lain Vuap > Vpadat > Vcair Zat pada umumnya Vuap > Vcair > Vpadat

Perhatikan: Penekanan cenderung mendorong perubahan fasa ke arah volum yang lebih kecil

Kaidah umum Jika terjadi perubahan kondisi, maka hal tersebut akan mendorong terjadinya proses-proses yang menghambat terjadinya perubahan kondisi tersebut Contoh: Kenaikan suhu akan mendorong terjadinya proses-proses yang menyerap panas (endotermis)

Coba pikirkan: Apa yang sebaiknya dilakukan untuk proses penyerapan gas dengan suatu cairan (proses absorbsi): Pada suhu tinggi atau rendah? Pada tekanan tinggi atau rendah?

Contoh kasus 1: EVAPORATOR Evaporator: alat untuk menguapkan sebagian air dari suatu larutan sehingga diperoleh larutan yang lebih pekat Fakta: makin tinggi tekanan maka makin tinggi titik didih

Single Effect Evaporator STEAM LARUTAN ENCER LARUTAN PEKAT

Multiple Effect Evaporator FORWARD FEEDING

Multiple Effect Evaporator Apa keuntungannya dibanding single effect? Bagaimana T1, T2, T3? Bagaimana P1, P2, P3?

Contoh Kasus 2: Kristalisasi Padatan amorf Kristal

Kristal produk industri Ammonium Alum Gula Ammonium magnesium sulfate Kristal es dalam proses freeze drying

Contoh Kasus 2: Kristalisasi PENDINGINAN

Pembentukan inti kristal Nukleasi Primer Sekunder Homogen/ Spontan Heterogen/ Induksi

Pertumbuhan Kristal Merupakan proses difusi. Difusi: perpindahan massa akibat beda konsentrasi. Pertumbuhan kristal akan terus terjadi sampai konsentrasi larutan (yang mulanya lewat jenuh) mencapai konsentrasi jenuh.

Difusi ke permukaan kristal Daerah permukaan kristal: konsentrasi larutan C* (jenuh) Kristal Difusi berhenti pada saat C  C* Bulk larutan: Konsentrasi C > C* (lewat jenuh)

Kejenuhan (1) Jika solut ditambahkan ke dalam solven, akan tercapai suatu konsentrasi dimana solut yang ditambahkan tidak bisa larut lagi. Konsentrasi maksimum ini disebut konsentrasi jenuh (sering disebut juga kelarutan).

Kejenuhan (2) Pada kondisi jenuh, jumlah senyawa yang larut sama dengan jumlah senyawa yang mengkristal. Secara netto tidak ada perubahan jumlah senyawa dalam larutan dan padatan. Hal ini disebut kesetimbangan termodinamis.

Kejenuhan (3) Biasanya, kelarutan akan lebih besar pada suhu yang lebih tinggi.

Kejenuhan (4) Perlu diperhatikan bahwa ada perkecualian untuk beberapa senyawa: kelarutan justru turun pada suhu yang makin tinggi. Efek suhu terhadap kelarutan perlu diperhitungkan pada operasi heat exchanger untuk larutan senyawa yang dapat mengkristal.

Kondisi lewat jenuh Disebut juga supersaturasi. Mutlak diperlukan untuk memungkinkan terbentuknya kristal.

Interpretasi supersaturasi (1) Misalkan suatu larutan A dalam air bersuhu TA adalah larutan tidak jenuh. Kristalisasi baru bisa terjadi di daerah supersaturasi (di atas daerah jenuh) Daerah supersaturasi C Konsentrasi Daerah jenuh B A Tidak jenuh TA Suhu

Interpretasi supersaturasi (2) Ada dua kemungkinan mencapai supersaturasi: 1) Menaikkan konsentrasi pada suhu tetap TA (untuk mencapai titik C). 2) Menurunkan suhu pada konsentrasi yang sama (untuk mencapai titik B). Daerah supersaturasi C Konsentrasi Daerah jenuh B A Tidak jenuh TA Suhu

Kesetimbangan termodinamis Fasa 1 Fasa 2 Jumlah perpindahan dari fasa 1 ke fasa 2 sama dengan perpindahan dari fasa 2 ke fasa 1 sehingga jumlah senyawa di fasa 1 maupun fasa 2 tetap walaupun ada perpindahan antar fasa.

Menyatakan supersaturasi Konsentrasi jenuh = C* Konsentrasi larutan = C (C > C*) Supersaturasi dapat dinyatakan sebagai: Driving force (C) = C – C* Rasio supersaturasi (S) = C/C*

Pengukuran supersaturasi Diperlukan untuk mengontrol proses kristalisasi. Cara pengukuran: - mengukur densitas (makin tinggi supersaturasi, densitas makin besar). - mengukur refractive index (makin tinggi supersaturasi, refractive index makin besar). - mengukur titik didih normal larutan (makin banyak zat terlarut, titik didih normal akan makin tinggi).

Cara mencapai supersaturasi Penguapan Pendinginan Kombinasi antara penguapan dan pendinginan Reaksi kimia

Kombinasi penguapan dan pendinginan Contoh: Pabrik gula pasir Dengan penguapan (A-B) : diperoleh larutan jenuh pada suhu T1. B-C : Suhu diturunkan sampai T2 (< T1) sehingga diperoleh supersaturasi dan terjadi kristalisasi. C B Konsentrasi A Larutan jenuh T2 T1 Suhu

Pertanyaan Apa yang terjadi jika penguapan dilakukan sampai tercapai supersaturasi di titik B’ ? B’ C B Konsentrasi A Larutan jenuh T2 T1 Suhu

Reaksi kimia (reactive crystallization) Contoh: Pabrik amonium sulfat (ZA) H2SO4 (l) Reaktor – Kristalisasi (sudah jenuh (NH4)2SO4) Kristal ZA Separator Suspensi kristal NH3(g) Reaksi: H2SO4 + NH3  (NH4)2SO4 Mother liquor

Crystallizer di industri

Contoh kasus 3 Cairan A yang bertekanan 10 atm dan bersuhu 110oC diturunkan tekanannya dengan kran ekspansi sampai tekanannya menjadi 1 atm. Tekanan uap pada berbagai suhu dapat didekati dengan persamaan Kapasitas panas cairan 0,8 cal/g/K dan panas penguapan 300 cal/g (dianggap konstan). Hitung: 1. Suhu keluar kran ekspansi 2. % cairan yang menguap

Illustrasi Contoh Kasus 1